Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Байков Алексей Анатольевич. Влияние использования криогенного топлива на облик магистрального самолета : Дис. ... канд. техн. наук : 05.07.02 : Москва, 2004 157 c. РГБ ОД, 61:05-5/1913

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список используемых условных обозначений и сокращений. 4

Введение. Предпосылки перехода авиации на альтернативные

7 виды топлива, пути решения проблемы.

Глава 1 Основные тенденции развития авиации на СПГ,

описание процесса компоновки МС на СПГ, 16

постановка задачи исследования.

1.1 Основные тенденции развития авиации на СПГ, описание

16 процесса компоновки МС на СПГ.

1.2 Постановка задачи исследования. 29

Глава 2. Обеспечение пожаровзрывобезопасности самолета,

34 использующего криотопливо.

  1. Требования к пожароопасным зонам самолета. 34

  2. Классификация отсеков и зон самолета, использующего

СПГ и мероприятия по обеспечению 39

пожаровзрывобезопасности.

2.3 Обеспечение пожаровзрывобезопасности самолета

42 использующего в качестве топлива СПГ.

  1. Система газового контроля. 45

  2. Система пожаротушения. 47

Глава 3. Криогенные топливные баки и киогенная топливная

49 система.

  1. Требования предъявляемые к конструкции криобака. 49

  2. Особенности конструкции криобака, вызванные его 51

тепловым состоянием. 3.3 Описание различных вариантов конструктивного исполнения криобаков.

  1. Материалы конструкции криобака. 67

  2. Оценка массы конструкции криобака. 71 3.6 Определение массы криогенной топливной системы

(КТС).
Глава 4. Оценка влияния использования криогенного топлива
на характеристики модифицируемых самолетов-
прототипов. Особенности компоновки криобаков на
магистральных самолетах.
4.1 Выбор критерия оценки влияния использования
криотоплива на самолетах прототипах и описание 91

методики расчетов их ЛТХ. 4.2 Анализ влияния на характеристику «груз-дальность»,

размещения криогенных баков на самолетах прототипах. 4.3. Анализ влияния размещения криобаков на ЛТХ самолетов

прототипов. Глава 5. Формирование облика магистрального самолета с

учетом особенностей размещения криотоплива. Глава 6. Оценка влияния использования криотоплива на

относительные массы агрегатов самолета.
Выводы. 145

Приложение. 147

Список используемой литературы. 149

Используемые условные обозначения и сокращения.

А - коэффициент учитывающий расход топлива при наборе высоты и

снижении; В - коэффициент плотности компоновки;

Схо - коэффициент сопротивления при отсутствии подъемной силы; Су - коэффициент подъемной силы; е - коэффициент Освальда;

КМакс - показатель максимального аэродинамического качества; q - показатель топливной эффективности самолета; UHC - критерий несущих свойств; TJax - критерий аэродинамического качества; Цф - критерий формы самолета; сг - удельный расход топлива; gs - окружное напряжение в оболочке; ам - меридиональное напряжение в оболочке; тн - масса целевой нагрузки; тт - масса топлива; S - площадь крыла;

SOM - значение омываемой поверхности; Р0 ~ взлетная тяга двигателей; р0 - взлетная тяговооруженность; ро ~ взлетная нагрузка на крыло; X - удлинение крыла; / - размах крыла; L - дальность полета;

AT - авиационная теплофизика;

АНТК - авиационный научно-технический комплекс;

АНЗ - аэронавигационный запас топлива;

БОФИ - блок обработки, форматирования и вьщачи информации;

ВПП - взлетнопосадочная полоса;

ВД - вспомогательный двигатель;

ДАД - датчик абсолютного давления;

ИПМ - измерительный преобразователь метана;

КЛТР - коэффициент линейного теплового расширения;

КМ - композитный материал;

КТС - криогенная топливная система;

КТК - криогенный топливный комплекс;

ЛТХ - летнотехнические характеристики;

МС на СПГ - магистральный самолет на СПГ;

НИР - научно-исследовательская работа;

НРМД - нелокализованный разлет маршевого двигателя;

НТИ - низкотемпературная теплоизоляция;

НЗК - наземный заправочный комплекс

ОНМиК - отдел неметаллических материалов и конструкций;

ОКР - опытно конструкторская работа;

ППУ - пенополиуретан;

СВТИ - супер вакуумная теплоизоляция;

СГК - система газового контроля;

СГМ - система геометрического моделирования;

СРТУ - скорость роста усталостных трещин;

СУ- силовая установка;

СПГ - сжиженный природный газ;

СКВ - система кондиционирования воздуха;

ТЗ - теплозащита;

ТТТ - тактикотехнические требования;

THA — топливный насосный агрегат;

ФОС - формирование облика самолета;

ЭЦН - электроприводной центробежный насос.

Введение к работе:

Современная экономическая ситуация в мире характеризуется истощением запасов ископаемого сырья, ухудшением экологической обстановки. Анализ перспектив развития экономики, выполненный многими исследователями мира, свидетельствует о том, что дальнейшая борьба за контроль над природными ресурсами приведет к дальнейшему обострению отношений между добывающими сырье странами и промышленными странами с развитой перерабатывающей промышленностью (рис 0.1-0.2).

В связи с ужесточающейся конкуренцией между потребителями углеводородного топлива, авиастроителям приходится искать замену той небольшой доли нефти, которая идет на производство авиатоплива. Решение этой проблемы возможно путем использования в авиации альтернативных видов топлива, таких как жидкий водород (ЖВ) или сжиженный природный газ (СПГ), являющихся криогенными жидкостями (рис. 0.3).

Дешевизна природного газа по сравнению с авиакеросином и тем более с ЖВ, а с учетом экологических аспектов не только применения, но и производства, делает СПГ наиболее привлекательным для внедрения в авиастроение в качестве топлива.

Кроме того, большая объемная теплота сгорания природного газа по сравнению с ЖВ облегчает размещение газовых топливных баков на самолете. Более высокая криогенная температура СПГ упрощает задачу тепловой защиты и позволяет накопить необходимый опыт для последующего применения водорода и созданию авиационной инфраструктуры, то есть реализуется путь «от простого к сложному». Использование криогенных топлив позволит снизить уровень вредных

Объемы добычи неф-m (прогноз)

а я о

——прогноз 1 --прогноз 2

Мировые запасы нефти.

*0

Саудовская Аравия

Иран

Ирак JB Венесуэла Кувейт

ОАЭ j Китай

Мексика J Ливия

" '~

а оставшееся

П израсходованные

Нигерия і ' .і і

Великобритания г-у.-ч і Канада Норвегия

Гигабаррелей

«г *

Области применения криогенных топлив.

о-

выбросов самолета, снизить стоимость авиаперевозок, увеличить объемы грузоперевозок за счет устранения дефицита авиатоплива.

Однако, внедрение в авиастроение новых видов топлива требует решения целого ряда научно-технических проблем, основными из которых являются:

обеспечение пожаровзрывобезопасности самолета и наземных объектов;

размещение нового вида топлива на борту самолета;

оценка влияния нового топлива на облик и летно-технические характеристики самолета;

создание наземной инфраструктуры для хранения и заправки новым топливом.

Анализ известных проектно-конструкторских решений показал, что одним из факторов, позволяющих создать магистральный самолет на новом виде топлива, является конкретное решение задачи по формированию облика самолета на газовом топливе и выбор рациональной компоновки топливных баков и топливного комплекса на борту самолета.

Предпосылками для решения этой задачи является опыт разработки экспериментальных самолетов на водородном топливе и метане, а также научно-методическая база. Ее анализ показывает, что отдельные аспекты специфических проблем проектирования конструкции, оборудования и эксплуатации самолетов рассмотрены в работах С.М.Егера, М.Ю.Куприкова, О.ССамойловича, В.В.Мальчевского, В.А.Киселева, В.З.Максимовича, А.НЛрепьева, Х,Хаберланда (Германия), Э. Торенбика (Голландия) и ряда других отечественных и зарубежных авторов, ученых ЦАГИ и других авиационных НИИ и ОКБ,

В работах М.Ю. Куприкова проведён анализ влияния инфраструктурных ограничений на размерность и компоновку МС. В работах В.В. Мальчевского предложен матрично-топологический метод

синтеза схемы и компоновки самолёта. Работы А. Н. Арепьева посвящены вопросам выбора параметров и вариантов компоновок магистральных самолётов.

На основании анализа приведенных работ, можно сделать вывод, что в современных исследованиях по проектированию самолета недостаточно внимания уделялось вопросам, связанным с использованием криогенных топлив, хотя вследствие дальнейшего истощения запасов углеводородного топлива, это является актуальной проблемой.

Целью диссертационной работы является создание методического обеспечения для проведения структурно-параметрического анализа вариантов компоновки криогенного топливного комплекса (КТК) на борту магистрального самолета. Это обеспечит повышение качества проектно-конструкторских работ по созданию магистральных самолетов на криогенном топливе на этапе предварительного проектирования, снижение материальных и временных затрат за счет использования современных методов математического моделирования и средств машинной графики при определении параметров криогенного топливного комплекса в составе магистрального самолета.

Достижение поставленной цели диссертационной работы осуществлено на основе решений следующих задач:

выявления места и состава задач компоновки криогенных баков и криогенного топливного комплекса в рамках формирования облика самолета;

разработки метода определения массы криогенного топливного бака;

разработки метода и процедур компоновки криогенного комплекса при проектировании новых и модификации существующих магистральных самолетов;

проведения проектных исследований по выявлению рациональных
значений параметров внутренней компоновки криогенного
комплекса на борту самолета;

определения относительных масс агрегатов самолета на СПГ.
Предметом исследования является процесс компоновки

криогенного топливного комплекса на борту магистрального самолета. Декомпозиция задач, разработка моделей и алгоритмов базируются на принципах системного подхода. Выявление рациональных конструктивно-компоновочных решений осуществлено на основе моделирования с помощью формально-эвристических процедур.

Научная новизна диссертации заключается в разработке комплекса формально-эвристических методов, моделей, алгоритмов и процедур решения задачи формирования облика магистрального самолета на криогенном топливе, исходя из компоновочных ограничений при размещении КТК на борту магистрального самолета.

В ходе работы были получены следующие новые результаты:

выявлены специфические задачи компоновки КТК на борту самолета при его модификации;

разработана математическая модель криогенного бака пригодная оценки его массы на этапе предварительного проектирования;

разработан основанный на формально-эвристическом моделировании метод определения массы бортовой части КТК магистрального самолета;

разработаны процедуры компоновки КТК на борту магистрального самолета;

определены области существования магистральных самолетов на криогенном топливе;

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что на базе разработанной математической модели криогенного топливного бака создана программа «Криобак» для определения массы

криогенного топливного бака, которая может быть использована в НИИ и ОКБ авиационной промышленности при разработке перспективных образцов авиационной техники, о чем свидетельствуют материалы о внедрении результатов исследования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается тестированием программного комплекса при расчете реальных конструкций криогенных баков, и сопоставления их с результатами расчетов. Отклонение характеристик физических и математических моделей не превышает 5%.

Результаты работы внедрены в:

ОАО Туполев;

Кафедре 101 «Проектирование конструкции самолетов» МАИ;

Кафедре «Автоматизированного проектирования ЛА» РГТУ МАТИ;

что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций и в организациях.

Основные теоретические положения и некоторые результаты исследования опубликованы автором в научных статьях, а также содержится в тезисах докладов на научно-технических конференциях.

Помимо этого с использованием результатов диссертационной работы, приведенных в главах 2-5, проведен ряд работ связанных с

компоновкой КТК и определению его параметров в рамках работ по криогенной тематике, проводимых в ОАО «Туполев».

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, заключения и библиографического списка. Объем работы составляет 157 страниц, включая 50 рисунков и 26 таблиц. Список литературы содержит 116 наименований.

Подобные работы
Ховрунова Ольга Александровна
Методика формирования облика пассажирских самолетов с учетом ограничений по воздействию на окружающую среду
Долгов Олег Сергеевич
Влияние параметров компоновки топлива и двигателей на структуру и параметры системы управления в канале крена дальнемагистрального самолета большой пассажировместимости
Буряков Александр Александрович
Взаимодействие прикладного информационного обеспечения при формировании геометрического облика магистрального самолета
Аведьян Артем Богосович
Автоматизированная система экспресс-анализа акустического облика магистрального самолета
Семенов Владимир Николаевич
Оптимизация конструкций самолетов нетрадиционного облика по прочностным критериям
Антонова А.О.
Оптимизация траектории полета самолета с учетом воздействия атмосферной турбулентности и исследование влияния размеров самолета на динамику полета в турбулентной атмосфере
Жданов Александр Иванович
Влияние сдвига ветра на продольное движение самолета при эксплуатации на этапах взлета и захода на посадку
Шлапаков Юрий Абрамович
Влияние распушки асбеста на эффективность использования сырья и качество продукции в производстве асбестоцементных труб
Кондрашов Петр Михайлович
Исследование влияния герметичности гидроцилиндров на эффективность использования экскаваторов
Смирнов Алексей Леонидович
Влияние топологии матричного фотоприемника на эффективность использования ИК приборов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net