Аэродинамическое качество и оптимальная скорость Ту-334, Ан-148 и SSJ
рейтинг: +5+x

Аэродинамическое качество

…Дайте мне аэродинамическое качество всех трех конструкций при условии нормального прямолинейного полета…

Можете не верить, но а/д качество самолёта действительно не является точкой — это переменная величина, т.е. зависимость. Нормальный прямолинейный полёт возможен как при различных углах атаки (при изменении веса самолёта изменяют высоту полёта, чтобы обеспечить наивыгоднейший угол), так и при разных числах М. Эти параметры, как и текущая конфигурация самолёта, влияют на значение а/д качества. Мастерство конструкторов, определяется тем, чтобы обеспечить самолёту лучшее а/д качество именно на основном, крейсерском режиме полёта. Преимущество SSJ в полёте определяется не величиной его максимального а/д качества (оно ниже), а тем, что он, по сравнению с конкурентами, имеет имеет более высокое качество на М=0.78. В результате SSJ летает по трассам на скоростях, эквивалентных М = 0.78…0.8, а Ту-334 и Ан-148 — на М = 0.73…0.75. Поэтому, честно признаюсь — я не знаю макс. качества этих трёх самолётов и даже не переживаю по этому поводу, не оно главное.

Без излишнего хвастовства, но аэродинамика всегда была моим любимым предметом, специальность по диплому — «Динамика полёта и лётные испытания ЛА». Поэтому инженерных знаний пока ещё хватает и с работы, слава богу, не гонят.

…Доказательством в нашем случае будет являться аэродинамическое качество самолёта на схожих режимах полёта. Хорошо, в практике схожих режимов полёта достигнуть пока не удалось … получить нужные величины можно только расчётным и экспериментальным путем (модель в трубе)…

Вы напрасно пытаетесь сравнивать самолёты на основании трубных продувок их моделей. Такое сравнение имело бы смысл только в одном случае — если бы SSJ, Ту-334 и Ан-148 никогда не летали «в натуре». Но все эти ВС прошли Сертификационные испытания, а два из них летают по трассам и возят пассажиров. Поэтому фраза «…в практике схожих режимов полёта достигнуть пока не удалось…» противоречит истине. Эксплуатационные (и не только) режимы полёта у всех машин проверены на практике. Полученные расчётами и продувками мат. модели самолёта являются неточными (первым приближением) и используются только для написания опытного РЛЭ к первому вылету и начальному этапу ЛИ, пока ещё отсутствуют реальные данные. А точные, или если хотите, «настоящие» а/д характеристики любого ВС получают в процессе лётных испытаний. Поэтому, львиная доля испытаний (не менее половины) — это определение характеристик УУ, ЛТХ и ВПХ при различных атмосферных условиях, сочетаниях весов, центровок и конфигураций самолёта. Причём, ЛТХ и ВПХ определяются как в «нормальных» атмосферных условиях (близких к стандартной атмосфере), так и при предельных отклонениях от стандарта — при высоких и низких температурах (в Эмиратах и Якутске). Именно эти цифры и являются «истиной в последней инстанции», их обрабатывают и уточняют мат. модель самолёта, по которой пересчитывают все характеристики, полученные теоретическими расчётами и продувками в трубах. На основании этих данных к концу испытаний пишется новое РЛЭ, которое сертифицируют вместе с самолётом.

В своих рекламных буклетах и заявлениях в СМИ, разработчики могут называть «приукрашенные» цифры и как угодно расхваливать свой товар. Но в РЛЭ они помещают ПРАВДУ И ТОЛЬКО ПРАВДУ — любая неточность в цифрах может привести к катастрофе, так как самолёт просто может не оторваться от ВПП на взлёте или не долетит до пункта назначения. На основании помещённых в нём таблиц и номограмм (а не на основании отчётов по продувкам и а/д расчётам), экипаж определяет перед взлётом полезную загрузку и максимальный взлётный вес своего самолёта, в соответствии с фактическими атмосферными условиями и располагаемой ВПП аэродрома, скорости подъёма переднего колеса, взлёта, захода на посадку. По РЛЭ определяется профиль полёта по маршруту (скорости, эшелоны), рассчитывается запас топлива на полёт, аэронавигационный остаток для ухода на запасной аэродром и т.д. Поэтому, изучив РЛЭ, можно понять практически всё о возможностях данного ВС (кроме ресурсов и особенностей наземной эксплуатации).

Теперь о цифрах у Ту-334. Если посмотреть в Раздел 7 РЛЭ, на номограммы максимальных дальностей (т.е. количество км, которые самолёт пролетит на 1 кг топлива), можно проследить чёткую картину — максимум этих кривых, в зависимости от полётного веса, изменяется от М = 0.7 (G = 32…34 т) до М = 0.75 (G = 44…46 т). При М > 0.75 удельные дальности стремительно «рушатся», и говорит это только об одном — начинается волновой кризис, резкий рост сопротивления, уменьшение а/д качества и, следовательно, растёт расход топлива. Какова причина этого — интерференция двигателей с хвостовой частью фюзеляжа, неправильно выбранный профиль или угол стреловидности крыла, я не знаю. Но летает по маршруту любой самолёт именно на том числе М, при котором обеспечивается режим максимальной дальности полёта. Конечно можно и быстрее, но никто так не делает — далеко не улетишь. Если вы посмотрите рекомендуемые в РЛЭ профили набора высоты и снижения, то они подтверждают этот тезис — рекомендуется М = 0.75. Ещё один момент — об а/д качестве любого самолёта можно косвенно судить по потолкам, которых достигает самолёт при том или ином полётном весе.

Что касается значения Кмакс — откройте Раздел 6 «Действия в аварийных ситуациях», а именно 6.5. «Полёт со всеми неработающими двигателями». Там написана следующая фраза: «…Наибольшая дальность планирования на скорости 450 км/ч составляет примерно 14 высот…». При отказе двигателей, самолёт всегда снижается на скорости, близкой к максимальному качеству. Это и есть та цифра, которую вы так хотели видеть, только основана она не на результатах расчётов и продувок, а получена на реальном самолёте.

Для Ан-148 здесь уже приводили страничку из РЛЭ с таблицей расходов топлива в PDF-формате (само РЛЭ не прилагалось) и картина выглядит таким же образом — максимальная дальность обеспечивается на М = 0.75, а на более высоких М расходы топлива резко растут. А оценить крейсерские числа М для SSJ достаточно просто — есть сайт на котором отслеживаются все полёты «Армавиа». Рейсы у них как раз показательные, на большие дистанции. Машина летает по трассам на скоростях М = 0.78…0.8. Это и есть показатель крейсерского М.

Как говорится, практика — критерий истины, и реальные характеристики летающих машин иногда отличаются от предварительных расчётов и продувок. А практические полёты по трассам показывают, что по своим а/д характеристикам SSJ получился удачнее. Думаю, поэтому и поднялся шум о «затаптывании Погосяном других проектов» — просто все понимают, что появился прямой конкурент, а лечение детских болезней машины, это вопрос времени.

Правда, тех оппонентов, для которых моё видение SSJ противоречит вопросам веры в «свою» машину, я конечно, не переубедю. Соглашусь с ними в том, что для АК имеют значение не только расходы топлива, но и цена, и совокупность всех остальных характеристик ВС. Так что о превосходстве того или иного самолёта будем судить только через несколько лет, по результатам их продаж и реальной эксплуатации.

Аэродинамика и трансзвуковая скорость

В отличие от жидкостей, газы сжимаемы. Именно поэтому в авиации огромное значение имеет такой критерий подобия, как число Маха, т.е. отношение скорости движения ЛА к скорости распространения звука (возмущений) в среде. При приближении скорости движения к скорости звука, на движущемся теле появляются скачки уплотнения (ударные волны) которые приводят к появлению дополнительного, «волнового», сопротивления. При приближении к скорости звука, начинается так называемая трансзвуковая зона, в которой, поток воздуха, обтекая криволинейные поверхности тела, разгоняется до М ≥ 1.0 и возникают местные скачки уплотнения, что сопровождается резким ростом сопротивления, и в свою очередь уменьшением аэродинамического качества ЛА.

Это свойство газовой среды приводит к тому, что сопротивление самолёта зависит не только от качества поверхности, площади миделевого сечения или площади омываемой поверхности, а ещё и от формы ЛА, причём в весьма большой степени. Именно на трансзвуке значительную роль начинает играть местная аэродинамика самолёта — всевозможные «выпуклости» обтекателей крыла, шасси, «тоннельные зоны» между фюзеляжем и мотогондолами и многое другое, что при полёте на малых числах М совсем не ощущается.

Всё это приводит к интересным результатам. Например, ВС, летящее с приборной скоростью 570 км/ч у поверхности земли (скорость звука 340 м/c в МСА) перемещается с М = 0.47. Это же ВС, на той же самой приборной скорости, но на высоте 11 км (ИС = 830 км/ч скорость звука 295 м/c), летит уже на М = 0.79. В итоге, один и тот же самолёт, перемещаясь в воздухе при одинаковом полётном весе, на одной и той же приборной скорости, а, соответственно, с одним и тем же углом атаки и величиной Су, будет лететь на разных числах М и иметь разный Сх и различное а/д качество. Именно из-за возникновения волновых явлений, на полёт с выпущенной механизацией крыла и шасси накладываются ограничения не только по приборной скорости, но и по высоте полёта.

Отсюда закономерность — в трансзвуковой зоне, начиная приблизительно с М = 0.75, а/д качество у любого ВС начинает уменьшаться. А вот градиент этой «просадки» зависит от множества факторов, определяемых местной аэродинамикой. Эти факторы и приводят к непонятным, на первый взгляд (для людей не изучавших аэродинамику), результатам — один самолёт может иметь более высокое а/д качество в диапазоне скоростей М = 0.7…0.75, чем другой, но при этом, мЕньшее качество в диапазоне М = 0.76…0.80…

P.S. Вообще говоря, аэродинамика — наука не такая простая и очевидная, аэродинамические коэффициенты являются переменными и не всегда линейными величинами, поэтому, как тут не раз уже говорилось, просто сравнивать характеристики самолётов только по одному какому-либо параметру, или режиму полёта, вещь абсолютно бесполезная.
Что касается схемы высокоплана, то в общем случае, а/д качество этой схемы выше, чем у остальных, так как меньше провал поляры в зоне фюзеляжа. Однако, при выборе компоновки, важны ещё многие другие плюсы и минусы той или иной схемы (Низкоплан или высокоплан).

leutenant vs Engineer_2010 (2016)

26.05.2016 Engineer_2010

sys пишет: …аэродинамика у Ту отличная, он на посадке штурвал бросал и самолет ровно по глиссаде шел…

_ _ _ _ _ _

Эти слова характеризует скорее не аэродинамику, а устойчивость самолёта по скорости (т.е. в длиннопериодическом движении). На нынешних лайнерах, оснащённых СДУ, она достигается качеством законов управления.
Скажите Сис, а этот пилот, случайно не Николай Алексеевич П ?

  • * *

leutenant пишет:
…у "тушки" ТОЖЕ есть недостатки:
- "низковаты" эшелоны при полете "по потолкам"
- крейсерские скорости ниже, чем у ССЖ - на 20-30км/час
_ _ _ _ _ _

Ну вот, «прекрасная аэродинамика», а эшелоны «низковаты» и скорости низкие. Может не всё так однозначно, как любят говорить «Дочери крымских офицеров» ? Ведь у крыла, кроме удлинения и площади, есть ещё профиль и стреловидность. Думаю, Вы обращали внимание, что у SSJ-100 есть такой «грешок» как излом стреловидности по передней кромке (сделанный, именно по наущению аэродинамиков). Кроме крыла есть ещё и фюзеляж, у которого свои а/д параметры – мидель, удлинение, донное сопротивление. Плюс к этому - мотогондолы двигателей, которые, в зависимости от их размеров, формы и расположения, создают ту или иную интерференцию с крылом и фюзелажем. И множество других факторов, влияющих на аэродинамическое качество конструкции. Так что не всё так однозначно.

Что касается Вашего сравнения известных самолётов, то в части SSJ в этих расчётах есть некоторые неточности. Если уж, по Вашим словам, Вы берётесь их сравнивать на режиме максимальной дальности, то этот подход должен быть одинаковым для всех трёх машин. Например, в приведенной Вами табличке из РЛЭ Ан-158, оптимальная ИС на FL370 составляет 794 км/ч (М 0.75) для полётного веса 42 т, а с уменьшением веса до 35 т, она уменьшается до 750 км/ч (М 0.70).

В полётах по трассам, эксплуатанты SSJ используют аналогичный режим «LRC» (Long Range Cruise). В зависимости от текущего полётного веса, FMS непрерывно рассчитывает оптимальную скорость (число М) и автомат тяги поддерживает это значение в течение ГП. Для SSJ-100, на таком же эшелоне полёта FL370, для веса 44 т оптимальная ИС составяет 845 км/ч (М 0.794), и с уменьшением веса до 37 т, она так же уменьшается до 835 км/ч (М 0.786).

В итоге, для предложенных Вами условий расчёта, выдерживая профиль – набор и снижение на М 0.78, горизонтальный участок на переменном М (LRC), SSJ-100 летит несколько быстрее и «осилит» дистанцию на 200 км больше. Общее время рейса составит 4 ч 42 мин.

На мой взгляд, для подобного сравнения лучше подсчитывать не абстрактную «техническую дальность», а приблизить их к реальной жизни – принять для всех самолётов одинаковый АНЗ (например – по 1500 кг или 2 000 кг), вычесть этот АНЗ из заправки и посчитать дальности, исходя из количества топлива на полёт. В этом случае, у всех «конкурентов» подрастут посадочные веса, и соответственно с этим, увеличатся их удельные расходы топлива. Зато, полученные дальности и расходы, будут более близкими к реальной жизни.

  • * *

Лейтенант, аэродинамика аэродинамикой, но всё имеет свои пределы…
Рассмотрим значения полётных весов и часовых расходов, которые Вы посчитали для начального и конечного участков ГП. Если усреднить эти значения, то получается следующая картина:
- Ан-158 - Gпол.ср. = 38 600 кг; Qчас.ср. = 1 737 кг/ч.
- SSJ-100 - Gпол.ср. = 40 300 кг; Qчас.ср. = 1 890 кг/ч.
- Ту-334 - Gпол.ср. = 42 750 кг; Qчас.ср. = 1 715 кг/ч.
Таким образом, даже находясь на километр ниже конкурентов и будучи на 2.5 т тяжелее SSJ и на целых 4 т тяжелее Ан-158, «Тушка» превосходит первый из них в расходе топлива на 150 кг/час (!), а второй – на 20 кг/ч. Снижение полётного веса на 1 т, уменьшает расход топлива примерно на 35-40 кг/ч, поэтому, при равных с конкурентами весах, получим, что преимущество в расходах перед Ан-158 составит около 150 кг/ч, а перед SSJ – за 200 кг/ч (!!!)

Как Вы думаете, существует ли на свете столь чудесная аэродинамика, которая, лишь за счёт законцовок и большего на одну единицу удлинения крыла, способна обеспечить такой потрясающий отрыв от одноклассников, спроектированных на 10-15 лет позже? Я бы ещё мог поверить в подобную ненаучную фантастику, если бы на Ту-334 было применено углепластиковое крыло с ультра-тонким скоростным профилем, а плюс к этому, редукторные движки следующего поколения. А так, увы, как говорят классики – «Свежо предание, а верится с трудом» (Горе от ума, Грибоедов)

Однако, скорее всего, объяснение данному «рекорду» вполне обычное: номограммы удельных дальностей в интернетной версии РЛЭ, это просто подрисованные от руки «картинки» и не более того. Они, кстати, так и выглядят… :))

p.s.
Снижение с эшелона у всех трёх лайнеров займёт примерно одинаковое время – около 18-20 минут, что соответствует Vy = 10-12м/с. А его выполнение за 7 минут, мало чем будет отлитчаться от режима аварийного снижения, при котором требуется выйти на Н = 4 200 м за 4 минуты. Заход на посадку по глиссаде равно будет выполняться с Vy = 4…5 м/c. Значит, снижение от эшелона и до точки FAF придётся выполнять вертикальной под 30 м/с и выпущенными интерцепторами, чтобы не выскочить за ограничения Vmo / Mmo. Конечно САРД отработает подобное снижение, а предохранительные клапаны не допустят обратного перепада давления в гермокабине. Но мне кажется, что подобный пилотаж вызовет некоторый физический и психологический дискомфорт у пассажиров. Не только лишь все из них захотят после этого летать самолётами :))

p.p.s.
Если верить этому ресурсу: Василиса ЯВИКС - интеллектуальная поисковая система. Завтра уже здесь!
стартовая тяга Д-436Т1 составляет 7 500 кг, а на крейсере (Н = 11 км, М 0.75) – 1 600 кг. Что соответствует аналогичным характеристикам SaM-146-1S-18. Думаю, что замена одного двигателя на другой вряд ли повлияет на ЛТХ самолёта.

читайте также:

06 Jun 2012 20:23 (опубликовано: skydiver000)


Если вам понравилась статья, не забудьте поставить "+"

рейтинг: +5+x

Facebook vk16.png twitter_icon.png livejournal.gif mailru-share-16.png odklsmall.gif

Добавить новый комментарий
fancy-divider.gif

Читайте далее

  • Обсуждение темпов выпуска и композитов - О темпах выпуска Barbudos писал: Удивляет что? То, что Боинг имеет мощностя такие, что может выделить из своих многотысячных заказов 50 новых 737-х для России только за 4 (!) года. На фоне того, что мы слепили за 4-5 лет всего 28 Суперджетов...… (+20)
  • Сравнение CSeries 100 и SSJ100 - V_teme писал: CS100 даже в текущем (бумажно-идеальном) виде никакой не конкурент RRJ95B. Разница в MTOW составляет 12,271 кг при разнице в паксовместимости в стандартной конфигурации всего в 12 паксов (1,224 кг). Расчетная дальность CS100 с MTOW при...… (+19)
  • Сравнение цены двигателя SaM-146 с конкурентами - Цена двигателя SaM-146 равна $2,7 млн (в 2010-м году). Цифры из ежеквартального отчёта ГСС (страница 79, сверху): Дата совершения сделки: 29.04.2010 Вид и предмет сделки: Заказ № PO/340-RRJ-PJк Рамочному договору Поставки № DDC-RRJ-SCA-PJ-026 от...… (+11)
  • Обсуждение количества инцидентов - На одном форуме произошел небольшой спор о большом количестве инцидентов с Суперджетом. Цитаты: вовчек: за 2012 год 24 инцидента c SSJ. Соотнесите эти цифры с налетом парка, а так же с заявлениями должностных лиц разного ранга о том что для...… (+11)
  • Сравнение самолетов в сегменте 100-149 мест | 10.08.2012 - Статья не закончена: Требуется вычитка и оформление (проверьте перевод) Требуется свести все данные из картикнок в одну удобную таблицу. Ну или большинство данных. Исследование, опубликованое изданием AirInsight, утверждает, что рынок самолетов...… (+11)
page 1 of 512345next »
fancy-divider.gif

Случайные статьи

  • Дальше 750 км не долетит - Engineer_2010: Если суммировать, написанное SSJ-фобами (как с российской стороны, так и украинскими «борцами с МКАД-мега-коррупцией») за предыдущий период времени, то основные мега-идеи их прогнозов можно обобщить в следующем виде: Начальный этап (2004…2007) это «бумажный самолёт», никто ничего не...… (+6)
  • отчет от RuLavan - Как давний сторонник проекта SSJ я не преминул при первой возможности опробовать новый самолёт. В Армению я не собирался, но уж когда Аэрофлот начал регулярные рейсы на своём первом RA-89001 такую возможность не упустил. По промо-тарифу в 3500 рублей были куплены билеты на рейс SU717 Москва...… (+3)
  • Диктат иностранных поставщиков - тотальный диктат поставщиков а может ГСС «послать», например, Талес? Или Пауэрджет? Многие «комплектаторы» и «поставщики ПКИ» это уже не комплектаторы вовсе, а сопроектировщики самолёта. Послать теоретически возможно, но замена партнёра будет стоить так дорого, что практически это нереально -...… (+1)

Использование материалов сайта разрешается только при условии размещения ссылки на superjet100.info

Пока не указано иное, содержимое этой страницы распространяется по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License