СД.ДВ.02.01 Летательные аппараты. Рабочая программа
рабочая программа на тему

МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ УПРАВЛЕНИЯ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ»

для специальности 200104

«Авиационные приборы и комплексы»

2011

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ   ЗАПИСКА.

Программой дисциплины "Летательные аппараты" предусмотрено изучение вопросов, связанных с различными видами современных летательных аппаратов (ЛА), органами их управления, летно-техническими характеристиками, особенностями, достоинствами и недостатками.  Также рассмотрены вопросы проектирования деталей, узлов, агрегатов летательных аппаратов, принципов выбора материалов конструкции, условий прочности и надежности элементов конструкции, вопросы ориентации ЛА  в пространстве и способы управления ими.

Большое внимание уделено автоматизации управления летательными аппаратами, особенностям действий пилота и его месту в автоматизированных системах управления, безопасности полетов.

Программа рассчитана на знание студентами основных положений физики, математики, основ технической механики, материаловедения и электротехники. Все технические термины, понятия, определения и обозначения, приводимые преподавателем, должны соответствовать ГОСТам и отраслевым нормалям.

В результате изучения данной учебной дисциплины студенты должны знать основные виды летательных аппаратов, способы управления ими, основные летно-технические характеристики ЛА и способы их улучшения. Студенты должны знать основные типы двигателей, устанавливаемые на ЛА и уметь их классифицировать; знать задачи ручного, автоматического и автоматизированного управления самолетом, их особенности, достоинства и недостатки.

При выполнении самостоятельных работ студенты должны уметь пользоваться дополнительной литературой, учебными пособиями, уметь составлять отчеты и конспекты на заданную тему.

Преподавание учебной дисциплины должно сопровождаться демонстрацией наглядных пособий, диафильмов, макетов, плакатов и схем.

По окончании изучения данной учебной дисциплины проводится  экзамен.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

СОДЕРЖАНИЕ   УЧЕБНОЙ  ДИСЦИПЛИНЫ

В В Е Д Е Н И Е

Краткое содержание и задачи дисциплины "Летательные аппараты". Вопросы проектирования деталей, узлов и агрегатов самолетов. Основные требования к конструкционным материалам, применяемым в самолетостроении, с точки зрения обеспечения минимальных габаритов и массы конструкции летательного аппарата, его прочности, надежности, долговечности и эксплуатационной технологичности.

Ознакомление с современными методами проектировочных расчетов элементов авиационных конструкций, изучение новейших отечественных и зарубежных технологий изготовления авиационных материалов. Перспективы развития авиационной науки и техники.

РАЗДЕЛ  1

ОБЩИЕ  ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

САМОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Тема 1.1. Характеристика условий работы конструкций ЛА

и требования, предъявляемые к их проектированию.

В результате изучения темы 1.1. студенты должны:

        знать:

• основные этапы проектирования самолета;
• соотношения для взлетной массы и других летно-технических характеристик ЛА;
• способы обеспечения надежности и живучести ЛА.

Основные этапы проектирования самолетов. Применение ЭВМ в процессе проектирования. Определение минимальной массы конструкции. Понятие взлетной массы ЛА. Летно-технические характеристики (ЛТХ) ЛА и способы их улучшения.

Технологичность конструкции ЛА. Обеспечение надежности, живучести, долговечности и удобства эксплуатации самолета.

Тема 1.2. Характеристика рациональных ТП изготовления

самолетных конструкций.

В результате изучения темы 1.2. студенты должны знать:

        знать:

• основные технологические процессы изготовления конструкций ЛА;
• достоинства и недостатки технологических процессов;
• основы автоматизации технологических процессов.

Прогрессивные технологические процессы изготовления самолетных конструкций. Холодная и горячая штамповка деталей, трудоемкость ее. Литье, виды литья, достоинства и недостатки метода.

Механическая обработка деталей.

Самостоятельная работа  №  1.  Составление конспекта по теме: "Автоматизация технологических процессов изготовления деталей и узлов самолета" с использованием литературы [1], [6] (2 часа).

Тема 1.3. Выбор материала конструкции.

В результате изучения темы 1.3. студенты должны:

        знать:

• критерии выбора материала конструкции;
• виды нагрузок, действующих на элементы самолетных конструкций;
• влияние ползучести на материалы конструкций;
• строение и характеристики композиционных материалов.

Факторы, влияющие на прочность и надежность конструкции. Требования к материалам авиационных конструкций. Виды нагрузок на материал конструкций.

Удельная прочность и ползучесть материала. Стоимость и технологичность материала.

Самостоятельная работа  №  2.  "Расчет элемента конструкции, работающего на растяжение, по критерию удельной прочности" с использованием конспекта лекций и литературы [1], [3] (2 часа).

Р А З Д Е Л   2

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЭЛЕМЕНТОВ  КОНСТРУКЦИИ  ЛА

Тема 2.1. Элементы конструкции по ЕСКД.

В результате изучения темы 2.1. студенты должны:

        знать:

• основные элементы конструкции ЛА и уметь их классифицировать;
• основные элементы обшивки, каркаса, элементов управления;
• виды документации на различные виды конструкций.

Понятия "деталь", "сборочная единица, "комплекс" при проектировании конструкций самолета. Классификация основных элементов конструкции. Элементы обшивки, каркаса, соединения, элементы управления и механизмов.

Нумерация чертежей. Индекс изделия. Модификация изделия. Виды документации.

Тема 2.2. Основные принципы рационального проектирования

элементов конструкции самолета.

В результате изучения темы 2.2. студенты должны:

        знать:

• четыре основных положения, обязательные при проектировании наивыгоднейших конструкций;
• способы уменьшения массы конструкции.

уметь:

• рассчитывать главные центральные моменты инерции сечений конструкций.

Положения, обязательные при проектировании конструкций. Требования наименьшей массы. Уравновешивание сил в конструкции. Равнопрочность всех сечений.

Равномерное предельное нагружение в сечении. Использование технологичных методов при проектировании.

Практическое занятие № 1  (4 часа)

Тема 2.3. Способы обеспечения прочности

при минимальной массе конструкции.

В результате изучения темы 2.3. студенты должны:

        знать:

• понятия общей и местной потери устойчивости конструкции ЛА;
• практическое применение кривой Эйлера;

уметь:

• выбирать форму сечения конструкции в зависимости от вида нагружения конструкций;
• рассчитывать необходимые размеры конструкций из условия прочности;
• определять допускаемую нагрузку на элементы конструкции;
• рассчитывать прочность конструкции для выбранного сечения.

Выбор формы сечения конструкции. Общая и местная потери устойчивости. Кривая Эйлера и ее практическое применение. Расчет моментов инерции сечений. Нагружение элементов балки при изгибе, срезе, сдвиге.

 Практическое занятие № 2   (6 часов)                 

Тема 2.4. Учет концентрации напряжений

В результате изучения темы 2.4. студенты должны:

        знать:

• влияние резкого изменения площади сечения на прочность конструкции;
• условие равнопрочности при включении элементов конструкции в работу;
• влияние вырезов и крепежных изделий на прочность конструкции;
• методы усиления конструкций.

Учет силового потока при включении элементов конструкции в работу.

Учет концентрации напряжений при изменении площади сечения.

Учет ослабления конструкции в местах стыка. Способы усиления конструкции в опасных местах.

 РАЗДЕЛ   3

ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ  АППАРАТ  КАК  ОБЪЕКТ  УПРАВЛЕНИЯ

Тема 3.1. Принципы работы, основные характеристики и режимы полета ЛА.

В результате изучения темы 3.1. студенты должны:

        знать:

• способы полета ЛА, их основные характеристики;
• виды конструкций ЛА в зависимости от способов их полета;
• знать схему расположения органов управления в самолете.

уметь:

• классифицировать ЛА по видам органов управления.

Три способа полета ЛА: аэродинамический, реактивный и баллистический. Принципы конструктивного оформления ЛА в зависимости от способов полета.

Зоны полетных режимов ЛА. Классификация ЛА по видам органов управления.

Управление самолетом в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Самостоятельная работа  №  3.  "Изучение схемы расположения органов управления самолета и составление конспекта" с использованием литературы [4], [5] (2 часа).

Тема 3.2. Системы координат, применяемые в динамике полета.

В результате изучения темы 3.2. студенты должны:

знать:

• основные системы координат, применяемые для определения местоположения ЛА в пространстве;
• уравнения движения ЛА в каждой из систем координат;
• область применения каждой из систем.

Координаты, применяемые для характеристики движения ЛА. Системы координат, служащие для определения положения ЛА в пространстве: нормальная, нормальная земная, связанная, скоростная, траекторная системы координат.

Тема 3.3. Математическое описание и динамические характеристики ЛА.

В результате изучения темы 3.3. студенты должны:

знать:

• понятие математической модели движения самолета и требования, предъявляемые к ней;
• основные уравнения движения самолета;
• воздушные потоки при полете самолета и причины их возникновения.

Математическая модель движения самолета и требования к ней. Дифференциальные уравнения движения ЛА.

Продольное движение ЛА. Характеристики атмосферы. Воздушные потоки и причины их возникновения.

Тема 3.4. Ручное управление ЛА. Задачи ручного управления.

В результате изучения темы 3.4. студенты должны знать:

знать:

• понятие и назначение ручного управления и его задачи;
• виды режимов пилотирования при ручном управлении;
• органы управления: рули, штурвалы, педали и др.;
• основные требования к системам ручного управления.

Назначение системы ручного управления.  Режимы пилотирования самолета при ручном управлении. Виды органов управления.

Требования к системам ручного управления.

Самостоятельная работа  №  4.  "Изучение принципа действия триммера руля высоты" с использованием литературы [4], [5] (3 часа).

Тема 3.5. Автоматические и автоматизированные системы управления ЛА.

В результате изучения темы 3.5. студенты должны:

знать:

• сущность, достоинства  и недостатки автоматического управления ЛА;
• сущность автоматизированного управления ЛА и его преимущества;
• действия летчика и его место в автоматизированной системе управления.

Автоматизация управления движением ЛА. Сущность автоматического управления ЛА его недостатки. Автоматизированное управление полетом ЛА и его задачи.

Особенности деятельности летчика в автоматизированных системах управления.

Самостоятельная работа  №  5. "Составление структурной схемы автоматизированной бортовой системы управления" с использованием литературы [4], [5](2 часа).

РАЗДЕЛ   4

СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  УПРАВЛЕНИЯ  ДВИЖЕНИЕМ

ЦЕНТРА  МАСС  ЛЕТАТЕЛЬНОГО  АППАРАТА

Тема 4.1. Стабилизация ЛА на траектории полета.

В результате изучения темы 4.1. студенты должны:

знать:

• способы задания траектории ЛА;
• способы стабилизации движения ЛА;
• задачи, возникающие при проектировании органов управления;
• основные законы управления самолетом при движении по заданной траектории.

Задание траектории ЛА. Задачи, возникающие при проектировании систем управления.

Стабилизация ЛА по угловым параметрам и с помощью органов управления. Законы управления при стабилизации самолета на траектории.

Тема 4.2. Системы управления скоростью и высотой ЛА.

В результате изучения темы 4.2. студенты должны:

знать:

• основной способ построения контура управления высотой полета;
• два подхода к построению систем управления скоростью полета;
• эффективность способов управления при помощи автоматов тяги и руля высоты.

Построение контура управления высотой полета за счет изменения угла тангажа. Использование математической модели движения ЛА для анализа управления высотой полета.

Автоматическое управление скоростью полета. Два подхода к построению систем управления скоростью полета: построение автоматов тяги и управление с помощью руля высоты.  

Тема 4.3. Управление ЛА при взлете и начальном наборе высоты.

В результате изучения темы 4.3. студенты должны:

знать:

• понятие взлета, его этапы и их составляющие;
• способы выдерживания направления движения самолета на всех этапах взлета;
• основные этапы набора высоты, их параметры и алгоритм управления.

Понятие взлета. Этапы взлета и их составляющие. Выдерживание заданного направления движения самолета на этапах взлета. Управление самолетом на этапах набора высоты.

Тема 4.4. Автоматизация управления ЛА при посадке.

В результате изучения темы 4.4. студенты должны:

знать:

• понятие посадки, ее фазы и их содержание;
• изменения режимов полета, конфигурации самолета и режимов работы двигателей при посадке;
• системы управления заходом на посадку и их особенности.

Понятие посадки. Три фазы посадки и их содержание. Изменения режимов полета (скорости, высоты), конфигурации самолета (выпуск шасси, закрылков и т.д.), режимов работы двигателей.

Посадка в сложных метеорологических условиях. Системы управления заходом на посадку.

РАЗДЕЛ   5

ВНЕШНИЕ  ФОРМЫ  КРЫЛАТЫХ  ЛА. ВНЕШНИЕ  НАГРУЗКИ  НА  ЛА

Тема 5.1. Внешние формы ЛА: крыло, корпус, оперение.

В результате изучения темы 5.1. студенты должны:

знать:

• различные формы крылатых ЛА, их характеристика и классификация;
• особенности аэродинамических схем: классической, "утки", "бесхвостки", "летающего крыла", их достоинства, недостатки и область применения.

Различные формы крылатых ЛА и их характеристика. Аэродинамические схемы крылатых ЛА: классическая, "утка", "бесхвостка", "летающее крыло".

Достоинства и недостатки схем.

Тема 5.2. Двигатели ЛА: турбовинтовые и воздушно-реактивные двигатели.

В результате изучения темы 5.2. студенты должны:

знать:

• основные виды двигательных установок, принципиальные схемы и особенности работы;
• основные характеристики турбовинтовых и воздушно-реактивных  двигателей, их достоинства и недостатки.

Разновидности двигательных установок, применяемых на ЛА. Турбовинтовые (ТВД), воздушно-реактивные (ТРД, ТРДФ, ПВРД) двигатели, их основные характеристики, достоинства и недостатки.

Тема 5.3. Двигатели ЛА: газотурбинные и  ракетные двигатели.

В результате изучения темы 5.3. студенты должны:

знать:

• основные характеристики газотурбинных и ракетных двигателей;
• достоинства и недостатки двигателей;
• принципы расчета удельной и максимальной тяги двигателя.

Газотурбинные (ГТД) и ракетные (РД) двигатели, их основные характеристики, достоинства и недостатки.

Методы расчета характеристик двигателей.

Тема 5.4. Внешние нагрузки, действующие на ЛА. Нагрузки в полете.

Перегрузки в полете.

В результате изучения темы 5.4. студенты должны:

знать:

• нагрузки, действующие на ЛА и их классификацию;
• особенности полета на малых и больших скоростях и распределение давления по профилю крыла;
• перегрузки, действующие в полете и их виды.

Классификация внешних нагрузок, действующих на ЛА. Силы, действующие на ЛА в прямолинейном и криволинейном полете. Полет на малых и больших скоростях и распределение аэродинамического давления по профилю крыла.

Понятие перегрузки. Осевая, нормальная и поперечная перегрузки. Полная перегрузка ЛА.

РАЗДЕЛ   6

ПРИМЕНЕНИЕ  ЭВМ  ПРИ  ПРОЕКТИРОВАНИИ  КОНСТРУКЦИЙ  ЛА

Тема 6.1. Геометрическое представление информации.

В результате изучения темы 6.1. студенты должны:

знать:

• понятие САПР и САКР, их обеспечение и особенности работы;
• основные этапы разработки конструкций при помощи ЭВМ;
• понятие геометрической модели и ее содержание.  

Понятие о системах автоматизированного проектирования  (САПР) и автоматизированного конструирования (САКР). Основные этапы разработки конструкции с помощью ЭВМ.

Геометрическая модель конструкции и ее содержание. Описание различных элементов конструкции ЛА с помощью специализированных языков для ЭВМ.

Тема 6.2. Учет технологических ограничений при проектировании на ЭВМ.

В результате изучения темы 6.2. студенты должны:

знать:

• понятие оптимизации конструкции и ее задача;
• учет условий прочности швов и стыков в конструкции;
• учет сохранения общей и местной устойчивости элементов конструкции;
• понятие минимизации массы конструкции.

Задача оптимизации конструкции. Распределение материала в детали. Технологические ограничения при описании конструкции: условия по прочности швов и стыков, сохранение общей и местной устойчивости элементов, минимизация массы конструкции.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Войт Е.С. и др. "Проектирование конструкций самолетов", М.: Машиностроение, 1987.
2. Домотенко Н.Т. и др. "Авиационные силовые установки", М.: Транспорт, 1976.
3. Киселев В.А. "Проектирование оптимальных конструкций", М.: МАИ, 1984.
4. Синяков А.Н. и др. "Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками", М.: Машиностроение, 1991.
5. Шульженко М.Н. "Конструкция самолетов", М.: Машиностроение, 1981.
6. Шурков В.Н. "Основы автоматизации производства и промышленные роботы", М.: Машиностроение, 1989.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Бесекерский В.А. и др. "Системы автоматического управления с микроЭВМ", М.: Наука, 1987.
2. Боднер В.А. "Оператор и летательный аппарат", М.: Машиностроение, 1976.
3. Бугаев Б.П. и др. "Пилот и самолет", М.: Машиностроение, 1976.
4. Черкасов В.А. "Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей", М.: Машиностроение, 1988.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

1. Кодоскоп.

2. Диапроектор.

3. Слайды, диафильмы.

4. Наглядные пособия, плакаты, установки.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ  РАБОТ

ТЕМАТИКА

САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ СТУДЕНТОВ

1. Составление конспекта по теме: "Автоматизация технологических процессов изготовления деталей и узлов самолета" с использованием литературы [1], [6] (2 часа).
2. Расчет элемента конструкции, работающего на растяжение, по критерию удельной прочности" с использованием конспекта лекций и литературы [1], [3] (2 часа).
3. Изучение схемы расположения органов управления самолета и составление конспекта" с использованием литературы [4], [5] (2 часа).
4. Изучение принципа действия триммера руля высоты" с использованием литературы [4], [5] (3 часа).
5. Составление структурной схемы автоматизированной бортовой системы управления" с использованием литературы [4], [5](2 часа).