Выбор компоновки пассажирского самолета

Московский авиационный институт

(Московский Государственный Технический Университет) 
 

кафедра 101 
 
 
 

Курсовой  проект по курсу

«Проектирование самолетов» на тему: 

«Выбор компоновки пассажирского самолета» 
 
 

Пояснительная записка 
 
 
 
 

Студент гр. 01-512     
 

Консультировал

 _________________ 
 

_________________

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Москва, 2009

    Оглавление 

Постановка задачи 3

Летно-технические характеристики самолета Ту-204-300 4

Алгоритм расчёта 5

1. Весовой расчёт самолета схемы ДнК 6

    1.1. Определение массы топлива –   6

    1.2. Определение массы силовой установки –  7

    1.3. Определение массы фюзеляжа –  7

    1.4. Определение массы крыла –  8

    1.5. Определение массы оперения –  9

    1.6. Определение массы шасси –  9

    1.7. Определение массы оборудования и системы управления –  9

    1.8. Определение массы снаряжения –  9

    1.9. Определение взлетной массы самолёта –  9

2. Экономическая часть расчёта самолета схемы ДнК 10

    2.1. Расчёт расходов на эксплуатацию самолёта схемы ДнК в течение одного лётного часа 10

    2.2. Определение себестоимости тонно-километра для схемы ДнК 10

3. Расчёт центровки самолета схемы ДнК 11

4. Весовой расчет самолета схемы ДнФ 12

    4.1. Определение массы топлива –  12

    4.2. Определение массы силовой установки –  13

    4.3. Определение массы фюзеляжа –  14

    4.4. Определение массы крыла –  14

    4.5. Определение массы оперения –  15

    4.6. Определение массы шасси –  15

    4.7. Определение массы оборудования и системы управления –  15

    4.8. Определение массы снаряжения –  15

    4.9. Определение взлетной массы самолёта –  15

5. Экономическая часть расчёта самолета схемы ДнФ 16

    5.1. Расчет расходов на эксплуатацию самолёта схемы ДнФ в течение одного лётного часа 16

    5.2. Определение себестоимости тонно-километра самолета схемы ДнФ 16

6. Расчёт центровки самолета схемы ДнФ 17

Таблица результатов 17

Взаимное расположение крыла и фюзеляжа 18

Вывод 19

Список используемой литературы 20 
 
 
 
 

Постановка  задачи

    Разработать две компоновочные схемы: ДнК (двигатель  на крыле) и ДнФ (двигатель на фюзеляже) для самолёта. Рассчитать весовые  характеристики обеих компоновочных  схем. Рассчитать экономические параметры. Сделать выводы: какая из компоновочных  схем более выгодна.

    В качестве прототипа был выбран самолёт  Ту-204-300. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Летно-технические характеристики самолета Ту-204-300 

    Модель     Ту-204-300
           
    Экипаж     2 пилота
    Число пассажиров     164 человек
     
    Длина       40 м
    Размах  крыльев             41,83 м
    Площадь крыла           184,17 м²
    Стреловидность  крыла (1/4 хорды)     28 градуса
    Высота  самолета     13,9 м
    Колёсная  база             12,57 м
    Ширина  фюзеляжа       3,8 м
    Высота  фюзеляжа       4,1 м
    Длина кабины     5,63 м
     
    Максимальная  взлётная масса     107500 кг
 
    Масса пустого снаряженного самолёта     50000 кг
    Максимальная  масса полезной нагрузки     18000 кг
    Максимальное  количество топлива     45859,9 л
    Объем используемого  топлива

    

    38276,4 л
    30047 кг
           
    Крейсерская скорость     810 км/ч
    Максимальная  скорость     850 км/ч
           
    Дальность полёта     7500 км
    Практический  потолок            12600 м
           
    Силовая установка
    Модель  ТРДД     ПС-90А
    Количество  двигателей     2
    Тяга  одного двигателя     16000 кг
    Масса одного двигателя      2900 кг
    Длина             6,184 м
    Диаметр мотогондолы     2,43 м
 
 
 
 

Алгоритм  расчёта 

    Блок-схема  расчета: 

    

 
 
 
 
 

1. Весовой расчёт самолета схемы ДнК 

    1.1. Определение массы топлива –  

      (кг/м2) – стартовая нагрузка самолёта, где (кг) – взлётная масса самолёта, – площадь крыла.

      – тяговооружённость. (кгс) – тяга одного двигателя, – число реактивных двигателей.

     (км) – дальность крейсерского  участка полёта.

      (км) – крейсерская высота полёта. – крейсерское число Маха. (км/ч) – крейсерская скорость.

     (кг/кгч) – удельный расход топлива на крейсерском режиме полёта.

     - степень двухконтурности двигателя.

     (кг/м2) – крейсерский скоростной напор. – относительная плотность.

      – коэффициент подъёмной  силы.

      (м2) – площадь оперения.

     (м2). – относительный статический момент горизонтального оперения.

     (м) – средняя аэродинамическая  хорда (САХ).

     - плечо горизонтального оперения.

     (м2). – относительный статический момент вертикального оперения. (м) – плечо вертикального оперения.

     (м) – диаметр мотогондолы.

      – число Рейнольдса.

    

      – относительная толщина профиля.

     - коэффициент сопротивления  мотогондолы.

     (м2) – площадь фюзеляжа.

      – удлинение фюзеляжа.

     (м) – длина фюзеляжа. (м) – диаметр фюзеляжа.

     – коэффициент трения.

      – крейсерское качество самолёта.

      – эффективное удлинение  крыла.

     (кг) – масса топлива.

       . 

    1.2. Определение массы силовой установки –  

     .

     (для ДнК), - удельный вес двигателя, - число реверсивных двигателей.

     (кг). 

    1.3. Определение массы фюзеляжа –  

      

     (атм.изб.) – эксплуатационное  значение избыточного давления  в гермокабине.

     (кабина имеет 1 фонарь пилотов).

     (для шасси, прикрепленного к фюзеляжу).

      – приближённые зависимости, характеризующие распределение эпюр изгибающих, крутящих моментов и перерезывающих сил по длине фюзеляжа и зависящих от размеров самолёта и взаимного расположения крыла и фюзеляжа.

    Изгибающие  моменты:

      

    1.4. Определение массы крыла –  

      

      – расчётная перегрузка.

      – коэффициент, показывающий  влияние изменения шага нервюр L по размаху крыла на вес  продольного набора.

    Значения  и описания необходимых величин см. в таблице результатов. 
 

    1.5. Определение массы оперения –  

     (кг/м2) – удельный вес.

     (кг/м2).

     .

     (кг).

     . 

    1.6. Определение массы шасси –  

     . 

    1.7. Определение массы оборудования и системы управления –  

     .

      – максимальное число пассажиров.

     (для ДнК).

     (кг). 

    1.8. Определение массы снаряжения –  

     (кг).

     - число членов лётного экипажа  (два пилота и бортмеханик).

     - число двигателей.

     (кг) – вес коммерческой нагрузки.

     . 

    1.9. Определение взлетной массы самолёта –  

     (кг) 

    Требуемый результат достигается после выполнения одной итерации.  
 
 
 

2. Экономическая часть расчёта самолета схемы ДнК 

      – относительная величина  авианавигационного запаса топлива.

     (час).

     - для магистральных самолётов  большой дальности.

     (кг) – масса авианавигационного запаса топлива.

     (кг) – масса топлива, расходуемого в полёте. 

    2.1. Расчёт расходов на эксплуатацию самолёта схемы ДнК в течение одного лётного часа 

     (км/ч) – рейсовая скорость  полёта.

     (кг) – стартовая тяга одного  двигателя.

     (кг) – масса пустого самолёта. 

    

      – число бортпроводников.

      – число членов лётного экипажа. 

    2.2. Определение себестоимости тонно-километра для схемы ДнК 

     (руб/ткм).

     - среднее значение коэффициента  загрузки.

     (т) – коммерческая нагрузка. 
 
 
 
 

3. Расчёт центровки самолета схемы ДнК 

      – относительный вес оборудованного фюзеляжа с содержимым и агрегатами.

     (м).

      – положение фокуса крыла.

      – расстояние от носка САХ до общего веса крыла –

      – запас продольной статической устойчивости.

      – взаимное положение крыла и фюзеляжа по длине самолёта.

      – относительная величина статического момента горизонтального оперения.

     .

     .

     .

      – коэффициент, учитывающий скос потока.

     (для ДнК).

      – расстояние от носка САХ до центра тяжести самолёта.

       (м) – длина САХ. 

    Проверка.

     – положение фокуса самолёта.

     .

    Получили  ту же величину, что и заложили в  расчёт (см. таблицу результатов), следовательно расчет верный. 
 
 
 
 
 
 

4. Весовой расчет  самолета схемы ДнФ  

    4.1. Определение массы топлива –  

      (кг/м2) – стартовая нагрузка самолёта, где (кг) – взлётная масса самолёта. (м2) - площадь крыла.

     - тяговооружённость. (кгс) – тяга одного двигателя, - число реактивных двигателей.

     (км) – дальность крейсерского  участка полёта.

     (км) – крейсерская высота  полёта.

      – крейсерское число маха. (км/ч) – крейсерская скорость.

     (кг/кгч) – удельный расход топлива на крейсерском режиме полёта.

      – степень двухконтурности двигателя.

     (кг/м2) – крейсерский скоростной напор. – относительная плотность.

      – коэффициент подъёмной  силы.

     (м2) – площадь оперения.

     (м2). – относительный статический момент. горизонтального оперения.

     (м) – средняя аэродинамическая  хорда (САХ).

      – плечо горизонтального оперения.

     (м2). – относительный статический момент вертикального оперения. (м) – плечо вертикального оперения.

     (м) – диаметр мотогондолы.

      – число Рейнольдса.

    

     (ДнФ).

      – относительная толщина профиля.

       – коэффициент сопротивления мотогондолы.

     (м2) – площадь фюзеляжа.

      – удлинение фюзеляжа.

     (м) – длина фюзеляжа. (м) – диаметр фюзеляжа.

     – коэффициент трения.

      – крейсерское качество самолёта.

      – эффективное удлинение крыла.

    

    – масса топлива.

     . 

    4.2. Определение массы силовой установки –  

     .

      – коэффициент характеризующий расположение СУ относительно фюзеляжа, – удельный вес двигателя, – число реверсивных двигателей.

     (кг). 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4.3. Определение массы фюзеляжа –  

      

     (атм.изб.) – эксплуатационное значение избыточного давления в гермокабине.

     (кабина имеет 1 фонарь пилотов), (двигатели крепятся к фюзеляжу).

      – приближённые зависимости, характеризующие распределение эпюр изгибающих, крутящих моментов и перерезывающих сил по длине фюзеляжа и зависящих от размеров самолёта и взаимного расположения крыла и фюзеляжа. 

    Изгибающие  моменты:

      

    4.4. Определение массы крыла –  

    

      – расчётная перегрузка.

      – коэффициент, показывающий  влияние изменения шага нервюр L по размаху крыла на вес  продольного набора.

    Значения  и описания необходимых величин см. в таблице результатов.

    4.5. Определение массы оперения –  

     (кг/м2) – удельный вес.

     (кг/м2).

     (кг).

     . 

    4.6. Определение массы шасси –  

     . 

    4.7. Определение массы оборудования и системы управления –  

     .

      – максимальное число пассажиров.

     (для ДнФ).

     (кг). 

    4.8. Определение массы снаряжения –  

      (кг).

      – число членов лётного экипажа.

      – число двигателей.

     (кг) – вес коммерческой нагрузки.

     . 

    4.9. Определение взлетной массы самолёта –  

     (кг). 

    Требуемый результат достигается после выполнения двух итераций.  
 
 
 
 

5. Экономическая часть расчёта самолета схемы ДнФ 

     0,038 – относительная величина авианавигационного запаса топлива

      (час).

      – для самолетов большой дальности.

     (кг) – масса авианавигационного запаса топлива.

     (кг) – масса топлива, расходуемого в полёте. 

    5.1. Расчет расходов на эксплуатацию самолёта схемы ДнФ в течение одного лётного часа 

     (км/ч) – рейсовая скорость  полёта.

     (кг) – стартовая тяга одного  двигателя.

     (кг) – масса пустого самолёта. 

    

      – число бортпроводников.

      – число членов лётного экипажа. 

    5.2. Определение себестоимости тонно-километра самолета схемы ДнФ 

     (руб/ткм).

      – среднее значение коэффициента загрузки.

     (т) – коммерческая нагрузка. 
 
 
 
 

6. Расчёт центровки самолета схемы ДнФ 

      – относительный вес оборудованного фюзеляжа с содержимым и агрегатами (включая вес силовой установки)

     (м).

     (м) – смещение центра тяжести группы фюзеляжа за счёт крепления на нём силовой установки (или её части) весом – .

      – положение фокуса крыла.

      – расстояние от носка САХ до общего веса крыла – .

      – запас продольной статической устойчивости.

      – взаимное положение крыла и фюзеляжа по длине самолёта.

      – относительная величина статического момента горизонтального оперения.

     .

     .

     .

      – коэффициент, учитывающий скос потока.

     (для ДнФ).

      (м) – расстояние от носка САХ до центра тяжести самолёта

     (м);  (м) – длина САХ. 

    Проверка

      – положение фокуса самолёта.

     .

    Получили  ту же величину, что и заложили в  расчёт (см. таблицу результатов), следовательно расчёт верный. 
 
 

                                  Таблица результатов

Выбор компоновки пассажирского самолета 📙 Курсовая → 🆔 58155

Выбор компоновки пассажирского самолета 📙 Курсовая → 🆔 58155

Выбор компоновки пассажирского самолета