Наукові основи проектування та створення енергозалежних систем літаків транспортної категорії

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розробці наукових основ проектування та створення енергозалежних систем та комплексів сучасних літаків транспортної категорії з оптимізацією за еквівалентною масою, включаючи повітрозбірники. Закладено наукові основи проектування систем протиобмерзання літаків, починаючи від визначення зон захисту, потрібних енергетичних витрат і закінчуючи проектуванням протиобмерзачів і повітряних трубопроводів для всього експлуатаційного діапазону застосування літака. Наведено приклади використання розроблених наукових основ проектування при виконанні структурного аналізу модифікацій літаків, пов'язаних із заміною двигуна. Одержаний при проектуванні й вивчений в процесі випробувань і експлуатації енергетичний баланс літака дозволяє обґрунтовано розглядати модифікацію літака як при заміні силової установки, так і при заміні її основних елементів енергозалежних систем літака. Оцінка зводиться до аналізу аеродинамічних особливостей модифікації, пов'язаних з особливостями конструкції мотогондол, зміною елементів захисту від обмерзання, появою нових повітрозабірників в повітряних системах.

Диссертационная работа посвящена разработке научных основ проектирования и создания энергозависимых систем и комплексов современных самолетов транспортной категории с оптимизацией по эквивалентной массе, включая воздухозаборники. В работе заложены научные основы проектирования систем противообледенения самолетов, начиная от определения зон защиты, необходимых энергетических затрат и заканчивая проектированием противообледенителей и воздушных трубопроводов для всего эксплуатационного диапазона применения самолета. Проведен анализ современного состояния научных основ проектирования и создания энергозависимых систем и комплексов современных самолетов транспортной категории. Показано, что для обеспечения конкурентоспособности создаваемых самолетов энергозависимые систем и комплексы должны иметь высокие показатели топливной эффективности, экологичности, надежности, обеспечивать повышенный комфорт и безопасность для пассажиров, а также иметь низкие эксплуатационные расходы. Приведены примеры использования разработанных научных основ проектирования при выполнении структурного анализа модификаций самолетов, связанных с заменой двигателя. Показано, что для современной авиации характерны тенденции на создание более экономичных и безопасных систем самолета, сбалансированных с энергетикой самолета, что обусловливает их сильное усложнение. Важным этапом после выбора двигателя является поиск путей сохранения его мощности, связанных с созданием мотогондолы на достижение минимальных потерь энергетики на внешнюю аэродинамику и по газодинамическому тракту. Важнейшими системами самолета, энергетически связанными с двигателем, являются система подготовки и распределения воздуха, система кондиционирования, система защиты от обледенения, система энергоснабжения и гидравлические системы. Рассмотренные в данной работе системы и процессы характеризуются как сложные, при изучении которых требуется системный подход, включающий многокритериальность, многофакторность, адекватный метод описания, эффективность применяемых моделей. Получение математических моделей сложных систем базируется на принятых предпосылках множественного регрессионного анализа, которые должны выполняться по отношению к моделируемой реальной действительности. Принятые предпосылки многофакторного регрессионного анализа обусловливают обоснованность полученных результатов и параметров моделей, обеспечивающих решение реальной задачи. Создание методов построения математических моделей по результатам проведения многофакторного численного эксперимента позволяет систематизировать и формализовать протекающие процессы. Полученный при проектировании и изученный в процессе испытаний и эксплуатации энергетический баланс самолета позволяет обоснованно рассматривать модификацию самолета как при замене силовой установки, так и при замене ее основных элементов энергозависимых систем самолета. Оценка сводится к анализу аэродинамических особенностей модификации, связанных с особенностями конструкции мотогондол, изменением элементов защиты от обледенения, появлением новых воздухозаборников в воздушных системах, так как для конкретного самолета топография трасс систем остается неизменной и энергетические затраты на самолете потребности, как правило, не меняются.

The dissertation is devoted to the development of Scientific basis for the designing and development of energy-dependent systems and complexes of modern transport aircraft with equivalent mass optimization, including air intakes. It establishes a scientific basis for the designing of aircraft anti-icing systems, starting with determining the protection areas, required power consumption and ending with designing of anti-icers and air ducts for the entire aircraft operating envelope. Examples of implementation of the developed scientific basis for designing during performance of the structural analysis of aircraft modifications related to engine replacement have been given. The energy balance of the aircraft obtained during the design and studied during testing and operation allows to reasonably consider the aircraft modification both when replacing the power plant and when replacing its main elements of energy-dependent aircraft systems. The assessment is reduced to the analysis of aerodynamic features of the modification associated with the design features of nacelles, changes in ice protection elements, adding of new air intakes in air systems.