Главная / Рефераты / Рефераты по авиации и космонавтике

Реферат: Антонов АН-72

Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323

Разработчик: ОКБ Антонова
Страна: СССР

Первый полет: 1977
Тип: Многоцелевой транспортный самолет

Идея самолета, не требующего специальных аэродромов, так же стара, как и сама история авиации. Конструкторы неоднократно пытались реализовать ее, с большим или меньшим успехом стараясь создать самолет, сочетающий достаточно высокие летные качества с небольшой посадочной скоростью. Одним из наиболее известных и удачных самолетов такого типа был германский Арадо Ar-242, предназначенный для перевозки грузов на неподготовленные площадки. В его конструкции хорошо сочетались оснащенное эффективными закрылками крыло, мощные моторы и специальное шасси, устройство которого обеспечивало самолету высокую проходимость. Эти три "кита" - повышение несущих свойств крыла, высокая тяговооруженность, и "вездеходное" шасси - и поныне лежат в основе любого проекта самолета подобного класса.
Предварительные исследования по самолету короткого взлета и посадки (КВП) были начаты в ОКБ Олега Константиновича Антонова в Киеве еще в 1972 г. Фирма, специализирующаяся на создании транспортных самолетов военного и гражданского назначения, имела большой опыт работ в этом направлении. Широкую известность получили такие самолеты, как Ан-26 и Ан-32, поднимающие до 5 тонн, Ан-8 и Ан-12 среднего класса, тяжелый Ан-22 "Антей", на котором был установлен ряд рекордов грузоподъемности. Инициатором работ над самолетом, использующим нетрадиционный метод повышения подъемной силы, был сам Генеральный конструктор. Говоря о целесообразности такого решения, О.К.Антонов образно описывал сотрудникам, как "могучий поток газов, с большой скоростью вытекающий из сопла реактивного двигателя, пройдет над крылом, создавая дополнительную подъемную силу". Этот способ основан на, так называемом, эффекте Коанда, запатентованном еще в 1932 г. и носящем имя автора - румына по происхождению, занимавшегося во Франции работами в области физики и аэродинамики.
На начальном этапе разработка нового самолета велась в инициативном порядке самим ОКБ в силу необходимости израсходовать выделяемые из государственного бюджета деньги (в противном случае сэкономленные средства изымались, а финансирование на следующий год соответственно урезалось). Инициативное предложение, выдвинутое антоновским ОКБ, встретило поддержку Главного штаба ВВС, заинтересованного в создании легкого транспортного самолета, пригодного для перевозок войск и техники в прифронтовой полосе и снабжения аэродромов рассредоточения боевых самолетов. Совместно представителями ОКБ, Управления заказов ВВС и Министерства авиационной промышленности (МАП) были утверждены требования к самолету. Техническое предложение ОКБ предусматривало проектирование фронтового транспортного самолета класса Ан-26, грузоподъемностью до 5 тонн, с характеристиками КВП и возможностью воздушного десантирования. Самолет должен был иметь небольшие размеры (по условиям базирования и маскировки), высокие скороподъемность и прочность для обеспечения взлета-посадки на слабоподготовленных площадках.
После согласования и утверждения "ведомством заказчика" и МАП, тема легкого фронтового транспортного самолета была включена в план работ ОКБ. В установленном порядке совместным решением ЦК КПСС и Совета Министров СССР было начато финансирование создания "самолета 200" (под таким шифром он фигурировал в проектной документации; Ан-22 носил обозначение "самолет 100", а проектируемый "Руслан" - "самолет 400"). Ведущим конструктором по самолету назначили Я.Г.Орлова. Основные черты будущей "двухсотки" определялись достаточно однозначно: основной упор достижения КВП делался на использование эффекта Коанда. Уверенность в перспективности выбранной схемы была столь сильна, что альтернативные компоновочные варианты практически не рассматривались.
Теоретические расчеты неплохо подтверждались экспериментальными продувками моделей самолета в аэродинамических трубах. Прирост подъемной силы был довольно значительным и на некоторых режимах достигал 20%. Особенно эффективным обдув крыла становился при выпущенной механизации -"прилипание" струи обеспечивало безотрывное обтекание и значительное повышение качества на взлете и посадке. При этом в создании подъемной силы участвовали одновременно крыло, закрылок и двигатель, и для изучения их взаимодействия потребовалось провести исследования на специальных натурных стендах, моделирующий обдув крыла и механизации. Для увеличения обдуваемой поверхности двигатели были вынесены перед центропланом, а их гондолам сзади придана форма, "размазывающая" выхлопную струю по крылу.
Крыло самолета площадью 89,6 м² имело мощную механизацию: почти всю его заднюю крышку занимали выдвижные закрылки (двухщелевые на центроплане и трехщелевые на консолях), а по передней кромке консолей установлены предкрылки. На верхней части центроплана и консолей находились по четыре секции интерцепторов. Внешние интерцепторы предназначались для работы совместно с элеронами и гашения подъемной силы при снижении с крутой глиссадой на площадки ограниченных размеров. Внутренние использовались при пробеге или в случае прерванного взлета для увеличения сопротивления самолета и нагрузки на шасси. Применение интерцепторов позволяло повысить эффективность торможения на 20%. Помимо этого, для сокращения пробега двигатели были оборудованы реверсом тяги, а в хвостовой части самолета установлен тормозной парашют.
Существенным для судьбы проекта было прежде всего наличие подходящего двигателя - турбовентиляторного Д-36 с тягой на взлетном режиме 6500 кг. Хотя О.К.Антонов и был убежденным приверженцем экономичных турбовинтовых двигателей, именно ТРДД с высокой степенью двухконтурности позволяли реализовать эффект Коанда на практике. Д-36, созданный в ОКБ "Прогресс" В.А.Лотарева, обеспечивал достаточный расход воздуха, и, что особенно ценно, сравнительно "холодную" выхлопную струю газов, направляемых на обдув крыла (напомним, что дюралевые сплавы - основной конструкционный материал в авиации - теряют прочность уже при 150°С). Д-36 поначалу предназначался для самолета Ан-60 (так и не построенного), был хорошо отработан и уже использовался на пассажирском самолете Як-42. По экономичности он приближался к лучшим западным образцам (18,4 мг/Нхсек на крейсерском режиме), а модульная конструкция и высокий ресурс упрощали его эксплуатацию. Серийное производство Д-36 было налажено на Запорожском моторостроительном заводе.
Принятая схема самолета имела и свои недостатки: при продувках выяснилось, что обдув крыла вызывает образование за ним вихрей, особенно, в месте стыка с фюзеляжем, интенсивность и распределение которых зависят от угла атаки, скорости полета и режима работы двигателей. Соответственно, поведение самолета и его управляемость могли изменяться в полете. С учетом этого хвостовому оперению была придана Т-образная форма, а по бокам хвостовой части установлены большие гребни, снижающие вредную интерференцию (решение, унаследованное от Ан-26/32). Стабилизатор, установленный на верху киля, находился вне зоны скоса потока за крылом, а для обеспечения большего диапазона рабочих углов атаки был выполнен переставным. Опасность срывных режимов устранили подбором профиля стабилизатора с плоской верхней поверхностью и установкой дефлектора по передней кромке.
Для обеспечения путевой устойчивости на самолете установили мощный киль. Руль направления имел оригинальную двухшарнирную конструкцию, повышавшую его эффективность при небольших скоростях, и был разделен на две секции по высоте. Нижняя задняя часть руля управлялась непосредственно педалями летчика, а остальные - бустерами системы управления. Для уменьшения усилий в системе управления в широком диапазоне режимов полета и центровок самолета рули имели весовую и аэродинамическую балансировку, нижняя секция второго звена руля направления оснащена триммером, а руль высоты - триммерами и сервокомпенсаторами. Такое решение давало возможность летчикам парировать нарушение балансировки самолета при выпуске механизации крыла (при этом картина обтекания самолета резко меняется и на малых скоростях он буквально "висит" на двигателях) и пилотировать самолет вручную даже при отказе бустеров.
Грузовая кабина самолета размером 9000x2200x2100 мм обеспечивала размещение типовой номенклатуры перевозимых грузов, в том числе до 32 солдат с вооружением, автомобилей типа ГАЗ-66 и УАЗ-469, авиационных двигателей, стандартных контейнеров и грузовых поддонов. Устройство рампы имело патентованную антоновскую конструкцию: при загрузке и выгрузке она опускалась до земли, а для сброса грузов в полете откатывалась по направляющей под фюзеляж. Особое внимание при проектировании "самолета 200" уделялось конструкции шасси. На фирме уже имели солидный опыт работы в этом направлении - все ее машины могли эксплуатироваться с грунтовых аэродромов. По таким показателям, как эквивалентная одноколесная нагрузка (доля массы самолета, приходящейся на каждое из колес шасси) и проходимости по грунту Ан-22 превосходил даже более современный Ил-76. Однако теперь задача ставилась несколько иначе - самолет должен был иметь возможность взлета и посадки на площадках с размокшим и неровным покрытием.
Рассматривалось около 30 вариантов устройства шасси, в том числе и такие экзотические, как шасси на воздушной подушке. Для оценки его возможностей был построен своеобразный летающий стенд на базе самолета Ан-14. Результаты испытаний показали, что "вездеходность" такого шасси оборачивалось усложнением конструкции, ухудшением аэродинамики и эксплуатационной пригодности самолета. Юбка на воздушной подушке имела малый ресурс, была непрочна, а само устройство сочтено непрактичным.
В конечном счете, выбор сделали в пользу обычного убирающегося шасси с управляемой передней стойкой и четырьмя мощными основными стойками с независимой рычажной подвеской колес. Прочность и энергопоглощение амортизаторов рассчитывались на преодоление "стандартной кочки" (термин, характеризующий возможности взлета и посадки самолета по условиям аэродрома) высотой до 35 см. Для повышения безопасности основные стойки не имели замков убранного положения, которые могли бы забиться грязью на взлете и не открыться. Убранные стойки лежали на створках ниш шасси и при их открытии свободно опускались. При отказе гидросистемы шасси выпускалось механически, а при отказе одной из основных стоек самолет мог приземлиться на трех оставшихся.
В связи с возможным взлетом и посадкой с большими перегрузками и ударными нагрузками запас прочности основных узлов машины был увеличен, в конструкцию добавлены дополнительные силовые узлы, а сама она перетяжелена по сравнению с обычными самолетами ("фамильная черта" самолетов КВП). Одной из мер сохранения весового совершенства стало широкое использование перспективных конструкционных материалов: высокопрочных алюминиевых сплавов и титанового крепежа, сотовых панелей и клеевых соединений, а также композитов - стекло- и углепластиков, масса которых достигла 875кг и позволила сэкономить 350кг по сравнению с металлической конструкцией.
Проектирование "самолета 200" шло очень быстро. По мере передачи документации, на Киевском механическом заводе (КМЗ) - производственной базе антоновского ОКБ - шло изготовление опытных образцов, получивших фирменное обозначение Ан-72 или "изделие 72". Опытная серия насчитывала семь самолетов. По установленной практике, первая и вторая машины предназначались для статических испытаний, необходимых для заключения о прочности и ресурсе, а остальные - для летно-доводочных испытаний, ведущим инженером по которым был назначен А.Романюк. К лету 1977 г. сборка первого самолета была окончена, и после необходимых проверок он был подготовлен к перелету на летно-испытательную базу ОКБ в Гостомеле под Киевом. 31 августа 1977 г. состоялся первый полет Ан-72 (СССР -19774, серийный номер 03). Это случилось день в день через 30 лет после того, как в воздух поднялся первенец ОКБ - знаменитый Ан-2. Пилотировал самолет заслуженный летчик-испытатель, шеф-пилот ОКБ В.И.Терский, бортинженером был А.Л.Круц. Оценка новой машины
экипажем была однозначной: "Летать на таком самолете - одно удовольствие". Особенно высоко испытатели отозвались о простоте пилотирования и легкости управления Ан-72. Особо отмечены были в отчете продуманная эргономика кабины, современное оборудование, невысокий уровень шума в полете. Но главными, естественно, были отличные характеристики Ан-72. Самолет полностью отвечал требованиям КВП: при нормальной взлетной массе и нагрузке до 3500 кг он отрывался от земли на скорости 185 км/ч, а для разбега хватало 420-450 м. О его скороподъемности испытатели говорили, что он буквально "прыгает в небо". Заходя на посадку, машина снижалась по крутой траектории, сохраняя устойчивость и управляемость на скоростях до 165 км/ч. В демонстрационных полетах Ан-72 садился на грунтовые площадки размером не более 1000 м, затрачивая на пробег не более 350 м, и выполнял взлет при одном работающем двигателе. В перегрузочном варианте он мог поднять до 7500кг груза.
К зиме 1977 г. на испытания вывели второй (СССР-19773, серийный номер 05) и третий (СССР-19775, номер 06) опытные Ан-72, имевшие ряд конструкционных отличий. По результатам испытаний первой машины был снят тормозной парашют, оказавшийся неэффективным при малых посадочных скоростях, и переделана хвостовая часть. Отказались и от подфюзеляжных гребней - устойчивость самолета была вполне достаточной. Для улучшения путевой управляемости увеличили площадь нижней задней секции руля направления. По требованию военных было изменено устройство грузолюка, первоначально состоявшего из откатной рампы, двух боковых и гермостворки. Открытие боковых створок в полете изменяло обтекание хвостовой части самолета, затрудняя пилотирование, а на земле они играли роль "бутылочного горлышка", мешая подъезжать машинам при загрузке. Их заменили единой сдвижной створкой, откатывающейся назад по специальному направляющему рельсу. Изготовленная из углепластика, она стала самым крупным композитным агрегатом на самолете.
В ходе испытаний обнаружились и некоторые проблемы с практическим использованием "изюминки" проекта - эффекта Коанда. Реальные условия, возникающие в полете, отличались от модельных и стендовых. Прилипание струи к крылу было неравномерным, зависело от режимов полета и внешних условий (особенно попутного ветра). В поисках решения, обеспечивающего стабильность эффекта, несколько раз изменялась форма задней части мотогондол и створок реверса. При отказе одного из двигателей от летчиков требовалось особое внимание - самолет тут же стремился перевернуться на спину из-за возникающей разницы подъемных сил на правом и левом крыле. Для компенсации крена ввели выпуск интерцепторов на противоположном крыле. Тем не менее концепция Ан-72 была оценена положительно. Вера в перспективность нового самолета была столь велика, что решение о серийном производстве приняли, не дожидаясь конца испытаний. Американские QSRA и построенный по заказу ВВС Боинг YC-14, проходившие испытания в это время, так и не вышли из стадии опытных образцов.
В 1979 г. Ан-72 был впервые представлен на аэросалоне в Ле-Бурже, где привлек большое внимание нетрадиционностью решения и высокими характеристиками. Большая тяговооруженность самолета (до 0,42 при нормальной взлетной массе) в сочетании с небольшой нагрузкой на крыло давали ему возможность выполнять эффектные маневры, необычные для самолетов этого класса: взлет с коротким разбегом и крутым набором высоты, виражи с креном до 45°, проходы на предельно малой скорости и "точечная" посадка. На одной из опытных машин (номер 0106) специально для демонстрационных полетов усилили крыло и фюзеляж, и этот "акробатический" самолет получил возможность выполнять даже некоторые элементы высшего пилотажа - бочки и полупетли.
Серийный выпуск Ан-72 должен был начаться на Киевском авиационном производственном объединении (КИА-ПО)- давней "вотчине" антоновской фирмы. Близость предприятия и опыт совместной работы с ОКБ позволяли оперативно решать вопросы, возникающие при освоении нового изделия. С 1978 г. на КИАПО началась подготовка к серийному производству: готовилась конструкторская документация, делалась технологическая оснастка, стапели для сборки, шло освоение новых технологий и обучение рабочих. Однако в это время завод был загружен производством самолета Ан-32, имевшего неплохие коммерческие перспективы. Заказы на него поступили из многих стран, и параллельный выпуск еще одного самолета КИАПО явно "не тянуло" и могло сорвать ритмичность поставок Ан-32.
В то же время на авиазаводе в Харькове завершался выпуск пассажирского самолета Ту-134, и он мог быть использован для запуска в серию новой машины. Такое решение полностью соответствовало интересам антоновской фирмы, получавшей для производства своих самолетов оба расположенных на территории Украины серийных авиазавода (сам О.К.Антонов, неоднократно бывавший в Харькове, говорил по этому поводу: "Как Генеральный конструктор я бы хотел, чтобы мои самолеты строились на этом заводе"). Руководство предприятия, в свою очередь, не без оснований ссылалось на давние связи с туполевской фирмой и просило МАП "подыскать какую-нибудь туполевскую конструкцию". Тем не менее, судьба Ан-72 была предопределена: после закулисных баталий в министерстве решено было начать его серийное производство в Харькове с выпуском первого самолета в 1983г. Началась передача на харьковский авиазавод многочисленных чертежей, плазов, шаблонов, заготовленной на КИАПО оснастки и стапелей.
Многообещающим самолетом заинтересовалось и Министерство гражданской авиации (МГА), нуждавшееся в замене устаревающих транспортных Ан-26 и Ан-12. Новой машины, неприхотливой к условиям базирования и эксплуатации, требовало и освоение труднодоступных районов Севера, Сибири и Дальнего Востока. Однако требования МГА значительно отличались от тех, под которые первоначально проектировался Ан-72. "Аэрофлот" явно не устраивал "кузнечик", рассчитанный на небольшую нагрузку и короткие расстояния, и основным из его условий было увеличение дальности полета. С нормальной нагрузкой и двухчасовым запасом топлива она должна была составить не менее 3200 км. Грузоподъемность самолета гражданский заказчик требовал увеличить вдвое, доведя ее до 10 тонн.
Надо было увязать противоречивые требования ВВС и МГА. Решение задачи простейшим путем - повысить дальность, увеличив запас топлива - подняло бы нагрузку на крыло и снизило тяговооруженность, сведя к минимуму возможность КВП. Конструкторы выбрали компромиссный путь - сохранив базовую конструкцию, увеличить площадь крыла и его удлинение. Первоначально предполагалось сохранить прежний центроплан и установить новые консоли большей длины. Однако существовавшие станки не позволяли изготовить необходимые для этого цельнофрезерованные панели длиной до 12 м, и решено было нарастить крыло, пристыковав к прежним консолям дополнительные нужной площади. Это дало возможность выполнить доработки "малой кровью" непосредственно на опытных машинах. Переделанная "тройка" стала образцом для серийного исполнения Ан-72. Площадь крыла достигла 98,6 м², а его удлинение с 7,4 возросло до 11.
Для сохранения управляемости по крену новое крыло было оснащено двухсекционными элеронами, внутренние из которых предназначались для крейсерского полета, а внешние включались в работу на малых скоростях. Вместимость самолета повысили за счет удлинения фюзеляжа на 1,4 м (это потребовало установки трех дополнительных шпангоутов), устранив тем самым и появившуюся тенденцию к скольжению на крыло, свойственную самолетам с крылом большого удлинения. Запас топлива доработанного Ан-72 довели до 16250 л. При испытаниях нового варианта Ан-72 максимальная дальность полета составила 5000 км, а с нагрузкой 1500 кг и двухчасовым резервом топлива 4200 км. Вместе с тем, наращивание крыла, введение стыковых узлов и удлинение фюзеляжа повлекли за собой увеличение массы планера самолета, а далекая от аэродинамического совершенства форма крыла с изломами по передней и задней кромкам привела к появлению паразитных вихрей и росту сопротивления. Максимальная скорость снизилась до 705 км/ч, а крейсерская составила 530-550 км/ч, (то есть стала такой же, как у турбовинтового Ан-32).
Упоминание эффекта Коанда теперь вызывало лишь усмешку - его роль в создании подъемной силы составляла лишь 5-7%, а основные несущие свойства обеспечивало само крыло увеличенной площади. По результатам испытаний введены были и другие изменения конструкции: сняты четыре секции недостаточно эффективных интерцепторов на центроплане (они находились в струе двигателей, а на посадке затенялись мотогондолами), установлено новое радиотехническое оборудование и навигационный комплекс.
Изменение конструкции еще больше осложнило положение на Харьковском авиационном заводе, где освоение самолета и так шло с большим трудом. Причиной этого были не только негибкость и общее технологическое отставание, свойственное всей советской авиапромышленности, но и особенность самого предприятия. На протяжении 30 лет завод занимался выпуском туполевских самолетов (Ту-104, Ту-124, Ту-134), обладавших значительной преемственностью, и был ориентирован на их технологические и конструктивные особенности. К переходу на новую, принципиально отличавшуюся машину со своими "фирменными секретами", завод оказался совершенно не готов. Не было опыта изготовления крупногабаритных цельнофрезерованных панелей, композитных материалов, клееных и сотовых конструкций, использования новых методов сборки. В цехах завода встречались станки, полученные в 1945 г. по репарациям из Германии! Возникали и "плановые" трудности - производство деталей из углепластика (створок шасси, грузолюка и откидных панелей крыла) было начато с задержкой на год из-за того, что Госплан СССР своевременно не заказал химическим заводам требующееся углеволокно.
Для производства доработанного варианта Ан-72 потребовалась и новая технологическая оснастка, а прежние стапели и оборудование пришлось отправить на свалку. В итоге начало серийного выпуска затянулось еще на несколько лет, и Ан-72 стал своеобразным рекордсменом по времени от первого полета опытного образца до выпуска серийных машин, начавшегося лишь в 1985г. Первый самолет, изготовленный на Харьковском авиазаводе, поднялся в воздух 22 декабря 1985 г. Первые серийные Ан-72 были переданы в штабные авиаотряды военно-транспортной авиации (ВТА), где заслужили прозвище "генеральских" - основной их работой была перевозка штабных работников в инспекционных полетах. Для этого кабина самолета оборудовалась креслами, а на борт, как правило, загружалась и командирская автомашина. В воздушно-десантных войсках Ан-72 не прижился - его грузоподъемность и вместимость не позволяли разместить боевую технику на парашютно-десантных платформах, а покидание самолета в воздухе было затруднено из-за сильного скоса потока и спутных струй за крылом. Отмечены были проблемы с откатной рампой, иногда заклинивавшей при открытии ее в полете. Кроме того, высадка воздушных десантов предполагалась массовой, а для этого лучше подходили Ил-76 и Ан-12.
Самолет был хорошо принят летчиками, оценившими его взлетно-посадочные качества, простоту и легкость в управлении, а за характерную "горбатость" очертаний получил среди острых на язык авиаторов прозвище "верблюд". В эксплуатации Ан-72 показал себя достаточно надежной и неприхотливой машиной. Серьезных неисправностей и дефектов после устранения "детских болезней" практически не наблюдалось. Вместе с тем его конструкция оказалась довольно "нежной", и ограничения по посадочной скорости и условиям аэродромов были введены еще в ходе испытаний. Более сложный по сравнению с самолетами предыдущих типов, Ан-72 нуждался и в более тщательном обслуживании. ...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:

Простая ссылка на эту работу:

Ссылка для размещения на форуме:

HTML-гиперссылка:

Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 1860

Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21

При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная!