Проблемы связанные с проектированием фюзеляжа авиалайнера на 250 мест с использованием различных архитектур. Какие параметры определяют летно-технические характеристики самолета и как изменения фюзеляжа, такие как одиночный или двойной проход между кресел пассажиров, влияют на эти параметры.
Рисунок 1. индуктивное сопротивление возникает из-за общей циркуляции воздуха снизу вверх самолета.
Правильная выбранная конфигурация фюзеляжа служит базовым активом для производных моделей (derivative) по стоимости, которые зависят от базового актива. Пример тому развитие производных Boeing В-737, где базовым активам есть В-737-100(200). Airbus для derivative 318/319/321 базовым активом есть А-320 или derivative А-330/340 есть производные от базового актива Airbus-300. Главная составляющая здесь экономическая - стоимость.
Однопроходный или двухпроходный фюзеляж
Параметры конструкции, чтобы понять, должен ли он быть фюзеляж одинарным или двойным проходом:
- Сопротивление планера, которое определяет расход топлива
- Масса планера, которая влияет на несколько параметров, таких как размер крыла и двигателя, и, косвенно, через индуктивное сопротивление, полное сопротивление планера.
- Время оборота самолета, влияющее на суточную производительность самолета.
Площадь поперечного сечения фюзеляжа оказывает незначительное влияние на сопротивление планера. Воздух очень податлив и легко огибает выпуклую форму, вызывая лишь небольшое количество так называемого сопротивления давления. Преобладающим сопротивлением для авиалайнера является сопротивление трения об обшивку. Это сила сопротивления, возникающая, когда воздух трется об обшивку самолета. Это сопротивление также можно назвать сопротивлением из-за размера.
Вторым основным компонентом сопротивления является индуцированное сопротивление или сопротивление из-за веса . Он создается глобальной циркуляцией воздуха из-под крыла, когда он циркулирует к верхней части крыла, рисунок 1.
Индуктивное сопротивление зависит не только от размаха крыла, но и от того, насколько тщательно контролируется распределение подъемной силы по размаху (оно должно быть близким к эллиптическому в направлении по размаху). Это НЕ зависит от удлинения крыла , что является широко распространенным заблуждением. Это неправильное название возникает из-за того, что индуктивное сопротивление делится на площадь крыла, чтобы нормализовать сопротивление к коэффициенту подъемной силы, чтобы можно было сравнивать значения сопротивления для самолетов разных размеров.
Сопротивление сильно меняется со скоростью. На рис. 2 показано, что на малых скоростях, таких как отрыв, доминирует индуктивное сопротивление. Обычно это 85% от общего сопротивления при вращении.
Рисунок 2. Как компоненты сопротивления меняются со скоростью.
В крейсерском режиме, когда мы летим на высокой скорости, преобладающим сопротивлением является сопротивление трения. Трение воздуха уменьшается с разрежением воздуха на высоте. Несмотря на то, что индуктивное сопротивление увеличивается с разреженным воздухом, авиалайнеру выгодно летать высоко, чтобы уменьшить преобладающее сопротивление трения. Вот почему самолеты, которые могут подниматься высоко, например, реактивные авиалайнеры, летают на высоте от 30 000 до 40 000 футов, где плотность воздуха составляет одну треть от плотности на уровне моря.
Сопротивление трения зависит от участка о который трется воздух, так называемого смоченного участка (Wetted area). Если мы разработаем параметры, которые управляют смачиваемыми зонами различных типов фюзеляжа, мы найдем факторы доминирующего сопротивления. Но мы также находим драйвер для массы и веса фюзеляжа (масса — это масса, вес — это сила).
Это происходит из-за того, что авиалайнеры имеют напряженную конструкцию обшивки (stressed skin). Обшивка самолета (stressed skin) создает доминирующее сопротивление и, поскольку она является основным носителем нагрузки, а также создает массу (на прочность) самолета.
ВЫВОД.
Таким образом, если мы сможем определить, какая конструкция фюзеляжа имеет наименьшую площадь "увлажнения" на одного перевозимого пассажира, мы поймем, какой тип фюзеляжа лучше всего подходит для нашего основного самолета следующего поколения.