История создания и концепция ЛА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(национальный исследовательский университет) МАИ

Кафедра 201

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Введение в авиационную и ракетно-космическую технику»

Тема: Истребитель четвертого поколения СУ-27

                                                                        Выполнила студентка группы М2О-101С-20  

                  Боронина В.А.

                                               Проверил: доцент Гусаров С.А.

 

                                                             Москва 2021

 

Оглавление

Ведение. 3

История создания и концепция ЛА.. 4

Основные характеристики ла. 5

Конструкция основных частей ЛА.. 6

Планер ЛА.. 6

Фюзеляж.. 7

Крыло. 8

Оперение. 9

Оборудование, системы, вооружение. 10

Шасси. 11

Чертежи общего вида в трех проекциях. 12

Производство и эксплуатация ЛА.. 13

История создания и концепция двигателей. 14

Конструкция модулей двигателя. 15

Воздухозаборники. 15

Компрессор низкого давления. 16

Компрессор высокого давления. 17

Камера сгорания двигателя. 18

Турбина высокого давления. 19

Турбина низкого давления. 20

Форсажная камера. 21

Реактивное сопло. 22

Системы двигателя. 23

Заключение. 24

Список литературы.. 25

Расчеты.. 26

 

 

 

Ведение

 Великий русский ученый Николай Егорьевич Жуковский 1898 годусказал: «Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума». Эти слова фактически предопределили все дальнейшее развитие авиации. В самом начале сила человеческого разума оторвала человека от земли, затем Петр Нестеров, выполнив свою знаменитую петлю, доказал что и в воздухе самолет найдет опору. Основным средством борьбы человека и силы притяжения были истребители. Очень часто именно эти машины ставили новые рекорды, и каждый раз конструкторам и инженерам приходилось решать новые, более сложные задачи. Им всегда приходилось идти на компромиссы, и жертвовать одной характеристикой в пользу другой. Но в 70-е годы 20-ого века появилась уникальная машина, в которой удалось совместить, казалось, несовместимое – это СУ-27. Этот самолет является многоцелевым сверхзвуковым тяжёлым истребителем четвёртого поколения.

 

 

 

 

История создания и концепция ЛА

 

После вьетнамской войны в СССР и США сделали выводы, что нужен новый самолет, который мог, в случае необходимости летать на сверхзвуковых скоростях и вести бой на дозвуке. В тоже время в штатах уже активно шла разработка ф15. Дабы не уступать в гонке вооружения в СССР начал программу разработки перспективного фронтового истребителя (ПФИ) на конкурсной основе.

Изначально ОКБ Сухого в программе не участвовало, но ОКБ были выполнены первичные проработки по теме ПФИ, и в начале 1971 года было приняли решение о начале работ над изделием Т-10.

В 1972 году состоялись два совета с окб Сухого, Яковлева и Микояна, по результатам которых проекты Яковлева выбыли из конкурса. Руководство КБ МиГ выдвинуло идею о разделении программы ПФИ. Эта идея состояла в создании двух истребителей параллельно — тяжёлого и лёгкого, это ускорило и удешевило бы производство. Также это позволило бы стране иметь парк двух типов самолётов, каждый из которых ориентирован на свои задачи. Разработкой легкого истребителя занялось окб Микояна, а создание тяжелого было возложено на окб сухого. Тогда и началась работа над СУ-27.

 

Су-27 представляет собой одноместный моноплан, выполненный по интегральной аэродинамической схеме, при которой крыло с корневым наплывом и фюзеляж образуют единый несущий корпус, набранный из крыльевых профилей.

 

 

Основные характеристики ла

· масса пустого самолета: 16300 кг;

· масса топлива: 9400 кг (максимальная), 5240 кг (нормальная);

· максимальная скорость (на высоте 11 км): 2500 км/ч;

· минимальная скорость: 200 км/ч;

· дальность полета при полной заправке: 3900 км;

· максимальная высота полета: 22500 м

Можно увидеть что по характеристиками самолет превосходит многие модели 4 поколения

 

Фюзеляж

Планер Су-27 имеет интегральную компоновку, это значит, что его крыло постепенно соединяется с фюзеляжем, образуя единый несущий корпус.

Технологически планер состоит из:

· Носовой части фюзеляжа

· средней части фюзеляжа, центропланного бака-отсека, гаргрота и передних отсеков центроплана, правого и левого;

· хвостовой части фюзеляжа, состоящей из центральной балки, мотогондол и хвостовых балок.

Для улучшения аэродинамических характеристик самолёта он оснащен корневыми наплывами большой стреловидности.

Интегральная схема обеспечивала значительное улучшение аэродинамического качества истребителя и позволяла организовать большие внутренние отсеки для размещения топлива и оборудования. Для реализации заданных летных характеристик в широком диапазоне высот и скоростей полета и углов атаки крылу нового истребителя придали оживальную («синусоидальную») форму и снабдили его развитым корневым наплывом

 

 

Крыло

 

Крыло самолета имеет сложную форму в плане.

Удлинение крыла 3,5

сужение по основной трапеции – 3,4.

Угол стреловидности консольной части крыла по передней кромке – 42°, по задней – 15°.

 Угол поперечного V крыла – 0°

, угол установки – 0°.

Крыло имеет строго выраженную трапецевидную форму. На передней кромне были размещены отклоняемые носки. По мере изменения угла атаки, носки отклоняются, что позволяет заметно улучшить устойчивость самолета на больших углах атаки и оно повышало несущие свойства крыла. При взлете и посадке они отклоняются на угол 30°, а при маневрировании на скоростях М‹0,92 автоматически занимают положение, которое зависит от угла атаки, но оно не может привышать отклонение при взлете.

На задней кромке управления появился новое, на тот момент, средство управления и механизации – флаперон. Традиционно там размещались закрылок и элерон. Флаперон же стал единым органом управления, он объединял в себе и взлетно-пасадочные функции закрылок, и функцию поперечного управления элерона.

Флапероны в режиме закрылков отклоняются синхронно («зависают») на взлете и посадке на угол 18°, а при маневрировании (до числа М=0,92) – на угол, равный углу атаки. Выполняя функции элеронов, флапероны дополнительно отклоняются от положения зависания на углы от -27° до +16° при взлете и посадке и ± 20° в полете.

Как результат применения флапероона, был выигрыш в вессе и просности.

Часть кессона консоли выполнена герметичной и образует топливный бак-отсек. На торцах крыла расположены крепления для пусковых устройств ракет Р-73 или контейнеров станции РЭП «Сорбция-С».

 

 

Оперение

Горизонтальное оперение состоит из двух цельноповоротных дифференциально отклоняемых консолей стреловидностью 45° по передней кромке. Углы синхронного отклонения – от -20° до +15°, дифференциального – ± 10° от синхронного положения. Каждая консоль состоит из лонжерона, задней стенки, 11 нервюр, панелей обшивки и законцовки. Она вращается на полуоси, неподвижно закрепленной в хвостовой балке фюзеляжа.

Вертикальное оперение состоит из двух килей с рулями направления и двух под- балочных гребней. Угол стреловидности килей по передней кромке – 40°. Максимальные углы отклонения рулей – ±25°. Привод Руль направления установлен в киле. Каждый киль состоит из двух лонжеронов, стенок, нервюр, панелей и законцовки. В основании килей расположены воздухозаборники воздухо-воздушных радиаторов системы кондиционирования воздуха.

[Краткое техническое описание истребителя Су-27 20-й серии выпуска]

 

 

 

Шасси

Шасси убирающееся трехопор­ное с одноколесными стойками. Все опоры убираются поворотом вперед по полету, носовая - в фюзеляж, основ­ные - в центроплан. Передняя опора с управляемым. Носовой механизм не оборудован тормозным приводом. Изначально тормозные щитки располагались в нижней части фюзеляжа, но при их выпуски начиналась вибрация, поэтому было решено расположить тормозной щиток сверху самолета. Управление колесом осуществляется с помощью ножной системы путевого управления.

 

Воздухозаборники

Воздухозаборники самолета прямоугольного сечения, регулируемые, внешнего сжатия. Для предотвращения попадания в двигатели посторонних воздухозаборники снабжены защитными сетками. Они автоматически открываются и закрываются при взлете и посадке. Сетка представляет собой титановую панель, которая состоит из множества квадратных ячеек размером 2,5 мм каждая.

 

 

Компрессор низкого давления

компрессор низкого давления (КНД) предназначен для сжатия воздуха, поступающего в наружный и внутренний контуры двигателя.

Он состоит из:

· Ротора;

· Статора.

· Входного направляющего аппарата

Особенностями компрессора низкого давления двигателя АЛ-31Ф являются:

· поворотные закрылки входного направляющего аппарата (ВНА) КНД;

· бандажные полки на рабочих лопатках первых трех ступеней;

· кольцевой перепуск воздуха над рабочими лопатками четвертой ступени;

· двухрядный выходной направляющий аппарат;

· наличие противообледенительной системы.

Входной направляющий аппарат (ВНА КНД) нужен для подготовки газа к сжатию и для избежания излишних вибраций, провоцирующих ненужный износ некоторых частей и деталей двигателя и уменьшить урон от попадания пернатых животных в тракт мотора.

Ротор КНД состоит из трех секций. В первую секцию входят переднее цапфы, диск первой ступени, диска второй ступени, цилиндрическая проставка с фланцем. Ко второй секции относят: диск третьей ступени, заднюю цапфу и цилиндрическую проставку с фланцем. В третьей секции находится диск четвертой ступени

Статор КНД состоит из:

· входного направляющего аппарата (ВНА

· корпус первой ступени

· корпус второй ступени

· корпус третьей ступени

· корпус четвертой ступени;

· направляющего аппарата первой ступени

· направляющего аппарата второй ступени

· направляющего аппарата третьей ступени

· выходного спрямляющего аппарата

Входной направляющий аппарат является силовым элементом двигателя, выполнен из титанового сплава.

 

Камера сгорания двигателя

Основная камера сгорания (ОКС) –прямоточная, кольцевого типа. Состоит из: корпуса с диффузором, жаровой трубы. В ОКС используется диффузор с фиксированным срывом потока и фронтовое устройство с фор камерами. По двум топливным коллекторам, с помощью двадцати восьми центробежных двухсопловых форсунок, подается топливо в ОКС. Они и трубопроводы подвода топлива теплоизолированы кремнеземной лентой КЛ-11 и металлическим экраном. С помощью двух полупроводниковых свечей поверхностного разряда, установленных в запальном устройстве со смещением на ¼ шага от осей вихревых горелок, осуществляется запуск ОКС. Цилиндрическая часть корпусов свечей, входящая в корпус ОКС, охлаждается воздухом из-за компрессора, который проходит через специальные окна в корпусе свечи и выдувается внутрь жаровой трубы. Торец свечи охлаждается воздухом через систему отверстий в секциях жаровой трубы. Более подробно запуск ОКС, конструкцию и работу полупроводниковой свечи рассмотрим в главе «Пусковая система». Применение системы непосредственного запуска ОКС от запальных свечейпо сравнению с пусковыми воспламенителями позволило:

1. повысить надежность работы и живучести системы вследствие меньшего числа элементов, входящих в систему, и отсутствия трубопроводов и агрегатов с пусковым топливом

2. снизить вес и габариты системы запуска

3. сократить инерционность запуска, особенно в условиях отрицательных температур. Основные параметры основной камеры сгорания

 

Турбина высокого давления

Турбина высокого давления предназначена для привода компрессора высокого давления и агрегатов, установленных на коробках приводов двигательных и самолетных агрегатов. Турбина состоит из ротора и статора.
Ротор турбины состоит из:

· рабочих лопаток. Рабочая лопатка–литая, полая с циклонно-вихревой схемой охлаждения.

· Диска. Диск турбины штампованный, с последующей механической обработкой

· Цапфы. Диск с цапфой и валомсоединен призонными болтами

· Вал. Вал представляет собой тонкостенную оболочку с двумя фланцами, по которым осуществлено соединение вала с дисками компрессора и турбины

Статор турбины высокого давления состоит из:

· Наружного кольца. Наружное кольцо-цилиндрическая оболочка с фланцем, расположенным между корпусом камеры сгорания и корпусом турбины вентилятора.

· блока сопловых лопаток. Лопатки соплового аппарата объединены в четырнадцать трехлопаточных блоков

· Внутреннего кольца. Внутреннее кольцо выполнено в виде оболочки с втулками и фланцами, к которым приварена коническая диафрагма

· Аппарата закрутки. Аппарат закрутки предназначен для подачи и охлаждения воздуха, идущего к рабочим лопаткам за счет разгона и закрутки по направлению вращения турбины

· Устройства стабилизации радиального зазора. Устройство стабилизации радиального зазора предназначено для повышения КПД турбины на повышенных режимах.

· Клапанного аппарата. Клапанный аппарат предназначен для изменения расхода воздуха, идущего на охлаждение турбины, в зависимости от режима работы двигателя

· воздухо-воздушного теплообменника. Воздухо-воздушный теплообменник предназначен для снижения температуры воздуха, идущего на охлаждение турбины, воздухом наружного контура

 

Турбина низкого давления

Турбина низкого давления предназначена для привода вентилятора и агрегатов. Турбина состоит из ротора и статора. Ротор турбины низкого давления состоит из

· Рабочих лопаток. Рабочая лопатка–литая, охлаждаемая с радиальным течением охлаждающего воздуха

· напорного диска. Диск турбины-штампованный, с последующей механической обработкой

Цапфы Цапфа предназначена для опирания ротора низкого давления на роликовый подшипник и передачи крутящего момента от диска на вал

· Вала. Вал турбины низкого давления состоит из 3-х частей, соединенных друг с другом радиальными штифтами

Статор состоит из:

· Наружного корпуса. Наружный корпус-сварная конструкция, состоящая из конической оболочки и фланцев, по которым корпус стыкуется с корпусом турбины высокого давления и корпусом опоры.

· Блоков лопаток соплового аппарата. Лопатки соплового аппарата с целью повышения жесткости спаяны в одиннадцать трехлопаточных блоков.

· Внутреннего корпуса. Внутренние полки лопаток оканчиваются сферическими цапфами, по которым центрируется внутренний корпус, представляющий сварную конструкцию. В ребрах внутреннего корпуса выполнены проточки, в которые с радиальным зазором входят гребешки внутренних полок сопловых лопаток.

 

 

Форсажная камера

Форсажная камера сгорания - общая для наружного и внутреннего контуров, с предварительным смешением потоков в смесителе.

Топливо в ФКС подается через струйные форсунки из пяти топливных коллекторов. Последовательным подключением или отключением коллекторов при перемещении РУД обеспечивается управление степенью форсирования тяги. Запуск ФКС осуществляется методом "огневой дорожки". В систему запуска ФКС входят: агрегаты системы автоматического управления и дозировки топлива на запуск ФКС; струйная и центробежная форсунки и топливный коллектор. Центробежная форсунка смещена в сторону вращения ротора по отношению к струйной форсунке на 25°. Топливо, впрыскиваемое струйной форсункой в основную КС, переносится в виде факела пламени за турбину, и в районе смесителя ФК воспламеняет топливо, подаваемое центробежной форсункой. Подхваченный факел пламени воспламеняет топливо, подаваемое в ФК через топливный коллектор (ТК).

 

 

Реактивное сопло

Выходное устройство осесимметричное, регулируемое, всережимное, сверхзвуковое, створчатой конструкции. Выходное устройство крепится к задней части корпуса форсажной камеры. Общее управление критическим сечением (суживающаяся часть ВУ) и сечением среза сопла (расширяющаяся часть ВУ) осуществляется с помощью 16-ти гидроцилиндров. Рабочим телом служит топливо. Оптимизация площади среза сопла осуществляется автоматически под действием газовых и сжимающих сил от 16-ти пневмоцилиндров, расположенных вокруг створок и проставок сверхзвуковой части сопла и действующих на них. При этом учитываются аэродинамические силы, действующие на внешние створки ВУ. Пневмоцилиндры одностороннего, действия, постоянно работающие на уменьшение площади среза сверхзвуковой части сопла. Воздух в пневмоцилиндры поступает из-за компрессора высокого давления через воздушный редуктор. Оптимизация площади среза сопла возможна в пределах его крайних положений.

 

Системы двигателя

Силовая система двигателя состоит из силовой системы ротора низкого давления, силовой системы ротора высокого давления и статора. Силовая система ротора НД выполнена по четырехопорной схеме с подвижным соединением роторов НД компрессора и турбины. Силовая система ротора ВД выполнена по двухопорной схеме с жестким соединением роторов ВД компрессора и турбины и с упруго-гидравлическим демпфером в передней опоре. Силовая система статора состоит из силового корпуса наружного и внутреннего контура, соединенных меж собой переходным корпусом, которые регулируются опорами в задней части смесителя форсажной камеры. Узлы крепления двигателя расположены в двух плоскостях: в плоскости переходного корпуса и в плоскости фронтового форсажной камеры.

Масляная система двигателя замкнутая, открыто-закрытая Н закр. = 6...8км. Охлаждение масла производится топливом в радиаторах. Все агрегаты масляной системы размещены на двигателе и выносной коробке. МС предназначена для охлаждения и смазки подшипников и зубчатых передач двигателя

Топливная система включает: топливную систему низкого давления, основную топливную систему, топливную систему форсажной камеры, дренажную систему, систему аварийного слива топлива. Топливная система низкого давления предназначена для повышения давления топлива, поступающего из топливной системы самолета, его фильтрования, подачи в агрегаты двигателя

 

 

Заключение

Михаил Погосян сказал: «Очень важно, чтобы в авиационной программе были заложены новые технические решения, и чтобы самолет постоянно развивался. Потому что такой срок жизни, возможен только если продукт развивается». Если говорить о программе СУ-27, то тут присутствуют множество модификаций, каждая из которых уникальна по-своему. Уже больше четверти века СУ-27 стоит на вооружении нашей страны. Полтора десятилетия они поставляются заграницу. И к счастью, за всё это время самолет почти не учувствовал в военных действиях, ведь сегодня оружие должно быть в первую очередь сдерживающее.

 

Список литературы

1. Симонов М. Из истории создания Су-27 // Крылья Родины.1999

2. Су-27: история создания // «Авиация и космонавтика», № 5, май 2013

3. Двигатель АЛ-31ФП серия 01. Руководство по технической эксплуатации. Кн. 1. – Москва: ОАО «НПО «Сатурн»

4. А.П. Назаров Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф: Учебное пособие/ Издание ВВИА Н.Е. Жуковского

 

 

Расчеты

1. Удельная нагрузка на крыло:

𝐾=Масса ЛА [кг]/Площадь крыла [м2]= 16000/ 62= 258,06 кгм2

2. Удельная тяговооруженность ЛА:

𝑃= Макс.тяга двигателя [кгс]/Макс.взлетный вес [кг]= 25000/30000=0,8

3. Относительные величины ЛА:

Относительная масса топлива: Мт= Масса топлива [кг]/Макс.масса ЛА [кг]= 9400/30000 = 0,313

Относительная масса планера: Мп= Масса планера [кг]/Макс.взлетная масса [кг]= 16300/30000= 0,543

Относительная масса полезной нагрузки Мн= Масса полезной нагрузки [кг]/Макс.взлетная масса [кг]= 22500/30000=0,75

4. Длина разбега при взлете ЛА:

𝐿= (𝑣отр² )/(𝑃𝐺−𝑓)= 450

5. Дальность полета по формуле Брэге:

𝐿𝑏= (𝐾𝑉)/𝐶𝑙𝑛(𝑚1/𝑚2)= 3700 км

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(национальный исследовательский университет) МАИ

Кафедра 201

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Введение в авиационную и ракетно-космическую технику»

Тема: Истребитель четвертого поколения СУ-27

                                                                        Выполнила студентка группы М2О-101С-20  

                  Боронина В.А.

                                               Проверил: доцент Гусаров С.А.

 

                                                             Москва 2021

 

Оглавление

Ведение. 3

История создания и концепция ЛА.. 4

Основные характеристики ла. 5

Конструкция основных частей ЛА.. 6

Планер ЛА.. 6

Фюзеляж.. 7

Крыло. 8

Оперение. 9

Оборудование, системы, вооружение. 10

Шасси. 11

Чертежи общего вида в трех проекциях. 12

Производство и эксплуатация ЛА.. 13

История создания и концепция двигателей. 14

Конструкция модулей двигателя. 15

Воздухозаборники. 15

Компрессор низкого давления. 16

Компрессор высокого давления. 17

Камера сгорания двигателя. 18

Турбина высокого давления. 19

Турбина низкого давления. 20

Форсажная камера. 21

Реактивное сопло. 22

Системы двигателя. 23

Заключение. 24

Список литературы.. 25

Расчеты.. 26

 

 

 

Ведение

 Великий русский ученый Николай Егорьевич Жуковский 1898 годусказал: «Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума». Эти слова фактически предопределили все дальнейшее развитие авиации. В самом начале сила человеческого разума оторвала человека от земли, затем Петр Нестеров, выполнив свою знаменитую петлю, доказал что и в воздухе самолет найдет опору. Основным средством борьбы человека и силы притяжения были истребители. Очень часто именно эти машины ставили новые рекорды, и каждый раз конструкторам и инженерам приходилось решать новые, более сложные задачи. Им всегда приходилось идти на компромиссы, и жертвовать одной характеристикой в пользу другой. Но в 70-е годы 20-ого века появилась уникальная машина, в которой удалось совместить, казалось, несовместимое – это СУ-27. Этот самолет является многоцелевым сверхзвуковым тяжёлым истребителем четвёртого поколения.

 

 

 

 

История создания и концепция ЛА

 

После вьетнамской войны в СССР и США сделали выводы, что нужен новый самолет, который мог, в случае необходимости летать на сверхзвуковых скоростях и вести бой на дозвуке. В тоже время в штатах уже активно шла разработка ф15. Дабы не уступать в гонке вооружения в СССР начал программу разработки перспективного фронтового истребителя (ПФИ) на конкурсной основе.

Изначально ОКБ Сухого в программе не участвовало, но ОКБ были выполнены первичные проработки по теме ПФИ, и в начале 1971 года было приняли решение о начале работ над изделием Т-10.

В 1972 году состоялись два совета с окб Сухого, Яковлева и Микояна, по результатам которых проекты Яковлева выбыли из конкурса. Руководство КБ МиГ выдвинуло идею о разделении программы ПФИ. Эта идея состояла в создании двух истребителей параллельно — тяжёлого и лёгкого, это ускорило и удешевило бы производство. Также это позволило бы стране иметь парк двух типов самолётов, каждый из которых ориентирован на свои задачи. Разработкой легкого истребителя занялось окб Микояна, а создание тяжелого было возложено на окб сухого. Тогда и началась работа над СУ-27.

 

Су-27 представляет собой одноместный моноплан, выполненный по интегральной аэродинамической схеме, при которой крыло с корневым наплывом и фюзеляж образуют единый несущий корпус, набранный из крыльевых профилей.

 

 

Основные характеристики ла

· масса пустого самолета: 16300 кг;

· масса топлива: 9400 кг (максимальная), 5240 кг (нормальная);

· максимальная скорость (на высоте 11 км): 2500 км/ч;

· минимальная скорость: 200 км/ч;

· дальность полета при полной заправке: 3900 км;

· максимальная высота полета: 22500 м

Можно увидеть что по характеристиками самолет превосходит многие модели 4 поколения