Projekt 2 studium wykonalności. 1. Wyznaczenie obciążenia powierzchni i obciążenia ciągu (mocy)

Transkrypt

1 Niniejzy projekt kłada ię z dwóch części: Projekt 2 tudium wykonalności ) yznaczenia obciążenia powierzchni i obciążenia ciągu (mocy) przyzłego amolotu 2) Ozacowania koztów realizacji projektu. yznaczenie obciążenia powierzchni i obciążenia ciągu (mocy) yznaczenia obciążenia powierzchni (/) i obciążenia ciągu (/T) przyzłego amolotu najwygodniej jet dokonać przy pomocy wykreu przedtawiającego zależność odwrotności obciążenia ciągu od obciążenia mocy dla zadanych wymagań technicznych (ry.). A B Ry. Przykład zależności odwrotności obciążenia ciągu od obciążenia powierzchni. Linie zaznaczone na tym wykreie reprezentują równania opiujące zakładane wymagania techniczne. Ograniczony przez nie obzar biały oznacza kombinacje obciążenia powierzchni i ciągu, które pozwolą na pełnienie założonych wymagań. porządzanie w.w. wykreu należy rozpocząć od arbitralnego założenia zeregu obciążeń powierzchni nośnej (/). Natępnie należy obliczyć i wykreślić krzywe T/=f(/) wynikające z kolejnych wymagań technicznych. Na koniec podjąć decyzję, które punkty z obzaru możliwych rozwiązań ą najbardziej korzytne dla projektowanego amolotu. połączeniu ciężarem tartowym wyznaczonym w projekcie pozwoli to utalić powierzchnię nośną oraz ciąg (moc) zepołu napędowego, a w konekwencji również jego typ i producenta. wielu przypadkach okazuje ię, że wymagania ą konfliktowe. Np. częto optymalne obciążenie powierzchni do warunków przelotowych bywa więkze od obciążenia powierzchni umożliwiającego lądowanie na itniejących lotnikach lub pozwalającego na pełnienie Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności /0

2 przepiów dotyczących prędkości minimalnej. tych przypadkach projektant mui wybrać które z wymagań ą ważniejze. przypadku konfliktu z przepiami ważniejze ą oczywiście przepiy, gdyż niepełnienie ich uniemożliwia wykonywanie legalnych lotów. Rezygnacja z jakiegoś wymagania w potaci dokładnej nie jet jednak całkowitą rezygnacją z tego wymagania. Należy bowiem rozważyć w jaki poób można zbliżyć ię do pełnienia nierealnego wymagania uwzględniając obzar dotępnych kombinacji T/ i /. Dla przykładu na ry. rozwiązaniem byłby punkt A, gdyby zależało nam na jak najmniejzum ciągu zepołu napędowego. Gdyby natomiat wymaganiem było uzykanie jak najwiękzego zaięgu, to rozwiązaniem byłby punkt B. przypadku amolotów śmigłowych bardziej użyteczne jet obciążenie mocy, w związku z tym należy porządzić wykre N/ w funkcji / wiedząc że T= η () V Gdzie: N moc zepołu napędowego η - prawność śmigła (dla śmigieł o tałej prędkości obrotowej można przyjmować 0,8). tart Niezależnie od typu amolotu zawze itnieje ograniczenie długości jego tartu. Obciążenie ciągu dla założonej długości tartu można obliczyć ze wzoru: T TO 0,33 3,834 TO C TO Z max σ C Z max σ (2) Gdzie: ciężar powierzchnia nośna T ciąg Czmax makymalny wpółczynnik iły nośnej amolotu σ - tounek gętości powierza na wyokości lotnika do gętości powietrza na poziomie morza (w niniejzym projekcie można przyjąć ) TO długość tartu na 5m Długość tartu należy przyjąć zależnie od typu amolotu i długości paów tartowych z których ma tartować. Makymalny wpółczynnik iły nośnej krzydła bez mechanizacji można ozacować na podtawie ry. 2 Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 2/0

3 (a) (b) Ry.2 Zależność (a) makymalnego wpółczynnika iły nośnej od grubości profilu oraz (b) grubości profilu od projektowej liczby Macha. (Corke) Ry.3 Makymalne wpółczynniki iły nośnej dla profilu wypoażonych w różne rodzaje mechanizacji. (Abbot i Denhoff ) Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 3/0

4 pływ mechanizacji płata można ozacować na podtawie ry. 3. Pamiętać przy tym należy, że do tartu zazwyczaj touje ię mniejze wychylenia mechanizacji niż do lądowania. Ma to na celu obniżenie oporu aerodynamicznego amolotu podcza rozbiegu. przybliżeniu można założyć, że konfiguracje po lewej tronie ryunku dotyczą tartu, a po prawej lądowania. Ponadto przyrot wpółczynnika iły nośnej dotyczy tylko tej części płata na której mechanizacja jet zamontowana. Przyrot Czmax dla profilu należy więc zmniejzyć proporcjonalnie do tounku tej części powierzchni płata na której mechanizacja wytępuje do całej powierzchni płata..2 Lądowanie Podobnie jak w przypadku tartu dla każdego typu amolotu zawze itnieje ograniczenie długości lądowania. tępnie długość lądowania można ozacować na podtawie angloakiego empirycznego wzoru: σc Z max L 0.75 ( 22) m 2 (3) Jak widać nie wytępuje w nim obciążenie ciągu. ynika to z faktu, że lądowanie zazwyczaj odbywa ię na biegu jałowym, więc makymalna moc ilnika nie ma żadnego wpływu na jego długość. Oznacza to, że na ryunku ograniczenie wynikające z długości lądowania pojawi ię w potaci protej pionowej. Tzn. dla każdej wartości T/, / będzie miało tałą wartość. artości L, C Zmax i σ można przyjąć tak jak poprzednio. UAGA: Obliczone w ten poób obciążenie powierzchni dotyczy lądowania i nie może być wprot porównane z obciążeniem powierzchni podcza tartu, gdyż w czaie pomiędzy tartem a lądowaniem ciężar amolotu zmniejzył ię o ciężar zużytego paliwa. Żeby więc obliczyć (/) podcza tartu pozwalające na oiągnięcie (/) L ze wzoru (3) podcza lądowania należy zatoować natępującą procedurę: ) Ze wzoru (3) obliczyć (/) L 2) Znając ciężar amolotu w trakcie lądowania (z projektu ) obliczyć powierzchnię nośną ze wzoru: L = (4) L 3) Obliczyć tartowe (/) dzieląc ciężar tartowy (z projektu ) przez obliczoną ze wzoru (4) powierzchnię = TO TO L (5) Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 4/0

5 yznaczone w ten poób obciążenie powierzchni można już umieścić na wykreie (ry.). ymaganie dotyczące długości lądowania będzie pełnione jeśli amolot będzie miał obciążenie powierzchni mniejze niż obliczone..3 znozenie Bezpośrednio po fazie tartu natępuje zazwyczaj wznozenie. Częto jet ono bardzo ważnym ograniczeniem ze względu na organizację ruchu lotniczego, czy też bezpieczeńtwo. związku z tym przepiy pecyfikują minimalne wartości wznozenia dla pewnych konfiguracji amolotów. znozenie może też być wymaganiem wynikającym z przeznaczenia danego amolotu. Można je opiać natępującym równaniem: qc 2 T + G 0 (6) qπae D 0 = Gdzie : G = inγ dh/dt wznozenie amolotu A wydłużenie płata (z projektu ) e ~ 0,8 wpółczynnik Owalda q = ρv 2 /2 ciśnienie dynamiczne Można przyjąć, że najwiękze wznozenie oiąga ię dla prędkości około V min +0,25(V max -V min ), Vmax można zaczerpnąć z analizy trendów (projekt ) a Vmin i dh/dt z analizy trendów o ile przepiy nie tanowią inaczej (np. JAR 22.49, JAR 22.65, JAR 23.49, JAR 23.65, JAR 25.7, JAR VLA 49, JAR VLA 65) UAGA: Niektóre przepiy wymagają prawdzenia wznozenia innego niż makymalne. Rozwiązanie ze względu na / powyżzego równania ma potać: 2 T T Cx0 G ± G 4 πae = (7) 2 qπae Jak widać równanie to ma en fizyczny tylko wtedy gdy pełniony jet warunek: T C x G+ 2 0 (8) πae arunek ten można zaznaczyć na wykreie (ry.) w potaci protej poziomej. Nie gwarantuje on jednak jezcze uzykania zakładanego wznozenia dla każdego obciążenia powierzchni nośnej. Z równania (6) można bowiem wyprowadzić również natępujący warunek: Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 5/0

6 T qc X + + G 0 q Ae (9) π celu uzykania wznozenia co najmniej równego zakładanemu trzeba zatoować zepół napędowy o ciągu więkzym lub równym niż opiane nierównościami (8) i (9)..4 Prędkość minimalna Bardzo ważnym wymaganiem bywa prędkość minimalna amolotu, zwłazcza jeśli ma on mieć tounkowo niewielkie wznozenie. arunek dotyczący prędkości minimalnej można wyprowadzić bezpośrednio ze wzoru na iłę nośną. Będzie on miał potać: q (0) C Z Podobnie jak poprzednio q oznacza ciśnienie dynamiczne, przy czym prędkość do jego obliczenia należy zaczerpnąć z analizy trendów, o ile przepiy nie tanowią inaczej (np. JAR 22.49, JAR 23.49, JAR VLA 49). Z kolei, ze względów bezpieczeńtwa C Z powinno pełniać warunek, C Z = C Zmax.5 arunki przelotowe i inne wymagania Oprócz warunków wynikających z dotępnych lotnik, przepiów i bezpieczeńtwa amolot definiują również warunki wynikające z przeznaczenia. Mogą one dotyczyć np. warunków przelotowych, prędkości makymalnej, makymalnej prędkości kątowej w zakręcie zwykłym lub prawidłowym itp. Na wykreie (ry.) należy więc umieścić również krzywe wynikające z tych wymagań. Niektóre z wzorów przydatnych do wykreślenia tych krzywych można znaleźć w pliku przydatne wzory. Dla przykładu bardzo czętym wymaganiem jet tu uzykanie jak najwiękzego zaięgu. Dla amolotów śmigłowych makymalny zaięg uzykuje ię gdy: = q π A e C D0 () Dla amolotów odrzutowych gdy: C Ae = q (2) 3 π D 0 obu tych wypadkach, do obliczenia ciśnienia dynamicznego można przyjmować prędkość wynikającą z analizy trendów, gdyż prędkość przelotowa jet równie częto tawiana jako wymaganie. UAGA: obu przypadkach uzykane obciążenie powierzchni nie jet porównywalne z obciążeniem powierzchni w warunkach tartowych. związku z tym należy zatoować taką amą procedurę jak w przypadku lądowania, z tą różnicą, że (/) Przel obliczone ze wzorów () lub (2) odnoić ię będzie do ciężaru w połowie przelotu, a więc Przel = 0,5 Pal Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 6/0

7 2. Analiza koztów Ozacować minimalną cenę jednego z N P wyprodukowanych eryjnie amolotów, zakładając że przedaż N am N P amolotów mui pozwolić na pokrycie koztów prac badawczo rozwojowych. artości N P i N am utalić z prowadzącym (zazwyczaj N am ~ 250 zt.). Obliczenia rozpocząć od ozacowania robocizny tawek płacowych i koztów pozczególnych faz rozwoju i produkcji. Biorąc pod uwagę itnienie inflacji, kozty należy obliczyć dla roku 970 oraz 986, a natępnie ektrapolować do roku 202, zakładając liniowy padek wartości pieniądza. przypadku, gdy do ozacowania koztów wykorzytujemy robociznę ektrapolować należy najpierw ilość roboczogodzin niezbędną do zbudowania amolotu (ze względu na potęp techniczny) oraz tawki godzinowe (ze względu na inflację itp.), a natępnie pomnożyć liczbę roboczogodzin przez odpowiednie tawki. tym przypadku otrzymanych koztów ektrapolować już nie trzeba. UAGA: wzory zaczerpnięto z literatury amerykańkiej [Corke Deign of Aircraft ] w związku z tym toujemy jednotki angloakie [lb] - ciężar V [knot] - prędkość T [lb] ciąg Θ [º Rankine a] temperatura przed turbiną. N liczba amolotów R liczba amolotów produkowanych w ciągu mieiąca. ynik uzykamy w dolarach UA. UAGA: Liczba amolotów N oraz tempo produkcji R zwykle ą różne dla fazy rozwoju i produkcji. Zazwyczaj buduje ię kilka prototypów w ciągu kilku lat, a w fazie produkcji kilkaet amolotów po kilka-kilkanaście w ciągu mieiąca. związku z tym pozczególne kozta należy obliczyć oobno dla fazy rozwoju i produkcji. 5. Rozwój kontrukcji H = C V [godzin] (3) E max Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 7/0

8 5.2 parcie prac badawczo rozwojowych określono na (zaniedbywane w fazie produkcji): C = C V [UD] (4) D max 5.3 Cena ilnika i awioniki [UD] (5) [UD] 5.4 Robocizna H = C V [godzin] (6) ML max Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 8/0

9 5.5 Materiały C = C V [UD] (7) MM max 5.6 arzędzia C5 H = C V R [godzin] (9) T max 5.7 Kontrola jakości H QC = 0,3H ML [godzin] (20) 5.8 Próby w locie (zaniedbywane w fazie produkcji) C = C V [UD] (2) FT max Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 9/0

10 5.9 tawki godzinowe 5.0 Cena amolotu Cenę amolotu można obliczyć ze wzoru: cena P UAGA: powyżzym wzorze Cp oznacza zyk jaki zamierzamy oiągnąć. Minimalną opłacalną cenę uzykamy zakładając Cp=0. Cezary Galińki - Materiały pomocnicze: tudium wykonalności 0/0