Техника - молодёжи 1983-01, страница 26
5 _ Если зависимость весовой отдачи шкн от взлетной массы т0 имеет максимум, то это является необходимым условием экстремума абсолютной грузоподъемности самолета ш кн (зеленый график). Зная экстремальную массу шоэ, можно из необходимого условия экстремума функции грузоподъемности найти предельную взлетную массу mon=moJ0/445(^?+l)2 и соответствующую ей весовую отда- ЧУ - V Синий график представляет зависимость относительной полезной нагрузки от взлетной массы. При выводе этих формул сумма относительных масс двигателей, шасси, систем управления считается постоянной. возьмет на борт сверхсамолет. Оказывается. его экстремальная масса составит 600 т, предельная 3600 т и при весовой отдаче в 14% грузоподъемность будет равна 500 т. По сравнению с замыслами студента, упомянутого в начале статьи, маловато. Попытаемся повысить весовую эффективность конструкции. Авиастроителям известна формула, по которой исчисляется относительная масса планера (каркаса самолета). В нее входят два слагаемых — первое включает массу силовых элементов, которая пропорциональна удельной прочности материалов. Эта величина за всю историю авиации изменилась только один раз, при переходе от полотна и дерева к дюралю, стали и титану. Сейчас во многих странах интенсивно работают над авиаконструкциями из сверхпрочных композитов. Пока изделия из них применяют во вспомогательных элементах (вот и второе слагаемое!), ибо надежность композитов оставляет желать лучшего. Как видите, увеличит! предельную массу за счет повышения удельной прочности силовых элементов все еще не удается... Есть другой способ решить нашу проблему — разгрузить крыло. Так давно поступали самолетостроители — в любом «классическом» авиалайнере пассажиров и груз помещают в фюзеляже, а в крыле, создающем подъемную силу, — топливные баки. Но и это далеко не лучший выход из положения. Иное дело — разгрузка аэродинамическая, присущая самолетам с несущим фюзеляжем (СНФ), который «участвует» в создании подъемной силы, или разгрузка весовая. Последняя применяется на «летающих крыльях» — самолетах, нагруженных по размаху (СНР). При одинаковой с самолетом традиционной схемы нагрузке на крыло СНФ и СНР имеют большие экстремальные и предельные массы. Например, СНР может иметь взлетную массу 15 тыс. т, размах крыльев 300 м и перевозить до 2500 т груза. Машина такого типа представлена на рис. 1. Можно только догадываться, каково было бы братьям Райт, если бы им удалось повидать самолет, масса которого в тысячу раз превосходит массу их биплана. А СНР всего лишь в 44 раза тяжелее С-5А. И все же я сомневаюсь в том, что подобные авиагрузовозы когда-либо появятся. Трудно представить, какие аэродромы понадобятся им, какое шасси выдержит этих мастодонтов, какой рев поднимет тысячетонная махина при взлете. Да и стоит ли принимать на борт 3 тыс. т груза, если ни один из современных аэродромов не способен принять суперсамолет. Выход из положения сулит применение аэропоездов, состоящих из лидера (на нем находятся маршевые двигатели и полный запас топлива) и ведомых СНР (см. рис. на 1-й стр. обложки журнала). На роль лидера, вероятно, лучше всего подойдет самолет-бесхвостка с крылом малого удлинения, сочетающий максимальный объем и большую жесткость несущей поверхности. Запас топлива у ведомых ограничен маневрами при взлете, стыковке с лидером и при посадке, зато их весовая отдача составит минимум 60%. Предположив, что лидер и «летающие крылья» равны по массе (3 тыс. т), нетрудно прийти к выводу, что весовая отдача «поезда» составит 40%, или 3600 т. После загрузки «вагоны» поодиночке поднимутся в воздух, состыкуются с «паровозом» и, выключив двигатели, станут единым летающим крылом обратной стреловидности. Вблизи аэропорта назначения лидер и ведомые обретут самостоятельность и поочередно приземлятся. Остается добавить, что у соеди ненного крылом к крылу аэропоезда суммарное удлинение несущей поверхности резко повысит аэродинамическое качество. Напомню, что под этим термином принято понимать отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления. Пусть из-за внушительного веса скорость летающего состава несколько снизится, зато весовая отдача во много раз превзойдет тот же показатель даже «самого, самого» крупного суперавиалайнера. Расчеты показали, что экономическая эффективность аэропоезда — отношение его производительности к мощности, затрачиваемой на движение в крейсерском полете, — по сравнению с одиночным СНР увеличивается на 30—40% • По-моему, комплекс лидер — ведомые пока лучший вариант решения проблемы воздушных гигантов будущего. Статью В. Шептунова комментирует профессор, доктор технических наук АЛЕКСАНДР БАДЯГИН. Мы, самолетчики, обычно не любим разговоров о всяческих пределах. И в самом деле, сколько раз новая техника опровергала самые мрачные прогнозы. Но не в этом суть статьи Шептунова. Рассмотрев весовую отдачу как функцию размеров и взлетной массы, он получил формулы, позволяющие определить самые дальние границы рационального увеличения тоннажа транспортных самолетов. Основными переменными, от которых зависит точность полученных результатов, у Шептунова являются максимальная нагрузка на крыло и удельная прочность материала конструкции. Конечно, со временем они могут изменяться. Но, подставив иные значения в его формулы, мы получим новые результаты, при этом качество выводов не изменится. Поэтому не следует рассматривать эту статью как попытку отыскать некую «границу роста» самолетов. По моему мнению, в ближайшие десятилетия вряд ли будут рассматриваться проекты тысячетонных самолетов —: у обычных хватает нерешенных проблем. И любая может оказаться преградой на пути дальнейшего увеличения тоннажа самолетов. Тогда зачем же нужны подобные исследования? Думаю, что данная методика пригодится при разработке перспективных самолетов и поможет установить время перехода от сверхгигантов к более эффективным аэропоездам. Поэтому главное значение работы Шептунова и состоит в том, что ему удалось найти логическую границу гигантизма в авиации. 24 |
