Аэродинамика Ил-76МД и его использование в авиации

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа № 2  г. Советский"

Исследовательская работа

Аэродинамика Ил-76МД

и его использование в авиации

Автор:

Миниахметова Регина Рустамовна,

обучающаяся 11  «А» класса

Руководитель: Боброва Татьяна Владимировна, учитель физики

г. Советский

2023

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………… 2

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Глава 1.Изучение модели…………….…………………………………………………. 3

Конструкция Ил-76…………….………………………………………………... -

Модификации Ил-76…………….………………………………………………. 7

Глава 2.Теория полета самолетов с точки зрения физических законов………………9

Подъемная сила……………………………………………………………………9

Сила тяжести………………………………………………………………………9

Электризация……………………………………………………………………..10

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Глава 3. Исследование материалов для модели………………………………………..11

Материал для основной конструкции…………………………………………..11

Скрепляющее средство…………………………………………………………..12

Оценка результатов………………………………………………………………12

Глава 4. Разработка чертежа и создание модели……………………………………….13

Список литературы ...........................................................................................................14

Приложение ……………………………………………………………………………....15

Введение

Современный мир не стоит на месте, люди ежеминутно перемещаются по нашей планете между государствами, что требует быстрого и удобного транспорта. Рост потребности персонала в сфере авиаперевозок и неудержимое желание к полетам привел меня к мысли, что и я могу реализовать свои возиожности, работая в данной сфере.

Сфера авиаперевозок требует высококвалифицированных кадров, большинству которых необходимо знать такие вещи, как аэродинамика полета, строение и программное обеспечение авиалайнеров и грузовых самолетов, что требует глубоких знаний таких школьных предметов, как физика и информатика. Капитан самолета является не только хорошим пилотом, но и грамотным бортинженером, механиком.

В связи с тем, что я планирую связать свою будущую профессию именно со сферой авиаперевозок, тема связи авиации и законов физики важна мне и актуальна для выполнения данной исследовательской работы.

Проблема, которую я буду решать в данной работе это объяснение полета с точки зрения законов физика.

Цель: создание модели самолета Ил-76МД с целью изучения его аэродинамики.

Задачи:

1. Изучение особенностей конструирования самолетов модели Ил-76.

2.Изучение теории полета самолетов с точки зрения физических законов

3.Разработка чертежа модели самолета и расчёт необходимых материальных затрат

4.Оценка полученных данных и конструирование модели Ил-76 МД

5.Усовершенствование модели до необходимого результата.

  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Глава 1. Конструкция Ил-76.

Ил-76 — советский тяжёлый военно-транспортный самолёт, разработанный в ОКБ Ильюшина по проекту и под руководством академика Г. В. Новожилова; первый в истории СССР военно-транспортный самолёт с турбореактивными двигателями.

Самолёт построен по традиционной для тяжёлых транспортных самолётов схеме однофюзеляжного высокоплана со стреловидным крылом и однокилевым Т-образным оперением. Крыло самолёта — трапециевидное с переломом по задней кромке. Выбор формы крыла был обусловлен, по данным с сайта[1], заданной скоростью крейсерского полёта и характеристиками укороченного взлёта и посадки. Каждое полукрыло оборудовано мощной механизацией и располагает пятисекционным предкрылком и двумя трёхщелевыми закрылками. Поперечное управление самолётом обеспечивается элеронами, размещёнными на концах крыла, и трёхсекционными интерцепторами (спойлеры) на верхней поверхности крыла перед закрылками. Интерцепторы предназначены также для гашения подъёмной силы крыла после касания колёсами взлётно-посадочной полосы с целью сокращения длины пробега при посадке. В наличии также двухсекционный элерон и четыре тормозных щитка. Схема оперения выбрана Т-образной формы для того, чтобы вынести горизонтальное оперение из зоны действия потока воздуха от крыла, при полностью выпущенной механизации. Горизонтальное оперение расположено на верхней части киля (Т-образная форма). На киле имеется руль направления с триммером и сервокомпенсатором. Стабилизатор переставной, с рулём высоты и триммером-флеттнером. Во внутреннем пространстве киля имеется лаз, именуемый проспектом Новожилова, который заканчивается люком для выхода на поверхность стабилизатора.

Круглый в сечении фюзеляж разделён на несколько герметичных кабин: Ф-1 — двухэтажная кабина экипажа (вверху носовой части фюзеляжа), в верхней размещаются два пилота, бортинженер и бортрадист, в нижней размещается штурман с комплексом оборудования (кабины пилота и штурмана герметически не разделены). Позади кабины пилотов находится технический отсек с оборудованием и дополнительным откидным сидением бортоператора по транспортному оборудованию и местами для отдыха экипажа; Ф-2 — грузовая кабина, длина грузовой кабины была определена из условий размещения в ней шести стандартных авиационных контейнеров и различных типов техники с учётом установки в передней части кабины двух загрузочных лебёдок, рабочего места бортоператора по транспортному оборудованию и наличия прохода достаточной ширины; Ф-3 — кабина воздушного стрелка кормовой пушечной установки с парой пушек ГШ-23Л.

Силовая установка представлена четырьмя турбореактивными двигателями, подвешенными на пилонах под крылом. На первых серийных модификациях устанавливались двигатели Д-30КП-1 тягой до 11 000 кг, затем Д-30КП-2 тягой 12 000 кгс. Данные двигатели позволяют самолёту лететь в диапазоне скоростей 260—850 км/ч, что, с одной стороны, обеспечивает удобные условия воздушного десантирования, а с другой стороны, высокую скорость крейсерского полёта. В последних модификациях самолётов двигатели Д-30КП заменены на ПС-90А-76 тягой 14 500 (3300) кгс на взлётном (крейсерском) режиме. Двигатели снабжены устройствами реверсирования тяги, что даёт возможность использовать тягу двигателей в качестве дополнительного средства торможения самолёта при пробеге.

Гидросистема Ил-76 предназначена для:

• уборки и выпуска шасси;
• торможения колёс ГНШ;
• поворот колёс ННШ;
• уборки и выпуска закрылков и предкрылков;
• управление спойлерами и тормозными щитками;
• открытие и закрытие входных дверей;
• управление рампой, гермостворкой, створкой грузового люка;
• управление хвостовой опорой;
• открытие и закрытие аварийных люков;
• управление стеклоочистителями;
• управление створками фотолюка.

Гидросистема делится на две самостоятельные, независимые друг от друга системы, № 1 и № 2. Рабочее давление 210-7+15 кгс/см², объём масла АМГ-10 ≈240 л. Источником давления в гидросистеме являются 2 гидронасоса НП-89 для г/с № 1 (на 1 и 2 двигателе), 2 гидронасоса НП-89 для г/с № 2 (на 3 и 4 двигателе). Аварийным источником в каждой г/с являются электроприводные насосные станции НС-46. Контроль за работой осуществляется с панели, установленной на левом борту кабины экипажа, у бортинженера.

Топливная система обеспечивает бесперебойное питание двигателей топливом на всех возможных режимах полёта. Топливо размещается в кессонных баках крыла, разбитых по числу двигателей на четыре группы. В каждой группе имеется расходный отсек, из которого топливо подаётся к двигателю. Работа топливной системы осуществляется автоматически, без дополнительных переключений баков в процессе выработки топлива.

Топливная система предназначена для размещения и подачи топлива к основным двигателям, к ВСУ ТА-6А и ГНГ. ТС состоит из:

• Топливных баков, размещённых по всему крылу и представляющие собой кессон-баки, входящие в силовую схему крыла. Топливные баки имеют систему дренажа.
• Системы перекачки топлива и подачи его к основным двигателям.
• Системы подачи топлива к ВСУ.
• Системы заправки топливных баков.
• Системы слива конденсата и топлива.

Максимальное количество топлива, заправляемого при централизованной заправке 109 480 л (84 840 кг). В крыле размещены 4 изолированные группы баков (для каждого двигателя своя группа). В каждой группе по 3 бака: главный, дополнительный и резервный. Кроме того, на консолях крыла установлено по одному дренажному баку. Баки нумеруются в соответствии с принадлежностью к двигателю, например: 1-Г, 1-Д, 1-Р. Баки отделены друг от друга герметичными нервюрами-перегородками (28 нервюра, 20…19, 9, 4…3, 0). В каждом топливном баке имеется предрасходный отсек, а в главном баке ещё и расходный отсек. Эти отсеки отделены от остальной части бака нервюрами, в нижних частях которых расположены обратные клапаны, обеспечивающие одностороннее перетекание топлива за насосом расходных отсеков. Для подхода во внутренние объёмы баков, для заправки их топливом сверху, слива конденсата и топлива на поверхности крыла имеются соответственно люки-лазы, заливные горловины и нажимные краны. В топливных баках расположены агрегаты ТС:

• система СПУТ-4-1 (система программного управления топливом);
• система подачи топлива к двигателям и перекачки в предрасходный и расходный отсеки;
• система заправки баков топливом;
• система слива конденсата;
• дренажная система.

Для решения ряда аэронавигационных задач необходимо измерение и вычисление следующих параметров: барометрической высоты, приборной и истинной скорости полёта, числа М и температуры наружного воздуха. Для этих целей на самолёте используются следующие системы:

• система полного и статического давления;
• анероидно-мембранные приборы (АМП);
• система воздушных сигналов СВС1-72-1В (2 комплекта);
• центральная система воздушных сигналов скорости и высоты ЦСВ-3М-1Б;
• корректоры-задатчики скорости КЗСП и высоты КЗВ;
• измерительный комплекс реле давлений ИКДРДФ.

Необходимы приборы определения пространственного положения самолёта,  измеряющие:

• угол крена относительно продольной оси самолёта;
• угол тангажа относительно плоскости естественного горизонта;
• угловую скорость разворота самолёта относительно вертикальной оси самолёта.

Их состав таков:

• центральная гироскопическая вертикаль ЦГВ-10П (левая, правая, контрольная — 3 шт.) расположена в техотсеке левый и правый борт шп. 11…12;
• блок сравнения гировертикалей БСГ-2П (1 шт.) расположен в техотсеке правый борт шп.11…12;
• сигнализатор нарушения питания СНП-1 (1 шт.) расположен рядом с БСГ-2П;
• указатель крена и тангажа УКТ-2 расположен у ШК;
• выключатель коррекции ВК-90М (4 шт.) расположен в техотсеке левый и правый борт шп. 11…12;
• авиагоризонт АГБ-3К (1 шт.) на ПД КК;
• электрические указатели поворота ЭУП-53МК-500 (2 шт.) расположены на ПД КК и ПКК.
• магнитный компас КИ-13К.

Модификации самолета Ил-76. С Ил-76М, шли следующие модификации дальнего следования [2]:

1. Ил-76М        

• Модернизированный, с усиленным фюзеляжем. Грузоподъёмность повышена до 42 тонн. Первый полёт 24 марта 1978 года.

1. Ил-76МГА        

• Гражданские самолёты без спецоборудования и вооружения. Построено и эксплуатировалось две машины (СССР-76502 и СССР-76503). Первый полёт 22 декабря 1976 года.

2. Ил-76МД        

• Модернизированный дальний. Модифицированная версия Ил-76М. Усилена конструкция планера и шасси. Грузоподъёмность повышена до 48 т. Максимальная взлётная масса увеличена до 190 т. Дальность полёта с загрузкой 40 т увеличена до 4 200 км. Время автономной эксплуатации увеличено до двух месяцев. Обеспечена возможность установки четырёх дополнительных пилонов для подвешивания авиабомб и радиомаяков. Первый полёт 6 марта 1981 года.

3. Ил-76МДП        

• Пожарный вариант. Модифицированный вариант самолёта Ил-76МД для тушения пожаров. Способен брать на борт 42 т огнегасящей жидкости. Первый полёт 28 января 1993 года. Интересен факт, что в 1989 году в Красноярске баки устанавливали на 76508 л.

4. Ил-76МД «Скальпель»        

• Версия Ил-76МД, переоборудованная в самолёт-госпиталь. На борту находятся три медицинских модуля, выполняющие функции предоперационной, операционной и палаты интенсивной терапии. Первый полёт 23 июля 1983 года. По сообщениям СМИ в июле 2008 года, военно-медицинский самолёт «Скальпель» находится в эксплуатации.

5. Ил-76МД-90А (изделие 476)        

• Модификация самолёта Ил-76МД. На самолёте установлены более мощные и экономичные двигатели ПС-90А-76, которые удовлетворяют требованиям ИКАО по уровню шума и эмиссии вредных веществ.

6. Ил-76МД-М        

• Модернизированная версия Ил-76МД. По контракту все военно-транспортные самолёты ВКС России пройдут подобную модернизацию. Совершил первый полёт 28 февраля 2016 года, первый самолёт передан в войска 13 марта 2018 года, срок службы продлён до 40 лет.

7. Ил-76МДК «Космос»        

• Самолёт Ил-76МД, переоборудованный для тренировок космонавтов в условиях искусственной невесомости. У самолёта усилено крыло и фюзеляж, установлены специальные аккумуляторы в топливной и гидравлической системах для обеспечения бесперебойной работы этих систем в условиях невесомости. Стены и потолок грузовой кабины отделаны мягким материалом, на полу закреплены спортивные маты. Первый полёт 6 августа 1988 года. Создано три таких самолёта, все они базируются на подмосковном аэродроме «Чкаловский».

8. Ил-76МФ        

• Модификация самолёта Ил-76МД. Длина фюзеляжа увеличена на 6,6 м благодаря вставке дополнительных секций по 3,3 м за и перед крылом. Таким образом, длина грузового пола у Ил-76МФ составила 31,14 м по сравнению с 24,5 м у Ил-76МД. В приборное оборудование включены два экранных индикатора, добавлен блок спутниковой навигации. Благодаря более современному оборудованию удалось исключить из экипажа бортрадиста, то есть экипаж уменьшен до пяти человек. Использование более мощных и более экономичных двигателей ПС-90А-76 позволило увеличить дальность полёта. Дальность полёта Ил-76МФ с нагрузкой 40 тонн составляет 5800 км по сравнению с 4700 км у Ил-76МД. Грузоподъёмность увеличена до 60 т. Максимальная взлётная масса увеличена до 210 т.

Глава 2. Теория полета самолетов с точки зрения физических законов.

Движение самолета в воздухе можно объяснить с точки зрения действия на него нескольких сил[3].

Подъемная сила.

Упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила.

Профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх. Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление — сопротивление воздуха перед самолетом, уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью. Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться. (См. Приложение рис.1)

Сила тяжести.

Сила тяжести, как принято считать, всегда с нами, и это полезно для авиации. В случае остановки мотора на некоторой высоте над землей вес продолжает тянуть самолет вперед; самолет не падает, а начинает планировать, скользя вниз, будучи все время управляем. Чем выше самолет находится в воздухе, тем большее расстояние он может пролететь без мотора. Постоянно действующая сила тяжести становится чем- то вроде постоянной охраны обеспечивая самолет невидимой энергией, необходимой для движения вперед.

Электризация

Статическое электричество для летательных аппаратов представляет серьёзную проблему, но успешно решаемую.

Из-за трения о воздух на самолете в полёте набирается заряд 200 – 300 мкКл, поднимающий потенциал до 200 – 300 киловольт. Когда шасси самолета приближаются к посадочной полосе, происходит электрический разряд на землю длиной около метра, чаще всего по поверхности резины колес. Его хорошо видно в темноте.

Накапливающееся в полёте статическое электричество значительно ухудшает работу радиосвязного оборудования, приводит к сбоям в работе цифровой аппаратуры. После посадки летательного аппарата статический заряд вполне способен убить человека.

Для предотвращения негативного влияния статического электричества на летательных аппаратах установлены следующие средства защиты:

• Перемычки металлизации, соединяющие отдельные элементы конструкции самолета между собой и массой самолета.
• Разрядники, способствующие стеканию накопленного самолетом заряда статического электричества в атмосферу. На самолётах электростатические разрядники установлены группами на конце крыла, а также других выступающих частях конструкции планера. Тело разрядника длиной 10–15 см представляет объемный резистор сопротивлением в 10–100 МОм.

Глава 3. Исследование материалов для модели.

Для построения модели всегда необходимо определится с основными материалами и методами их крепления друг к другу.

Материал для основной конструкции

Для построения легкой, воздушной модели необходимо использовать легкий, воздушный материал, дабы не уйти в большой минус при добавлении к массе самих деталей массы скрепляющего вещества и средства для исправления щелей.

Рассматривая ассортимент строительного магазина, мой выбор пал на материалы из пены, конкретнее на различные виды пенополистирола.

Изучив дома информацию о данном материале и его видах. Пенополистирол, согласно данным Википедии, делится на видов:

• Беспрессовый пенополистирол: EPS (Expanded Polystyrene); ПСБ (Пенополистирол суспензионный беспрессовый); ПСБ-С (Пенополистирол суспензионный беспрессовый самозатухающий)
• Экструдированный пенополистирол: XPS (Extruded Polystyrene); Экстрол, Пеноплэкс, Стирэкс, Техноплекс, Технониколь
• Прессовый пенополистирол: различные зарубежные марки; ПС-1; ПС-4
• Автоклавный пенополистирол: Styrofoam (Dow Chemical)
• Автоклавно-экструзионный пенополистирол

В городе были найдены только пеноплэкс и беспресовой пенополистирол, более известный как пенопласт. Оказалось, что пенопласт легко разрушается под физическими нагрузками, что не подходит для моделирования и в итоге выбор пал на пеноплэкс.

Скрепляющее средство и структурный материал

Пенополистерол – материал, легко контактирующий с растворителями, что создает определенные трудности в поисках клея. Изучив все, что есть дома для экономии средств, был найден клей для поклейки обоев «Metylan», универсальный суперклей «Eltitans», жидкие гвозди «Монтаж» и универсальный клей «Кристалл» от фирмы «Момент» и клей-карандаш. Результаты приведены в таблице.

Оценка результатов

Анализируя данные экспериментов, я пришла к выводу, что лучше всего использовать пеноплэкс как материал для корпуса самолета (примерно 3 стандартных листа), клей «Eltitans» для скрепления деталей и жидкие гвозди  «Монтаж» для исправления неточностей.

Глава 4. Разработка чертежа и создание модели

Для создания модели в качестве исходного материала были использованы фотографии самолета Ил-86 МД, чертежи других моделей самолетов и сборная модель самолета в масштабе 1:144.

Создание модели началось с вырезки корпуса самолета. После создания корпуса, состоящего из двух одинаковых вырезок пеноплекса. Далее идет вырезание крыльев и хвостового оперения.

После создания всех комплектующих начинается процесс склейки. (См. Приложение)

Список литературы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ил-76
2. https://warbook.club/voennaya-tehnika/samolety/il-76/
3. https://rosuchebnik.ru/material/fizika-v-dvizhenii-samoleta-7339/

Приложение

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5