Выбор материала. Проектирование маневренного самолета

Основные пути развития авиации определялись главным образом прогрессом летательных аппаратов боевого применения, на разработку которых затрачиваются большие средства и силы. При этом гражданская и транспортная авиация, для которых решающее значение имеют надежность и удобство эксплуатации, обычно идут по пути проложенному создателями военных самолетов.

Среди боевых самолетов большую часть составляют истребители и перехватчики. Проектирование маневренного самолета, рассчитанного на выполнение нескольких задач, является очень сложным процессом, требующим увязки при решении противоречивых задач из многих областей науки и техники. Значительные отличия нескольких самолетов, разработанных на основе одних и тех же требований (например легкие истребители Нортроп YF-17 и Дженерал ДайнемиксYF-16), говорят о возможности решения задач разными способами: самолеты могут иметь разные конфигурации, КСС, число двигателей и т.д.. Немаловажную роль играют и традиции фирмы, заставляющие проектировщика ради уменьшения технического риска применять проверенные аэродинамические схемы и конструктивные решения. В настоящее время считается, что разработанные образцы авиационной техники морально устаревают уже к моменту принятия их на вооружение. Это происходит не только ввиду разработки в КБ новых типов самолетов, а главным образом ввиду изменения принципов применения боевой авиации. Новый тип самолета, который должен эксплуатироваться в качестве боевой единицы не менее 10 лет, требует почти столько же лет на прохождение от стадии разработки ТТТ до начала серийного производства. Это означает, что намерения, и возможности вероятного противника следует прогнозировать на период около 10 лет.

Установлено, что основной характеристикой истребителя является маневренность, и что способность эффективно вести ближний бой – главная особенность современного истребителя.

Кроме того, конструкторы современных СМС проводят работы по улучшению маневренности и обеспечениюю запаса скорости в диапазоне чисел Маха 0,8…1,2, наиболее широко используемых в воздушном бою, по увеличению скорости по малым высотам полета, а так же по снижению чувствительности самолета в турбулентных областях атмосферы и к самовозбуждающимся колебаниям. Значительное внимание уделяется запасу посадочной скорости, с целью обеспечения безопасности экипажа и возможности использования, автомобильных дорог или наскоро подготовленных ВПП. Кроме того, проводятся интенсивные работы и выкладываются большие средства для улучшения технологичности конструкции повышения надежности, эргономичности и удобства эксплуатации и т.п. В конце сентября 1997 года в истории отечественной авиации произошло историческое событие - состоялся полет нового экспериментального самолета, С-37 "Беркут", который может стать прототипом отечественного истребителя пятого поколения.

Одним из важнейших требований к российскому истребителю пятого поколения являлась "сверхманевренность" - способность сохранять устойчивость и управляемость на больших углах атаки. Следует заметить, что "сверхманевренность" первоначально фигурировала и в требованиях к американскому истребителю пятого поколения, создававшемуся, практически одновременно с российской машиной, по программе ATF. Однако в дальнейшем американцы, столкнувшись с трудноразрешимой задачей совместить в одном самолете малую заметность, сверхзвуковую крейсерскую скорость и "сверхманевренность", вынуждены были пожертвовать последней (маневренные возможности американского истребителя ATF/F-22, вероятно, лишь приближаются к уровню, достигнутому на модернизированном самолете СУ-27, оснащенном системой управления вектором тяги)

В качестве одного из решений, обеспечивающих получение требуемых маневренных характеристик, рассматривалось применение крыла обратной стреловидности (КОС). Такое крыло, обеспечивающее определенные компоновочные преимущества по сравнению с крылом прямой стреловидности, пытались использовать в военной авиации еще в 1940-e годы. Первым реактивным самолетом с крылом обратной стреловидности стал германский бомбардировщик Юнкерс Ju-287. Машина, совершившая первый полет в феврале 1944 года, была рассчитана на максимальную скорость 815 км/ч. В дальнейшем два опытных бомбардировщика этого типа достались СССР в качестве трофеев.

Однако в то время реализовать преимущества такого крыла не удалось, т.к. КОС оказалось особо подвержено аэродинамической дивергенции потере статической устойчивости при достижении определенных значений скорости и углов атаки. Конструкционные материалы и технологии того времени не позволяли создать крыло обратной стреловидности, имеющее достаточную жесткость. К обратной стреловидности создатели боевых самолетов вернулись лишь в середине 1970-х, когда в СССР и США притупили к работам по изучения облика истребителя пятого поколения. Применение КОС позволяло улучить управляемость на малых полетных скоростях и повысить аэродинамическую эффективность во всех областях летных режимов. Компоновка с крылом обратной стреловидности обеспечивала лучшее сочленение крыла и фюзеляжа, а также оптимизировала распределения давления на крыле и ПГО.

Задание

Тип, назначение: сверхзвуковой маневренный самолет с крылом обратной стреловидности, истребитель перехватчик.

Таблица.1.1. Тактико-технические характеристики

1.1 Описание прототипов и краткая характеристика их модификаций

МиГ-25 ОКБ им. Микояна, истребитель-перехватчик

МиГ-25 - первый в мире серийный истребитель, достигший скорости 3000 км/ч. Многоцелевой самолет, способный решать как разведывательные, так и истребительные задачи. Базовый серийный истребитель-перехватчик МиГ-25П выполнен по нормальной аэродинамической схеме с высокорасположенным крылом, двухкилевым вертикальным оперением и цельноповоротным стабилизатором с дифференциальным управлением

Около 80% конструкции планера выполнено из стали, 11% - из алюминиевых сплавов, 8% - из титановых сплавов, 1% - из других материалов.

Фюзеляж - типа полумонокок, изготовлен с широким использованием сварки. Крыло - трехлонжеронное, на задней кромке установлены закрылки и элероны. На каждой консоли- аэродинамический гребень. Шасси трехопорное. Колесо большого диаметра, что позволяет эксплуатировать самолет на грунтовых аэродромах. В 1977 г. летчик-испытатель А.Федотов установил на этой машине абсолютный мировой рекорд высоты полета 37650 м, а всего на самолете этого типа установлены 29 мировых рекордов. Самолеты серии МиГ-25 применялись во время сирийско-израильского конфликта в 1982 г., ирано-иракской войны в 1980-1988 гг. и в ходе войны в районе Персидского залива в 1991 г.

МиГ-25П оснащен радиоприцелом РП-25 "Смерч-А" с параболической антенной (угол обзора в горизонтальной плоскости +60'/-60', угол обзора в вертикальной плоскости 6', способен обнаруживать маловысотные цели). На истребителях МиГ-25ПД и ПДС установлена импульсно-доплеровская РЛС "Сапфир-25" (способна сопровождать на проходе до шести целей, угол обзора в горизонтальной плоскости +56'/-56', угол обзора в вертикальной плоскости 6'); теплопеленгатор, прицел К-10Т, система обнаружения облучения воздушными/наземными РЛС СРО-2М/СР30-2, радиовысотомер РВ-УМ или РВ-4, радиокомпас АРК-10, приемник радионавигационной системы ближней навигации РСБН-6С, аппаратура системы "Лазурь", обеспечивающая выход на цель в автоматическом или директорном режиме по командам АСУ "Воздух-1", автоматическая система управления САУ-155. Катапультное кресло КМ-1 (КМ-1М) обеспечивает возможность покидания самолета во всем диапазоне высот при скорости 130 - 1200 км/ч.

В 1969 г. на Горьковском авиазаводе (ныне Нижегородском) начат серийный выпуск перехватчиков МиГ-25П. В 1970 г. самолет был официально принят на вооружение авиации ПВО.

В 1978 г. начат выпуск самолета МиГ-25ПД с усовершенствованным БРЭО и ТРДФ, имеющим увеличенный ресурс. В 1979 г. приступили к переоборудованию ранее выпущенных самолетов МиГ-25П в вариант МиГ-25ПДС, соответствующий уровню МиГ-25ПД.

Серийное производство МиГ-25 продолжалось до 1985 г., построено 1186 самолетов МиГ-25 всех модификаций (включая и разведывательные варианты самолета). На МиГ-25 установлено 29 мировых рекордов (14 из них не превзойдено на начало 1993 г.). Применялся в локальных конфликтах (в частности, в войне в районе Персидского залива 1991 г.). Состоит на вооружении войск ПВО ряда стран СНГ, а также Алжира, Ливии, Сирии и Ирака.

Вооружение:

МиГ-25П — четыре УР средней дальности Р-40Т с ТГС и Р-40Р с радиолокационной полуактивной системой наведения (до 50 км).

МиГ-25ПБ/ПДС — дополнительно четыре УР ближнего боя Р-60М с ТГС.

1. П. Бауэрс Летательные аппараты нетрадиционных схем: Пер. с англ. – Москва: Мир, 1991. – 320 с., ил.
2. Г.И. Житомирский Конструкция самолетов: Учебник для студентов авиационных специальностей ВУЗов. – М.: Машиностроение, 1991. – 400 с., ил.
3. С.Н. Кан, Н.А. Свердлов Расчет самолета на прочность. – Москва: Машиностроение, 1966. – 520 с.
4. В.Н. Зайцев, Г.Н. Ночевкин Конструкция и прочность самолетов: Учебник для студентов авиационных ВУЗов. – Киев: Высшая школа, 1974 г., 544с.
5. С.М. Егерь Проектирование самолетов: Учебник для студентов авиационных ВУЗов, Москва: Машиностроение, 1983г, 616с.
6. Е.С. Войт, А.И. Ендогур, З.А. Мелик Саркисъян. Проектирование конструкции самолетов: Учебник для авиационных специальностей, Москва: Машиностроение, 1987г, 416с.
7. М.Н. Шульженко Конструкция самолетов: Учебник для авиационных специальностей, Москва: Машиностроение, 1971 г, 416с.
8. М.А. Левин, В.Е. Ильин Современные истребители. Техника молодежи. Энциклопедия техники. – Москва: Хоббитехника, 1994 г., 288 с.

9.Под ред. Кононенко В.Г. Технология производства Л.А.: Курсовое проектирование. Киев: Вища школа. 1974г.-224стр.

10. Под редакцией Рудмана Л.И. «Справочник конструктора штампов», Листовая штамповка, М.: Машиностроение, 1988г., 460стр;
11. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке, Москва: Машиностроение.1979г. 520стр.
12. Набатов А.С. Проектирование технологических процессов в производстве Л.А. и А.Д. Харьков, ХАИ.1987г.-98стр.

13 Под редакцией Р.Г. Гордовской, Справочное пособие: «Единая система конструкторской документации. Общие правила выполнения чертежей»,Москва: Изд. Стандартов, 1984 г.,232 с.

14 В.Н. Клименко, А.А.Кобылянский, Л.А. Малашенко Приближенное определение основных параметров самолета. Часть 1. – Харьков: Харьковский авиационный институт, 1986 г., 40с.

15 В.Н. Клименко, А.А.Кобылянский, Л.А. Малашенко Приближенное определение основных параметров самолета. Часть 2. – Харьков: Харьковский авиационный институт, 1989 г., 54с.

16 Л.Д. Арсон, В.И. Рябков, Т.П. Цепляева Проектирование лонжеронов. Учебное пособие по практическим исследованиям, курсовому и дипломному проектированию. – Харьков: Харьковский авиационный институт, 1981 г., 67с.

17 В.Д. Пехтерев, В.Н. Носик. Графоаналитический метод проектирования сжатых панелей. Учебное пособие по практическим исследованиям, курсовому и дипломному проектированию. – Харьков: Харьковский авиационный институт, 1984 г., 32с.

18. П.В. Дыбский, В.Д. Пехтерев Топливные системы: Учебное пособие. – Харьков: ХАИ, 1976. – 42 с.

19 К кинематическому расчету систем основного управления самолетом: Учебное пособие. – Харьков: ХАИ, 1972. – 57 с.

20. Черепенников Б.А., Околота Н.В. Обозначение чертежей и оформление учебно- конструкторской документации. Методические рекомендации по курсовому и дипломному проектированию. – Харьков: ХАИ, 1978. – 57 с.
21. Л.А. Евсеев Расчет на прочность крыла большого удлинения. Учебное пособие. – Харьков: ХАИ, 1985. – 106 с.
22. Л.Д. Арсон, В.И. Рябков, В.А. Урбанович Вариантное конструирование самолетных агрегатов. Учебное пособие по практическим исследованиям, курсовому и дипломному проектированию. – Харьков: Харьковский авиационный институт, 1976 г., 36с.
23. «Исследований крыла обратной стреловидности». Новости зарубежной науки и техники, серия: «Авиационная и ракетная техника» обзоры и рефераты по материалам иностранной печати № 21 (1547), ноябрь 1986 г. Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, с. 1 – 36.
24. «Зарубежное исследование крыла обратной стреловидности и программа эксперементального самолета Грумман Х – 29 А». Новости зарубежной науки и техники. Серия: «Авиационная и ракетная техника». Обзоры и рефераты по материалам иностранной печати № 9, 1983 г. Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, ст 1 - 12.
25. «Характеристики устойчивости и управляемости истребителя Х – 29 с крылом обратной стреловидности при больших углах атаки». Новости зарубежной науки и техники. Серия: «Авиационная и ракетная техника». Обзоры и рефераты по материалам иностранной печати № 9, 1982 г. Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, ст 9 - 20.