Требования к конструкции самолета

Требования, предъявляемые к конструкции самолета, диктуются соображениями аэродинамики, прочности, жесткости, минимальной массы, эксплуатации, производства, а для военных самолетов и малой заметности.

Аэродинамические требования. При выбранном двигателе самолет должен обладать возможно более высокими летными данными и быть устойчивым и управляемым на всех режимах полета. Летные данные самолета определяются величинами горизонтальной, вертикальной и посадочной скоростей, высотой и дальностью полета, грузоподъемностью, величинами взлетной и посадочной дистанций.

Скорость полета является наиболее важной характеристикой самолета. Чтобы увеличить скорость полета при неизменной мощности или тяге двигателя необходимо уменьшить сопротивление самолета. Совершенствование самолета все время идет по пути уменьшения коэффициента лобового сопротивления. Сначала это потребовало перехода от бипланной схемы к монопланной, уменьшения числа выступающих в поток частей(подкосов, раскосов, расчалок, тяг, установки убирающегося шасси и т.п.), перехода от полотняной обшивки к жесткой и к повышению качества ее поверхности, а при дальнейшем увеличении скоростей и возникновении волнового сопротивления – применения стреловидных крыльев и оперения с тонкими профилями.

Достижение скорости полета, в два раза и более превышающей скорость звука, выдвигает на первый план проблему аэродинамического нагрева конструкции.

Требования прочности. При всех возможных в полете и при посадке нагрузках ни один из элементов конструкции не должен разрушиться. Величины нагрузок, характер их распределения для отдельных частей самолета на различных режимах полета и посадки регламентируются нормами прочности и нормами летной годности. При этом должны учитываться и знакопеременность нагрузок, приводящая к явлениям усталости, и аэродинамический нагрев при полете на больших сверхзвуковых скоростях.

Требования жесткости. Жесткость конструкции должна исключить возможность появления недопустимых с точки зрения аэродинамики деформаций и возникновения опасных вибраций, приводящих к разрушению конструкции.

Требования минимальной массы. Конструкция самолета в целом, отдельных его частей, элементов и деталей должна иметь возможно меньшую массу, так как у самолета, как ни у одной другой машины, его масса сильно влияет на основные функциональные характеристики – летные данные. Уменьшение массы конструкции достигается обеспечением равнопрочности, сокращением количества разъемов, вырезов, несиловых элементов, применением новых конструкционных материалов. При выборе конструктивно-силовой схемы детали, элемента, агрегата необходимо стремиться, чтобы разрушающие напряжения были возможно ближе к временному сопротивлению материала.

Эксплуатационные требования. Должна быть обеспечена надежность работы всех агрегатов самолета при возможно более простом их обслуживании.

Простота обслуживания самолета обеспечивается хорошим доступом ко всем требующим осмотра узлам самолета, агрегатам оборудования и силовой установки, быстротой заправки топливом и маслом, удобным подходом к штуцерам зарядки кислородом и сжатым воздухом, удобством и быстротой монтажа и демонтажа отдельных агрегатов, простотой ремонта и т.п.

Важнейшей эксплуатационной характеристикой является безопасность полета, которая обеспечивается созданием конструкции, обладающей возможно более высокой
живучестью, т.е. не разрушающейся после получения отдельных повреждений, установкой соответствующего аэронавигационного оборудования, надежной противообледенительной защиты, эффективного противопожарного оборудования, дублированием в системах управления, а также некоторыми другими мероприятиями в зависимости от назначения и типа самолета.

Наиболее полное удовлетворение эксплуатационных требований ведет к снижению расходов, связанных с эксплуатацией самолета, что особенно важно для гражданской авиации.

Производственные требования. В производстве лучшей считается конструкция, затраты на изготовление которой будут наименьшими.

Основными требованиями технологии, выполнение которых удешевляет и ускоряет процесс производства самолета, являются следующие.

1. Взаимозаменяемость агрегатов и деталей и исключение подгоночных работ при сборке.

2. Простота конструкции и широкое применение в ней стандартных и нормализованных деталей.

3. Применение передовых методов производства, таких как прокатка, штамповка, литье, прессовая клепка и т.п.

4. Увязка конструкции с характером производства, т.е. учет массовости производства
и производственных возможностей завода, на котором будет строиться самолет.

5. Применение недорогих материалов, допускающих более простую обработку.

6. Широкое расчленение конструкции самолета на агрегаты, секции и панели, что позволяет механизировать ряд процессов, уменьшает трудоемкость изготовления, повышает производительность, сокращает цикл сборки и монтажа.

Требования малой заметности важны для военных самолетов, особенно для бомбардировщиков, истребителей и разведчиков. Самолет, имеющий малую радиолокационную, инфракрасную, оптическую и акустическую заметность, обладает большей выживаемостью и может успешнее выполнить боевую задачу. Так малозаметный бомбардировщик имеет более высокую вероятность прорыва зоны противовоздушной обороны и скрытного подхода к цели. Малозаметный истребитель может атаковать цели не будучи обнаруженным. Малая заметность самолета обеспечивается приданием его частям малоотражающих форм, использованием в конструкции радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов, радио-, звуко- и теплопоглащающих покрытий и экранов, установкой на нем малозаметного радиоэлектронного оборудования и некоторыми другими мерами. Удовлетворение требованиям малой заметности вызывает необходимость изменения аэродинамической компановки самолета и внешних форм его частей, применения специальных конструктивных материалов и сложных конструктивно-силовых схем агрегатов, что входит в противоречие с другими предъявляемыми к самолету требованиями. Опыт создания малозаметных самолетов показал, что эти противоречия разрешимы.