МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К
ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ»
МОСКВА • 2007
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
_
МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(государственный технический университет)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К
ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ»
Утверждено на заседании редсовета 21 июля 2006 г.Москва Издательство МАИ Автор-составитель А.Н. Арепьев Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Проектирование воздушных судов» / Авт.-сост. А.Н. Арепьев. – М.:
Изд-во МАИ, 2007. – 39 с.: ил.
Методические указания содержат обязательные минимальные требования к содержанию основных разделов курсовой работы и ее оформлению.
В приложениях приведены необходимые справочные данные.
Предназначены для студентов, выполняющих курсовую работу по дисциплине «Проектирование воздушных судов».
Рецензенты: кафедра «Сертификация авиационной техники» Московского авиационного института (государственного технического университета) (зав. кафедрой д-р техн. наук проф. И.К. Мулкиджанов);
В.С. Шапкин – начальник отдела ГосНИИ ГА д-р техн. наук, профессор.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данная работа состоит из трех частей и приложений.В первой части сформулированы цели курсового проектирования, общие методические рекомендации и содержание основных этапов выполнения курсовой работы.
Вторая часть содержит обязательные требования к основным разделам курсовой работы.
В третьей части даны рекомендации по оформлению курсовой работы, предъявляемой к защите на кафедре.
Приложения содержат различные справочные данные.
Автор приносит большую благодарность профессору кафедры «Проектирование самолетов» МАИ В.В. Мальческому.
Особая благодарность рецензентам учебного пособия: профессору В.С. Шапкину, коллективу кафедры «Сертификация авиационной техники» Московского авиационного института и зам. заведующего кафедрой А.А. Красоткину
ЧАСТЬ 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1. ЦЕЛИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Цели курсовой работы – это углубление и закрепление теоретических знаний по дисциплине «Проектирование воздушных судов» и приобретение опыта самостоятельного обоснованного решения задач в области проектирования гражданских воздушных судов (ВС).1.2. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Курсовая работа представляет собой набор решений задач проектирования нового ВС гражданской авиации, объединенных общей темой, т.е. курсовая работа – это одно из возможных промежуточных проектных решений* для ВС. Это решение должно соответствовать требованиям части 2.
Курсовая работа выполняется лично студентом, который обеспечивает правильность расчетов, качество ее графической части и доказательность принятых решений.
В курсовой работе доказательность обеспечивается:
• при применении статистического метода – обязательным приведением в явном виде используемых статистических данных воздушных судов-аналогов** (см. далее научно-технический задел), на базе которых принимается решение;
• при применении аналитического метода – обязательным указанием на литературный источник (см. научно-технический задел), где опубликована соответствующая формула (методика, рекомендация) и область ее применения;
• аргументированным выбором значений для соответствующих показателей (коэффициентов, переменных, характеристик и т.п.).
Выполняя курсовую работу, студент должен организовать свою работу так, чтобы она была закончена в установленный срок.
* Проектное решение – промежуточное или окончательное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для определения дальнейшего направления проектирования или его окончания.
** В данном случае аналог – это ВС со сходными летно-техническими, взлетно-посадочными характеристиками.
1.3. ЭТАПЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И
ИХ СОДЕРЖАНИЕ
Учебное проектирование состоит из нескольких этапов.Этап 1. Задание на курсовую работу содержит основные характеристики, которыми должно обладать проектируемое ВС. Это задание выдает руководитель курсовой работы. На этом этапе студент должен ознакомиться с настоящими методическими указаниями и другими методическими материалами по курсовому проектированию.
Этап 2. Предварительные изыскания, включающие:
а) формирование научно-технического и методического задела в соответствии с требованиями разд. 2.1;
б) формирование предварительного технического задания (ТЗ) на разработку проектного решения нового ВС. Требования к содержанию ТЗ приведены в разд. 2.2.
Этап 3. Разработка допустимого варианта проектного решения. В курсовой работе проектное решение включает следующие материалы:
а) габаритный чертеж;
б) компоновочный чертеж (схему) пассажирской (грузовой) кабины с дополнительными сечениями и видами;
в) чертеж (схему) директивной силовой схемы ВС;
г) пояснительную записку – текстовый документ, доказательно поясняющий принятые решения в части:
• выбора и обоснования базовой схемы ВС и его двигателя;
• выбора параметров ВС и основных его частей;
• компоновки и центровки ВС;
• выводов о соответствии характеристик ВС требованиям ТЗ Проектное решение должно отвечать методическим требованиям части 2, а его оформление – требованиям части 3.
Этап 4. Защита курсовой работы. В приложении 8, как пример, приведены основные вопросы для самостоятельной подготовки студента к защите курсовой работы по самолетной тематике.
ЧАСТЬ 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Данная часть содержит обязательные методические требования к основным разделам курсовой работы.
МЕТОДИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ
Выполнение курсовой работы начинается с формирования научно-технического и методического задела, который должен включать:1) анализ задания на курсовую работу и сбор информации о ВС аналогичного класса и их двигателях. Например, в приложении 5 приведен минимальный перечень статистической информации для самолетов;
2) поляры воздушного судна-прототипа* в полетной, взлетной и посадочной конфигурациях (или методики оценки аэродинамических характеристик, необходимых для построения этих поляр);
3) высотно-скоростные, дроссельные, весовые и габаритные характеристики двигателя-прототипа (или методика оценки этих характеристик);
4) методику оценки весовых характеристик проектируемого ВС;
5) методику оценки основных летных характеристик ВС;
6) учебную (или научно-техническую) литературу, в которой изложена специфика проектирования ВС данного класса (типа);
7) другая значимая информация по теме курсовой работы.
2.2. СОДЕРЖАНИЕ «ТЕХНИЧЕСКОГО Цель этого раздела курсовой работы – формирование, с обязательным учетом требований задания на курсовую работу, предварительного ТЗ для проектирования ВС.
ТЗ должно содержать следующие разделы:
1. Назначение проектируемого ВС, включая условия его применения.
Прототип (здесь и далее) – реальный объект (или проект) как главный источник информации для проектируемого самолета.
2. Общие требования – указание на нормы летной годности и другие стандарты.
3. Требуемые летно-технические характеристики.
4. Требуемые ресурсные характеристики.
5. Состав экипажа ВС, включая бортпроводников.
6. Требуемый уровень комфорта в кабине пассажиров.
7. Состав оборудования ВС.
8. Требуемая силовая установка.
9. Общие требования к системе технического обслуживания.
10. Характеристики технического уровня ВС.
В приложении 6 приведен пример предварительного ТЗ для проектирования гипотетического самолета.
Приближенное обоснование ТЗ (а только такое требуется в курсовой работе) выполняется путем анализа и сравнения характеристик ВС аналогичного класса. Это обоснование должно отражать личную точку зрения студента как будущего авиационного инженера на рациональную область применения проектируемого ВС.
При этом контролируется умение студента устанавливать качественную зависимость между летно-техническими характеристиками ВС и условиями его применения.
2.3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ БАЗОВОЙ СХЕМЫ ВОЗДУШНОГО СУДНА
Процедура выбора базовой схемы ВС состоит в выполнении следующих проектных операций:
1) предложение 2...4 различных вариантов схемы, представленных в виде схематических безразмерных рисунков. Варианты схем должны отличаться не менее чем по двум компоновочным признакам;
2) анализ предложенных вариантов;
3) выбор рациональной базовой схемы.
В курсовой работе допустим наиболее простой прием получения вариантов базовой схемы проектируемого ВС – это использование схем уже существующих ВС либо непосредственно, либо после некоторых изменений; возможны и другие методы синтеза.
Анализ вариантов схемы должен включать сравнительные количественные и (или) качественные оценки достоинств и недостатков этих вариантов между собой в условиях конкретного ТЗ. При этом допустимо применение экспертных методов анализа.
Выбор рационального варианта базовой схемы должен быть доказательным, т.е. основанным как на результатах анализа вариантов схем, так и на обязательном учете степени важности проявления их достоинств и недостатков в условиях конкретного ТЗ.
2.4. ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУШНОГО СУДНА И ОСНОВНЫХ ЕГО ЧАСТЕЙ
При этом исходные данные включают следующие группы информации:
а) техническое задание на проектирование ВС и соответствующие требования НЛГ;
б) определенное статистическим методом значение взлетного веса;
в) аэродинамические характеристики ВС;
г) высотно-скоростные и другие характеристики двигателя.
Перечисленные характеристики ВС и его двигателя принимаются по результатам ранее принятых решений и с учетом данных научно-технического задела.
Условия выбора параметров самолета 2.4.2. Для самолета основное условие для определения взлетной удельной нагрузки на крыло заключается в том, чтобы с учетом соответствующих требований ТЗ и НЛГ самолетов (АП ОЛС, АП 23, АП 25) подъемная сила крыла уравновешивала инерционные силы и силу веса самолета на следующих расчетных этапах траектории полета:
б) крейсерский полет;
в) посадка.
2.4.3. Для самолета основное условие определения тяго(энерго)вооруженности состоит в том, чтобы с учетом соответствующих требований ТЗ и НЛГ самолетов тяга (мощность) силовой установки самолета обеспечивала преодоление сил сопротивления движению самолета на следующих расчетных этапах траектории полета:
б) продолженный взлет (участок набора высоты);
в) крейсерский полет.
Условия выбора параметров частей ВС 2.4.4. Выбор двигателя. В курсовой работе, как правило, предполагается, что на проектируемом ВС устанавливается гипотетический двигатель с тягой (мощностью), определяемой по результатам выбора тяго(энерго)вооруженности ВС (п.2.4.3) и расчета взлетного веса второго приближения (разд. 2.5), а остальные параметры этого двигателя принимаются по информации о двигателе-прототипе. При этом вопрос о выборе наилучшего прототипа для гипотетического двигателя решается путем выполнения следующих процедур:
а) определение класса тяги (мощности) двигателя проектируемого ВС;
б) предварительный выбор 2...4 реальных двигателей (или проектов перспективных двигателей) аналогичного класса тяги (мощности);
в) анализ выбранных (2.4.4, п.б) двигателей-прототипов;
г) выбор наилучшего двигателя-прототипа.
Предварительный выбор двигателей (или проектов перспективных двигателей) осуществляется по данным научнотехнического задела в зависимости от класса их тяги (мощности).
Анализ полученных вариантов двигателей должен включать сравнительные количественные оценки их удельных характеристик между собой в условиях конкретного ТЗ.
Выбор наилучшего двигателя-прототипа должен быть доказательным, т.е. основанным как на результатах анализа вариантов двигателей, так и на обязательном учете степени важности проявления их характеристик в условиях конкретного ТЗ.
2.4.5. Параметры и размеры фюзеляжа определяются с помощью чертежа компоновки пассажирской (грузовой) кабины (см.
разд. 2.6). При этом допустимо использование в качестве основы для этого чертежа соответствующей компоновки воздушного судна-прототипа с обязательным учетом требований ТЗ, современных требований к компоновке аварийных выходов и особенностей базовой схемы проектируемого ВС.
2.4.6. Выбор (назначение) значений проектных параметров частей ВС (для самолета – это крыло и его механизация, оперение, мотогондола и воздушный винт) должно быть доказательным с помощью статистического или аналитического методов. Положение шасси относительно центра тяжести ВС обосновывается на габаритном чертеже.
Внимание! В отличие от реального проектирования, где параметры ВС и его частей оптимизируются, в курсовой работе их определение основано на статистическом или аналитическом методах. Однако студент должен продемонстрировать на защите своей работы знания закономерностей, определяющих оптимальные (рациональные) значения соответствующих параметров.
2.5. ВЗЛЕТНЫЙ ВЕС ВОЗДУШНОГО СУДНА
Взлетный вес ВС (второе приближение) определяется методом простых итераций, реализуемым выражениями:выполнять вычисления по формуле до тех пор, пока выполняется условие где ( G i ) j – сумма весов i-х компонентов взлетного веса ВС, вычисляемых в абсолютной форме (в даН) при (G 0) j ;
( G k ) j – сумма относительных весов k-х компонентов взлетного веса ВС, вычисляемых в относительной форме при (G 0) j.
В учебном проектировании за величину невязки итераций принимают = 0,03...0,05, т.е. процесс итераций по формуле (1) продолжают до тех пор, пока разность между двумя последними из них по абсолютной величине не станет меньше 3…5 %.
Величина (G 0) j в начале итерационного процесса – это предварительное значение взлетного веса. По окончании итерационного процесса вычислений значение взлетного веса последнего приближения принимается в качестве расчетной величины G 0.
Примечание: Расчетное значение взлетного веса ВС G 0 может быть уточнено по данным центровочной ведомости в результате центровки ВС.
Поскольку оптимизация параметров ВС и его частей не является задачей курсовой работы, то оценку веса (относительного веса) частей ВС допустимо производить по статистическим формулам удовлетворительной точности.
Для самолета формулы определения веса (относительного веса) крыла и фюзеляжа должны учитывать основные параметры этих частей самолета и особенности его базовой схемы. Формулы определения веса (относительного веса) остальных частей самолета могут учитывать 1...2 основных параметра.
При определении весовых характеристик проектируемого ВС обязательным условием является доказательность (см. разд.1.2), применения соответствующих формул.
2.6. КОМПОНОВКА ВОЗДУШНОГО СУДНА 2.6.1. В курсовой работе объемная компоновка ВС включает разработку чертежа, содержащего компоновку пассажирской (грузовой) кабины и типовое сечение фюзеляжа.
При необходимости (по указанию руководителя) выполняются чертежи дополнительных сечений ВС, обосновывающие достаточность соответствующих объемов (например, достаточность объемов отсеков для колес шасси в убранном положении).
2.6.2. В курсовой работе весовая компоновка ВС включает разработку центровочной схемы ВС и центровочной ведомости, с помощью которых конкретизируется взаимное положение частей ВС, обеспечивающее потребные для эксплуатации предельно переднюю и предельно заднюю центровки ВС. Положение центра тяжести ВС по высоте задают приближенно.
Весовая компоновка самолета заключается в конкретизации положения его крыла по длине фюзеляжа, которое допустимо определять статистическим методом по центровочной схеме вместо центровочной ведомости.
2.6.3. В курсовой работе конструктивно-силовая компоновка включает разработку чертежа директивной силовой схемы ВС, содержащего схему расположения только силовых элементов продольного и поперечного набора каждого агрегата (оси лонжеронов, стенок, балок и бимсов, оси силовых нервюр и силовых шпангоутов), так и их взаимную увязку между собой.
2.7. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА
2.7.1. Аэродинамические характеристики проектируемого ВС (графики поляр и графики зависимостей Cy = f() в полетной, взлетной и посадочной конфигурации) могут приниматься по данным воздушного судна-прототипа или расчетным методом, который учитывает особенности проектируемого ВС (см. научнотехнический задел).
2.7.2. Аэродинамические характеристики воздушного винта должны представляться соответствующей диаграммой характеристик серии винтов.
При любом способе получения аэродинамических характеристик (п.2.7.1 и п.2.7.2) они должны быть доказательными.
2.7.3. Оценка основных летных характеристик проектируемого ВС включает поверочный расчет технической дальности полета ВС на заданной в ТЗ крейсерской высоте и крейсерской скорости, основанный на формуле Бреге для крейсерского участка полета.
При этом должны определяться потребное значение коэффициента C y крейс и соответствующее ему качество К крейс, потребная степень дросселирования двигателей и соответствующий этому режиму удельный расход топлива C R крейс ( C e крейс ). Протяженность участков набора крейсерской высоты и снижения, а также соответствующий им расход топлива допускается определять по статистическим формулам. В зависимости от особенностей проектируемого ВС руководителем проекта может быть назначена оценка других его характеристик.
2.7.4. Оценка взлетно-посадочных характеристик включает расчет по приближенным формулам и проверку выполнения соответствующих требований НЛГ и ТЗ для следующих данных:
• скорость на безопасной высоте;
• дистанция нормального взлета;
• потребная дистанция взлета;
• скорость захода на посадку;
• посадочная дистанция;
• потребная длина ВПП для посадки.
Расчет взлетно-посадочных характеристик должен учитывать взлетно-посадочную схему проектируемого ВС (прежде всего, компоновку колес шасси относительно ВС).
2.7.5. Для оценки проходимости ВС по ВПП заданного класса осуществляется подбор колес шасси (рекомендуемый каталог колес шасси приведен в приложении 7). При этом должны учитываться конкретные геометрические характеристики шасси, положение центра тяжести ВС и его вес, а также взлетно-посадочные характеристики ВС.
ЧАСТЬ 3. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ
МАТЕРИАЛОВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Основные результаты курсовой работы, предъявляемые к защите на кафедре, должны быть оформлены в соответствии с общими требованиями ГОСТов ЕСКД, а также требованиями кафедры, которые излагаются ниже.3.1. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ Графическая часть учебного проекта включает:
• габаритный чертеж;
• компоновочный чертеж (схема);
• чертеж (схема) директивной силовой схемы ВС.
Этот чертеж должен содержать три проекции проектируемого ВС и давать исчерпывающее представление о внешних очертаниях ВС и его габаритных размерах.
Габаритный чертеж выполняется на одном листе ватмана размером не менее формата А1 (594841 мм). В соответствии с ГОСТ чертеж должен в правом нижнем углу иметь основную надпись (рис. 3.1), а в правом верхнем углу поле, в котором в перевернутом виде записывается обозначение чертежа. Пример обозначения чертежа к курсовой работе по дисциплине «Проектирование воздушных судов», выполняемой на кафедре 101 и имеющей номер задания на курсовую работу ZZ Рис.3.1. Пример заполнения основной надписи на габаритном чертеже Самолет изображается в полетной конфигурации, т.е. с убранными взлетно-посадочными устройствами, если они убираются.
Для убирающегося шасси колеса показывают тонкой линией в выпущенном положении при необжатом положении амортизации и пневматиков.
«