俄罗斯民航客机科普——图-204/214的机翼、小翼与和燃油效率

带上大大 2024-09-19 04:28:08

图214,图波列夫设计局新闻服务提供 ©

在 80 年代中期,当图波列夫设计局开始立项 Tu-204 飞机时,设计过程已经自动化,它允许解决有关飞机参数分析和优化的复杂问题,构建其理论轮廓。计算机技术的使用,使对结构功率方案进行最佳计算并执行自动重量控制成为可能。零件的机械加工是在 CNC 机器和加工中心进行的,技术人员为此编写了加工算法。

CAD/CAM(计算机辅助设计)系统用于计算外部轮廓,与传统的浮动和模板方法相比,它可以确保复杂气动形状的机翼表面的分析平滑度,并提高单个单元和运动元件的滑道工具绑定精度。作为旨在获得高空气动力学质量的理论和实验研究的结果,选择了由相对厚度较大的超临界剖面形成的大伸长率和中等后掠角的机翼。

图波列夫设计局专家与TsAGI科学家共同开发的超临界剖面及其在机翼跨度上的相对厚度分布在带有塔架和发动机舱的机翼流线的总体空间方案中得到了彻底的解决,这使得在巡航飞行模式下确保无危机流线成为可能。人们非常关注气动阻力的减小。为了减少图-204机翼的诱导阻力,在安装的特殊异型表面(小翼)的末端进行了负空气动力学扭曲。优化了机翼与机身、羽毛与机身、塔架与机舱与机翼连接区域的外部轮廓。提高外表面质量。

图-204/214的翼展为41.8米,有效展弦比为7.7。按照今天的标准,这样的价值似乎不是一项成就。例如,SSJ100基本型的机翼展弦比为10,这是一个非常高的空气动力学完美指标,并且是苏霍伊民用飞机公司的设计师在21世纪初,没有使用小翼就实现了这一目标。相比之下,波音787的展弦比为10.03,空客A320ceo为9.48,虽然这些高科技客机不是在没有空气动力学小翼的情况下生产的,但这只是因为是它们的强制性结构元件。Superjet 的进口替代版本将默认配备 saberlets,机翼伸长系数接近 11。

翻译

另一架俄罗斯客机MC-21没有任何空气动力学小翼,但其机翼展弦比达到11.5。由于在机翼结构中使用了复合材料,雅科夫列夫设计局的工程师能够实现如此高的数字。MC-21机翼控制台的前后翼梁以及上下表面都是一体式动力元件。

图214

MC-21

它们是使用真空浸渍法制造的,在模具上预先布局了干燥的碳纤维,与在高压釜中烘烤的预浸料方法相比,该技术的优势在于该工艺的成本显著降低,并且可以生产单件式的长结构。复合材料比铝合金硬得多,因此与竞争对手Airbus&Boeing相比,可以设计出更薄、更窄的机翼。

具有改进的物理机械和使用寿命特性的铝结构合金、铝锂和钛合金,以及钢、复合材料和混合材料,在飞机开发时是现代的,广泛应用于Tu-204/214的设计中。在飞机结构及其内部使用非金属材料可以减轻约1200公斤的重量。使用长半成品和大型板材可以使控制台没有接头,大大减少机身上的接头数量,从而减轻了结构的重量,提高了飞机外表面的质量。

为确保飞机在跑道不超过2500米的机场上运行,并满足国际民航组织对地面噪音的要求,图-204/214配备了强大的机翼机械装置,使用了两个带大后滚的槽襟翼和沿机翼整个前缘的预襟翼,预襟翼的内部在飞行中向前偏转。机翼机械化在起飞和着陆模式下提供高升力系数,同时保持高空气动力学质量。机翼机械化以自动和手动模式控制。在着陆后的运行中,自动偏转拦截器和空气制动器,导致机翼升力急剧下降,主起落架支架承受额外载荷,缩短了运行时间。

当图-204首次向公众展示时,西方曾讨论其设计方案借鉴了美国波音757。正如西方媒体的文章所证实的那样,这种怀疑不仅涉及这架飞机,还涉及整个苏联飞机工业。他们声称伊尔-62与维克斯VC-10有很多共同之处,图-144基本上是协和式飞机的克隆。然而,针对这些说法,有时其他西方分析人士也会强调,不能仅仅根据图-204和波音757之间的外部相似性就得出未经许可复制的结论。他们认为,只要技术规格足够接近,产品在视觉上就会非常相似,但同时也有自己的特点。

图-204是作为图-134和图-154的替代品而开发的,在结构上与它们很接近。在最初的设计阶段,有人提议使用三台14000千克力的D-90发动机的动力装置,这使得图-204看起来更像MD-10(麦道DC-10)。在设计中,非常注重燃油效率,必须与国外类似车型竞争。为了实现这一目标,计划将180座版本的图-204的燃料消耗比图-154B减少一半,并考虑到客运的季节性——增加机身直径。

在20世纪80年代上半叶,决定加快Tu-204的工作。为了达到与西方制造商如波音757、A300系列和波音767相当的舒适度和经济效益水平,改变了飞机的技术规格、结构方案、设备和发动机的组成,现在有两个D-90A,重量为16000千克力(kgf,1千克力(kgf)=9.8牛顿(N))。

通过安装小翼,可以获得纵横比为7.7的机翼,这在80年代是一个很好的值。例如,我们可以与机翼伸长率为6.4的伊尔-62M、图-154M—7.83、雅克-42D—7.6、波音757—7.8和波音747—7.0进行比较。

在图-204/214上,小翼垂直安装,是提高客机燃油效率的必要条件,使其空气动力学质量提高2.2%,并在最大航程飞行时节省500-600kg燃油。翼机与伊尔-96同时出现在图-204的机翼上,它们是国内航空业第一架具有这种空气动力学元件的飞机。他们增加了客机的航程,并确保了与同类外国飞机的竞争力。

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