автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка методики определения технического уровня легких самолетов авиации общего назначения с учетом особенностей их эксплуатации

Р Г Б ОД ' 7 О ИТ 1998

ЕФИМОВ Вадим Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ЛЕГКИХ САМОЛЕТОВ

АВИАЦИИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.14 — Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1998

Работа выполнена в Московском Государственном техническом университете гражданской авиации.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ПРОТОПОПОВ в.и. доктор технических наук, профессор САКАЧ Р. В.

кандидат технических наук СУСОВА Г.М.

Ведущее предприятие:

ЭМЗ им. В.М.Мясишева

Защита диссертации состоится «_»_1998 г. в_ часов на

заседании диссертационного совета К 072.05.01 Московского Государственного технического университета гражданской авиации (адрес: 125838, г.Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГЛ.

Автореферат разослан «_»_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.Г. Романов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Авиация общего назначения (АОН) представляет собой неосвоенный для России вид воздушного сообщения, развитие которого будет способствовать созданию нового качественного уровня в жизни общества.

При всей важности решения чисто практических задач создания АОН не менее важная проблема состоит в разработке такой теории, которая должна служить основой для принятия решений при разработке, производстве, реализации и эксплуатации самолетов АОН, которая имеет ряд особенностей. При этом данная теория должна опираться на взаимосвязь между техническим уровнем и эффективностью.

Повышение эффективности авиационной техники является важнейшим условием развития воздушного транспорта. Вместе с тем она не является исчерпывающей характеристикой технической системы, в частности, на стадии прогноза и заказа новой техники. Для разработчика и производителя авиационной техники выбор рациональной и прогрессивной технической политики — исключительно важная задача, т.к. достижение победы в конкурентной борьбе на рынке сбыта требует их постоянных корректирующих действий, которые могут быть осуществлены только в результате проведения оценок перспективности того или иного технического решения. Причем рассчитать экономический эффект в этом случае не представляется возможным. Покупателю и эксплуатанту процесс заказа новой авиационной техники также не следует связывать лишь с экономической эффективностью. Это объясняется тем, что новые технические средства на первых порах чаще всего бывают экономически невыгодными из-за дорогой и трудоемкой доводки, неизбежность которой обусловлена самой новизной. Кроме того, в экономике нельзя уберечься от случайностей и неопределенностей.

Отсюда вытекает потребность в проведении неэкономической оценки технических систем. Основным содержанием такой оценки является измерение уровня использования достижений научно-технического прогресса, т.е. уровня новизны технической системы, что отвечает смысловому содержанию показателя технического уровня.

Цель работы заключается в:

1) выявлении и анализе особенностей эксплуатации легких самолетов АОН со взлетной массой до 2500 кг;

2) разработке методов учета особенностей эксплуатации легких самолетов АОН при определении их технического уровня;

3) разработке методики расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН.

Постановка задачи представляется следующей: по заданным летио-техническим характеристикам сравниваемых самолетов требуется с учетом особенностей АОН найти обобщенный количественный показатель технического уровня рассматриваемого самолета относительно базового, который должен представлять собой соотношение совокупности показателей технического совершенства рассматриваемого самолета с соответствующей совокупностью показателей базового образца.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для учета основных особенностей эксплуатации легких самолетов АОН при определении их технического уровня разработаны:

метод оценки комфортабельности самолета в части его приспособленности к полетам в турбулентной атмосфере в самых нижних эшелонах; метод оценки взлетно-посадочного совершенства самолета; метод учета вида эксплуатации самолета АОН.

2. Разработана методика расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН с учетом основных особенностей их эксплуатации.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная методика, учитывающая основные особенности эксплуатации легких самолетов АОН позволяет производителю авиационной техники количественно определить технический уровень проектируемого изделия относительно существующих на рынке. Это дает важнейшую информацию для оценки правильности выбранной технической политики. Зная технические уровни и цены самолетов-конкурентов, можно оценить конкурентоспособность разрабатываемого самолета по критерию «технический уровень — цена».

Эксплуатанту, который выступает в роли покупателя, этот метод позволяет увереннее ориентироваться на рынке авиационной техники. При этом он может сопоставить технические уровни предлагаемых самолетов с ценами на них. Это позволяет обоснованно подойти к выбору и заказу новой техники.

Автор выносит на защиту методы учета основных особенностей эксплуатации легких самолетов АОН при определении их технического уровня, а также методику расчета обобщенного показателя технического уровня этих самолетов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались:

1. На Международной научно-технической конференции «Наука и техника гражданской авиации на современном этапе». Москва, МГТУ ГА, 14-17 марта 1994 г.

2. На Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации». Москва, МГТУ ГА, 28-29 мая 1996 г.

3. На семинарах кафедры аэродинамики, конструкции и прочности Л Л МГТУ ГА, 1996-97 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ: из них 6 статей и 3 доклада на научно-технических конференциях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, перечня сокращений и четырех приложений. Работа изложена на 176 листах машинописного текста, содержит 31 таблицу и 24 рисунка. Библиография — 46 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности создания методики оценки технического уровня самолетов АОН с учетом особенностей их эксплуатации, а также изложены основные положения этой методики, выносимые автором на защиту. Здесь же даются определения технического совершенства и технического уровня.

Поскольку масса является материальной формой свойств изделия, то улучшение этих свойств, т.е. повышение качества, ведет, как правило, к интенсивному увеличению массы изделия. Бороться с этим явлением можно только с помощью широкого использования результатов научно-технического прогресса — стремления к удовлетворению повышенных требований без увеличения массы материалов или сокращения массы материалов для создания изделий с заданными требованиями. Отсюда вытекает определение технического совершенства изделия как основной составляющей качества, которая создается только за счет использования достижений прогресса науки и техники, т.е. без увеличения массы, и которая прояв-

лясгся в характеристиках функционирования. При этом удобно пользоваться понятием технического уровня — относительной характеристики качества, основанной на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство изделия с соответствующими базовыми значениями.

В главе 1 дается обзор и анализ методов определения технического уровня самолетов, описанных в литературе. Особое внимание уделяется проблеме составления обобщенного показателя технического уровня, который должен как можно полнее отражать существенные свойства ЛА. Этот показатель должен иметь физический смысл и однозначное толкование, иначе оценка технического уровня не будет достаточно убедительной. Кроме того, сбор исходных данных для расчетов и сами расчеты должны быть просты и нетрудоемки.

Из всех методов оценки технического уровня самолетов, рассмотренных в данной главе, своей полнотой и объективностью выделяется интегральный метод расчета технического уровня самолетов гражданской авиации. За обобщенный показатель технического совершенства рассматриваемого самолета в данном методе принято математическое ожидание приведенной относительной производительности самолета:

где т^ам — относительная масса максимальной коммерческой нагрузки рассматриваемого самолета, приведенного к базовому — показатель конструктивного совершенства;

V — крейсерская скорость рассматриваемого самолета — показатель скоростного совершенства;

Р — вероятность достижения исходного значения приведенной относительной производительности рассматриваемого самолета — показатель эксплуатационного совершенства.

Поскольку технический уровень должен представлять собой соотношение показателя технического совершенства рассматриваемого самолета с показателем базового образца, он будет равен:

где г|£ — обобщенный показатель технического совершенства базового самолета.

т| = т,„м V-Р,

(1)

(2)

В развернутом виде формула (2) выглядит следующим образом:

т,ы V_ £ m,»„.s Vc Pf

Введем обозначения:

Km = --показатель уровня конструктивного совершенства; (4)

Мком.Б

V

К\, = — показатель уровня скоростного совершенства; (5)

Р

Кп = ---показатель уровня эксплуатационного совершенства. (6)

"к

Тогда:

Кту = ' ' Кр • О)

Вычисление показателя уровня конструктивною совершенства А'„ базируется на использовании метода градиентов:

А" _ 1 | £ ~ ^ -I ~ _ ~ + m«- ' m'°> h (8)

где mr ь — относительная масса топлива базового самолета;

m,iv i, — относительная масса двигательной установки базового самолета; L, Le — дальности полета сравниваемых самолетов;

Цц. Мол — относительные мощности двигательных установок сравниваемых

самолетов (ц0 = —);

т„

"in. таг. — взлетные массы сравниваемых самолетов;

/?!„„„, тюмБ — максимальные коммерческие нагрузки сравниваемых самолетов.

Показатель эксплуатационного совершенства Р по своему смыслу является вероятностью, которая, в свою очередь, равна произведению вероятностей:

Р = Рг-Р„-Рвп, (9)

гле Р, - 1 — вероятность нахождения самолета в состоянии готовности

' ГФ

к выполнению полетного задания; Т

Р„ = ~—"у,--вероятность нахождения самолета в состоянии выполне-

' II + ' пи

ния полетного задания;

Р[П = ехр] - ~~| — вероятность завершения полета без летных происше-V 'лп'

ствий;

Т— продолжительность полета; Тн — годовой налет;

Т„„ — простои в исправном состоянии по различным причинам; Т

Тлп = —"--налет на летпое происшествие;

плп

плп — количество летных происшествий за год.

Вероятности Рги /^характеризуют надежность и эксплуатационную технологичность самолета, а вероятность РБП — его безопасность и живучесть.

Учитывая вышеизложенное, можно записать формулу (7) в развернутом ви-

де:

, Шгб Ь-ЬБ тду.в Цр -Под ГПу-Щв . тком ~ ткам Ь

I ---- -+- -----т

(10)

Данная формула позволяет достаточно просто и объективно определить технический уровень магистральных самолетов гражданской авиации. Однако она не учитывает особенностей эксплуатации самолетов АОН. В связи с этим необходимо развить существующий метод оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации с целью учета особенностей эксплуатации самолетов АОН. Этому и посвящена настоящая работа.

В главе 2 дается описание особенностей эксплуатации легких самолетов АОН и связанных с ними особенностей определения их технического уровня. К особенностям эксплуатации самолетов АОН можно отнести: 1. Полеты самолетов АОН легкого класса на низких высотах в условиях атмосферной турбулентности высокой интенсивности.

Самолеты данного вида авиации в силу своей специфики часто выполняют полеты на малых высотах (до 1000 м). Это связано с обеспечением таких функций, как патрулирование автотрасс, контроль состояния лесных массивов, сельхозугодий, трубопроводов и др. Кроме того, совершение деловых поездок и перевозок по типу аэротакси на высотах ниже нижнего эшелона полетов магистральных самолетов и самолетов местных воздушных линий существенно упрощает управление

воздушным движением, что способствует повышению оперативности выполнения полетов. Однако выполнение полетов на малых высотах сопряжено с угрозой попадания в зону атмосферной турбулентности высокой интенсивности. При этом человек, находящийся на борту самолета, будет испытывать виброускорения, в том числе и низкочастотные (до 1 Гц). Это может вызвать неприятную физиологическую реакцию организма — болезнь движения.

Величина виброускорений, действующих на человека, зависит как от характеристик атмосферной турбулентности, так и от характеристик самолета и режимов полета. В связи с этим при крейсерском полете на различных типах самолетов одна и та же атмосферная турбулентность вызовет разные по величине виброускорения. Следовательно, различные типы самолетов отличаются друг от друга приспособленностью к полетам в турбулентной атмосфере, что является характеристикой комфортабельности, по которой должно проводиться их сравнение.

Другие же факторы, влияющие на состояние комфорта, например, такие как шум, высокочастотная вибрация от работы двигательных установок, шаг кресел, их размеры и размещение и т.д., как правило нормируются, и поэтому сравнивать самолеты по этим параметрам нет необходимости.

Четких же норм по укачиванию до сих пор не существует. Однако имеющаяся информация по этой проблеме дает возможность определить относительную комфортабельность рассматриваемого самолета (относительно базового) при расчете коэффициента его технического уровня.

2. Необходимость эксплуатации самолетов АОН с коротких взлетно-посадочных полос (ВПП). Это связано с тем, что постройка ВПП и поддержание ее в пригодном для эксплуатации состоянии ложится тяжелым бременем на частного владельца. К тому же постройка и эксплуатация ВПП в труднодоступных местах, где самолеты АОН должны найти наилучшее применение, требует больших капитальных вложений, величина которых прямопропоршюнальна длине ВПП. В связи с этим возникает необходимость в учете взлетно-посадочного совершенства при расчете технического уровня самолетов АОН.

3. Самолеты АОН могут находиться в коммерческой и некоммерческой эксплуатации, что влияет на подход к определению показателя уровня эксплуатационного совершенства. Эти самолеты могут использоваться:

I) в качестве средства труда для непосредственного получения дохода;

2) как транспортное средство для собственных нужд владельца (туризм, деловые поездки).

В первом случае важно получить как можно больший денежный доход от эксплуатации самолета. В связи с этим большую роль играет налет самолета за календарный срок: чем он больше, тем больше будет и доход. Во втором случае такого жесткого правила нет, так как польза от эксплуатации самолета для собственных нужд его владельца чаще всего не зависит от интенсивности эксплуатации. Эта особенность также должна найти отражение в методике определения технического уровня самолетов АОН.

В начале данной главы рассматривается особенность эксплуатации, связанная с полетами самолетов АОН в условиях атмосферной турбулентности. Здесь дается описание атмосферной турбулентности: причин ее возникновения, физического и аналитического представления о ней.

Турбулентность должна быть описана таким образом, чтобы можно было определить нагрузки, действующие на самолет.

Поскольку энергия турбулентности имеет различные компоненты на различных частотах, для аналитического описания турбулентности осуществляется спектральное разложение энергии по частотам. Необходимо отметить, что изменение турбулентной скорости в одной точке по времени является стационарным случайным процессом.

В качестве функции, описывающей распределение энергии по частотам, используется спектральная плотность Бф, где/— частота в Гц. Поскольку основные нагрузки, вызываемые турбулентностью связаны с энергией вертикального компонента турбулентной скорости и>, то наибольший интерес представляет энергия в направлении вертикальной оси, перпендикулярной направлению полета. Полная удвоенная энергия турбулентности в этом направлении определяется суммированием по всему диапазону частот:

(11)

о

где о„! — дисперсия вертикального компонента турбулентной скорости и>;

З.ф — спектральная плотность вертикального компонента турбулентной скорости и».

Для функции .?,(/) имеется несколько эмпирических выражений, наиболее точным из которых является следующее:

= -(¡2)

где Ь„ — масштаб турбулентности;

V— скорость полета самолета;

, ык.

V '

/ — частота.

Для описания атмосферной турбулентности по формуле (12) необходимо знать дисперсию а,,2 и масштаб Ь„ которые определяются с помощью модели турбулентности атмосферы (ОСТ 1 02514-84). Так как масштаб турбулентности однозначно зависит от высоты, то задача полного представления турбулентности сводится к проблеме определения вероятностного распределения среднеквадратиче-ской величины вертикального компонента турбулентной скорости /(п.). Для этого используется следующая формула:

где Р, — вероятность полета в зоне умеренной турбулентности;

— вероятность полета в зоне интенсивном турбулентности;

b¡ — коэффициент, характеризующий умеренную турбулентность;

Ь2 — коэффициент, характеризующий интенсивную турбулентность.

Если обозначить вероятность полета в спокойной атмосфере — Р„, то:

Я0+Л+Л=1. (И)

Для описания атмосферной турбулентности по формуле (13) необходимо выбрать конкретное значение а». Наилучшей оценкой среднеквадратических значении вертикального компонента турбулентной скорости с. для любого единичного полета является средняя величина этих значений, или ее аналог — математическое ожидание Л/[ст„], которое вычисляется по формуле:

= (15)

О

После подстановки выражения (13) в (15) и интегрирования получим:

Для перехода от атмосферной турбулентности к виброускорениям, действующим на самолет, используется следующее выражение:

где V— скорость полета самолета;

Ь — средняя геометрическая хорда крыла;

, я/6

к = --число Струхаля;

/— частота; т0

ц = ——--относительная плотность самолета;

£ лр öb

т„ — вхлетиая масса самолета;

р — плотность воздуха;

S — площадь крыла самолета.

На рис.1 показаны графики спектральных плотностей виброускорений для самолета с приведенными ниже характеристиками при полете с различными скоростями на высоте 300 м:

Взлетная масса т0, кг......................................................................500

Средняя геометрическая хорда крыла Ь, м..................................... 1

Площадь крыла S, м2.......................................................................7

Анализ этих графиков говорит о том, что сравнительно большая часть энергии виброускорений приходится на диапазон частот ниже 1 Гц, где велика чувствительность организма человека к данному виду внешних воздействий. Это может привести к появлению симптомов болезни движения, что подтверждается практикой полетов в турбулентной атмосфере.

■SJf) = \TJftfs,(f).

(17)

где Заф — спектральная плотность виброускорений;

\Т„(/)Л — передаточный коэффициент от порыва к реакции самолета. Для вычисления передаточного коэффициента используется формула:

(18)

Международной организацией по стандартизации разработан стандарт по оценке воздействия общей вибрации на тело человека (ИСО 2631-85). Предельные значения вибрационного воздействия на человека указаны в стандарте в соответствии с тремя основными уровнями требований к условиям работы:

1) предел продолжительности воздействия с точки зрения обеспечения безопасности или здоровья;

2) предел для снижения производительности труда вследствие утомления;

3) предел для снижения комфорта.

В разделе стандарта, описывающем вибрацию в диапазоне частот от I до 80 Гц, все уровни требований определены количественно. В том разделе стандарта, который описывает вибрацию в диапазоне частот от 0,1 до 0,63 Гц (где наблюдается укачивание) указан только допустиштй предел для значительного нарушения комфорта, соответствующий первому уровню требований, т.е. пределу воздействия с точки зрения обеспечения безопасности или здоровья. Этот предел описан зависимостью допустимых среднеквадратических значений виброускорений в третьоктавных полосах частот п„ ет от экспозиции Т. Для интерполяции допустимых значений виброускорений в зависимости от экспозиции стандарт предлагает использовать правило постоянства величины произведения допустимой дисперсии виброускорений и времени экспозиции:

ааг^-Т = сопИ, (19)

Для пределов "снижения производительности труда" (второй уровень требований) и "снижения комфорта" (третий уровень требований) ввиду отсугствия нужной информации и ввиду разнообразия проявлений многочисленных симптомов дискомфорта в настоящее время нет возможности установить какие-либо допустимые значения виброускорений.

Таким образом, определить абсолютную комфортабельность самолета в части воздействия на человека низкочастотных виброускорений в пол нон мере в настоящее время невозможно. Однако имеющаяся информация позволяет производить оценку комфортабельности рассматриваемого самолета относительно базового. Эта относительная оценка дает возможность учесть комфортабельность самолета при расчете его технического уровня.

50,м2/с3

Рис.1. Спектральные плотности виброускорешш для различных скоростей полета на высоте 300 м.

Предлагаемый метод учета комфортабельности самолета ЛОН основан на правиле постоянства величины произведения дисперсии виброускорений о„2 и времен» экспозиции Т (см. формулу (19)), которое позволяет утверждать то, что если какие-либо самолеты имеют одинаковую величину произведения а„г Т, то и комфортность полета на них будет одинакова. Для корректности расчетов величин действующих виброускорений сравниваемых самолетов необходимо, чтобы атмосферная турбулентность была для них одинаковой. В соответствии с приведенным выше описанием атмосферной турбулентности ее характеристики зависят от единственного параметра — высоты полета. Следовательно, необходимо расчет дисперсии виброускорений а/ производить для одной обшей высоты полета. Вычислив дисперсию действующих виброускорений базового самолета ао£2 и определив время экспозиции, которое равно продолжительности его полета Тп , мы сможем получить базовую величину произведения а„£2 ТБ. Определив величины действующих виброускорений рассматриваемых самолетов са2 , мы получим возможность рассчитать такие времена экспозиции Т, чтобы комфортность полета на рассматриваемых самолетах и на базовом были одинаковыми:

°2.б-Т£ = о1-Г, (20)

откуда:

„г т

г = Ъ*1и. (21) •

аа

По полученному допустимому времени экспозиции (продолжительности полета), зная крейсерскую скорость полета, вычислим приведенную дальность полета:

Г=КГ. (22)

Полученную приведенную дальность V используем при расчете показателя

уровня конструктивного совершенства по формуле (8):

К' = 1 + тт п ^ ~ + тдУ С ~ - т" ~т°Б + т~ т"ш п (?3)

т„,ь- 1Б ШисмВ Ц0£ тъБ

Далее описывается метод оценки взлетно-посадочного совершенства.

Поскольку имеющийся в нашем распоряжении метод расчета обобщенного показателя технического уровня магистральных самолетов ГА не учитывает взлетно-посадочное совершенство, предлагается ввести дополнительное слагаемое в формулу (8), отражающее связь между потребной длиной ВПП !впп и массой кон-

дтк.в Ывпп ■ — струкции самолета —-----— (где шк.б — относительная масса конструкции

ВПП £ Мком.Б

базового самолета, Ывпп— приращение потребной длины ВПП).

Известно множество средств для сокращения потребной длины ВПП (использование форсажных режимов двигателей на взлете, реверса тяги на пробеге, механизации крыла, увеличение площади крыла, применение тормозных колес и др.). Использование этих средств приводит, как правило, к увеличению массы конструкции самолета и соответственно — к уменьшению весовой отдачи. Но увеличение технического уровня будет происходить только в том случае, если повышение взлетно-посадочного совершенства не будет уничтожено понижением весового. Введение дополнительного слагаемого позволяет учесть этот аспект.

Для составления этого слащемого из всех средств сокращения потребной длины ВПП необходимо выбрать наиболее распространенное и связать математически его использование с изменением массы конструкции самолета. В качестве такого средства предлагается использовать увеличение площади крыла 5", что очень часто применяется на легких самолетах АОН.

При прочих равных условиях увеличение площади крыла вызовет увеличение относительной массы конструкции крыла тхр, а значит — и уменьшение относительной массы коммерческой нагрузки тком. Следовательно, рост технического уровня за счет повышения взлетно-посадочного совершенства данным способом будет уничтожен за счет понижения весового, и технический уровень не изменится. Другие же технические решения, в иной степени влияющие на массу конструкции крыла и потребную длину ВПП, будут либо уменьшать, либо увеличивать технический уровень самолета.

Анализ формул для расчета наземных и воздушных участков взлета н посадки показывает, что площадь крыла 5 обратнопропорциональна длинам этих участков. Поэтому можно записать:

'лиг = |. (24)

где <7 — коэффициент пропорциональности, не зависящий от площади крыла.

Теперь необходимо найти зависимость массы конструкции крыла от его площади. Существует множество формул, отражающих такую зависимость. Еще на заре авиации появились формулы, основанные на законе «квадрата-куба», для которых характерна прямопропорциональная зависимость между относительной

массой конструкции крыла и квадратным корнем из его площади -75 • Такую же зависимость использовал А.А.Бадягин. Предлагается воспользоваться этим и записать обобщенную формулу:

т,„ = , (25)

где к — коэффициент, не зависящий от площади крыла.

Выразим из уравнения (24) площадь крыла 5и подставим ее в формулу (25):

т., = к --. (26)

V 'впп

Найдем частную производную:

= Ä (27)

O'Bim 'впп 'впп

Теперь можно записать дополнительное слагаемое, отражающее взлетно-

посадочное совершенство:

(Sm.p | Мвпп _ ткрЕ 0.5А 1ЮП {'УВПП-) g '"«»» £ ™ко,Б Innrr.n В результате формула для расчета показателя уровня конструктивного совершенства с учетом комфортабельности и ВПХ примет вид:

,,. . тт б I' - Lr, гплу б Uo ~ ^ns rn-рь 0¿(lвпп ~ Iвпп /;)

Л ~ ] + " ■ —-— + ------— ---------------------

т.омв LB m„H.B р0£ «™î ¡впп.б W , »U. - т„„ Б

(29)

- +

Таким способом может быть учтено взлетно-посадочное совершенство самолетов АОН.

Далее описывается метод учета видов эксплуатации самолетов АОН.

При расчете технического уровня самолета АОН необходимо учитывать тот факт, что ЛА данного вида ГА могут находиться как в коммерческой, так и в некоммерческой эксплуатации.

В случае коммерческой эксплуатации важно получить как можно больший денежный доход. В связи с этим большую роль играет налет самолета за календарный срок Тн\ чем он больше, тем больше будет и доход. Таким образом, от самолета, находящегося в коммерческой эксплуатации требуется, чтобы он как можно большее время находился в состоянии выполнения полетного задания, а не простаивал на земле. В случае некоммерческой эксплуатации такого жесткого правила нет, так как польза от самолета, используемого для собственных нужд его владельца, чаше всего не зависит от интенсивности эксплуатации. Личный, служебный

или специальный авиационный транспорт предназначен, как правило, для поездок, необходимость в которых возникает от случая к случаю. Поэтому нет смысла ставить перед ним целью увеличение налета за календарный срок Т„. От него требуется лишь то, чтобы он был в состоянии готовности к выполнению полетного задания. В связи с этим из формулы (9) необходимо удалить условие нахождения самолета в состоянии выполнения полетного задания, т.е. вероятность Ри:

Р' = РгРвп, (30)

4 ' ли '

Показатель уровня эксплуатационного совершенства для самолетов ЛОН с учетом того, что годовой фонд времени Тгф для всех самолетов одинаков, должен вычисляться по формуле:

{Тв +Тш)ех[\-

(ТЙБ + ТПИБ)ех

^ ' ЛП.В'

Тш/ (32)

ЛП.В'

В том случае, если данная особенность эксплуатации самолетов АОН не будет учтена, и расчет показателя эксплуатационного совершенства будет вестись по формуле (9), как для магистральных самолетов, то ЛА коммерческого вида эксплуатации получат неоправданное преимущество перед ЛА некоммерческого вида эксплуатации, т.к. налет у первых может быть больше, чем у вторых не за счет более высокого технического совершенства, а всего лишь благодаря более интенсивной эксплуатации.

В главе 3 излагается методика расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН. Для расчета этого показателя используется следующая формула:

К-ру = Кт • Ку • Кр , (33)

где:

К„,' — показатель уровня конструктивного совершенства с учетом комфортабельности и ВПХ;

Ку — показатель уровня скоростного совершенства;

КР' — показатель уровня эксплуатационного совершенства с учетом вида эксплуатации самолета.

Перед началом расчетов рассматриваемые самолеты рекомендуется разбить на группы, состоящие из самолетов с близкими по величине весовыми характеристиками, которые в большой степенн определяют остальные ЛТХ, и уже внутри этих групп проводить сравнение самолетов по техническому совершенству.

Это связано с тем, что проблема'оценки встает, как правило, тогда, когда размерность самолета уже определена, исходя из того круга задач, которые ему предстоит решать, и необходимо выбрать из имеющихся наиболее технически совершенный самолет.

Параметрами, по которым производится разбиение на группы могут служить: количество перевозимых пассажиров, масса коммерческой нагрузки, взлетная масса и др.

В качестве базового самолета необходимо выбрать некий эталон, созданный с применением типовых компоновочных и конструктивно-технологических решений, выбранных в результате анализа статистического материала и отражающих современный опыт проектирования и уровень технологии авиастроения. Поэтому предлагается в качестве базовых характеристик брать средние значения характеристик рассматриваемых самолетов.

Для наглядности алгоритм определения обобщенного показателя технического уровня налагается на численном примере, в котором рассматриваются гипотетические самолеты с произвольно выбранными характеристиками, близкими к 2-, 3-местным самолетам АОН.

Как указывалось выше в гл.2 для учета комфортабельности самолета в части воздействия виброускорений на человека при определении технического уровня необходимо вычислить приведенную дальность полета V. Для корректности расчетов необходимо, чтобы они проводились для одной высоты полета, в качестве • которой необходимо выбрать одну из высот ниже нижнего эшелона, поскольку этот диапазон высот является нишей для выполнения полетов самолетов АОН легкого класса. Согласно Наставлению по производству полетов при полетах ниже нижнего эшелона вертикальное расстояние между нижним эшелоном и высотой полета должно быть не менее 300 м. Так как нижний эшелон имеет высоту 900 м, то максимальной высотой полета ниже нижнего эшелона будет высота 600 м. Предлагается средней высотой полета считать высоту 300 м, взяв ее в качестве расчетной.

Для расчетной высоты полета по следующей формуле определяется дисперсия а„г (см. формулу (16)):

Затем по формуле (12) на диапазоне частот от 0,1 до 0,63 Гц рассчитывается спектральная плотность вертикального компонента турбулентной скорости 51., а по формуле (18) — передаточный коэффициент от порыва к реакции самолета \Т/\. Далее по формуле (17) определяется спектральная плотность виброускорений 5„. Дисперсия виброускорений на заданном диапазоне частот рассчитывается по формуле:

/=0.1

ЬБ

Теперь, зная продолжительность полета базового самолета ТБ = ——, можно

V ь

рассчитать приведенные продолжительности Т и приведенные дальности С крейсерского полета рассматриваемых самолетов (см. формулы (21) и (22)). Полученная приведенная дальность полета V используется далее в расчетах приведенных показателей уровней конструктивного совершенства рассматриваемых самолетов К„' по формуле (29), учитывающей также взлетно-посадочное совершенство.

Расчет показателя уровня скоростного совершенства Ку производится по простой формуле (5).

Показатель уровня эксплуатационного совершенства самолетов АОН К,' рассчитывается с учетом того, что они могут находиться как в коммерческой, так и в некоммерческой эксплуатации.

Показатель эксплуатационного совершенства вычислим по формуле (31), а показатель уровня эксплуатационного совершенства по формуле (32).

Результаты расчетов показателей Кт\ Ку и Кг' подставим в формулу (33) и получим обобщенные показатели технических уровней рассматриваемых самолетов К,у.

Для выявления приоритетных направлений повышения технического совершенства самолетов АОН важно знать, какие из характеристик самолета в наибольшей степени влияют на его технический уровень. Это можно сделать, проанализировав формулы для расчета показателей технического уровня. Однако для наглядности были построены зависимости обобщенного показателя технического

уровня К-¡у' от каждом нз летно-технических характеристик, участвующих в расчетах. Анализ указанных зависимостей показывает, что как и предполагалось при создании методики определения технического уровня, с ростом взлетной массы т„, потребной длины ВПП 1ШП, площади крыла .У и размаха крыла Iобобщенный показатель технического уровня Кгу' падает. С увеличением же максимальной коммерческой нагрузки т„„, мощности двигательной установки Л^, крейсерской скорости полета V, годового налета Т„, простоев в исправном состоянии Т„„ и налета на летное происшествия Тш технический уровень растет. Изменение дальности полета при максимальной коммерческой нагрузке Ь не влияет на обобщенный показатель технического уровня. Это объясняется тем, что изменение реальной дальности полета при прочих равных условиях приводит к изменению продолжительности воздействия виброускорений, а значит и к изменению комфортности полета. При учете комфортности полета происходит приведение рассматриваемых самолетов к одинаковой комфортности путем изменения дальности полета. Если рассматриваемые самолеты отличаются от базового только дальностью, то их приведенные дальности и техническое совершенство в целом будут равны базовым. Построенные зависимости дают также возможность оценить чувствительность обобщенного показателя технического уровня к изменению той или иной характеристики самолета.

В главе 4 по описанной выше методике дается оценка технических уровней созданных и находящихся в разработке легких самолетов АОН, имеющих взлетную массу до 2500 кг.

Рассматриваемые самолеты разбиты на три группы. В первую группу входят 2-, 3-местные самолеты, во вторую — 4-, 5-местные, в третью — 6-, 7-местные.

Несмотря на то, что перечень исходных данных для расчета весьма ограничен, при их сборе возникла серьезная проблема, связанная с тем, что в материалах периодической печати, каталогах, справочниках и рекламных буклетах номенклатура приводимых ЛТХ изменяется от самолета к самолету. Так для одного самолета дается дальность полета при максимальной коммерческой нагрузке, а для другого — только максимальная дальность, для одного самолета дается крейсерская скорость полета, а для другого — максимальная, для одного — длина разбега, а для другого — потребная длина ВПП. При этом для отдельных самолетов некоторые необходимые для расчетов характеристики вообще не приводятся. В таких условиях провести корректную оценку технического уровня невозможно.

Однако для того, чтобы хотя бы в первом приближении оценить технические уровни реальных самолетов АОН и продемонстрировать работу предлагаемой методики, поставим на место неизвестных характеристик рассматриваемых самолетов среднестатистические характеристики, т.е. характеристики базового самолета. Таким образом, было принято предположение, что по этим характеристикам рассматриваемый и базовый самолеты не различаются. Это снижает достоверность полученных результатов, но позволяет устранить имеющуюся неопределенность. В таблицах исходных данных такие характеристики выделены с помощью подчеркивания. Кроме того, вместо потребной длины ВПП !Впп используется длина разбега /,, т.к. в приводимых в печати ЛТХ самолетов гораздо чаще указывается именно эта характеристика.

В связи с полным отсутствием информации по показателям эксплуатационного совершенства было принято, что для всех самолетов эти показатели одинаковы. Это значит, что показатели уровней эксплуатационного совершенства равны 1. Поэтому соответствующие графы из таблиц исходных данных и расчетных таблиц удалены за ненадобностью.

Для демонстрации влияния учета особенностей определения технического уровня легких самолетов АОН на величину обобщенных показателей проведены расчеты как с учетом указанных особенностей, так и без такого учета, т.е. по формуле (10).

Ниже в качестве примера приведем оценку технического уровня 2-, 3-местных самолетов АОН. В таблице 1 приведены ЛТХ оцениваемых самолетов, которые являются исходными данными для расчетов, а также обобщенные показатели технических уровней Кту и А'ту*. Для наглядности построены диаграммы (см. рис.2).

Полученные результаты дают возможность потенциальному покупателю АТ сориентироваться в многообразии типов ЛА и выбрать наиболее технически совершенный самолет. При желании он сможет сопоставить технические уровни и цены на рассматриваемые самолеты и произвести выбор по критерию «технический уровень — цена». Такая информация крайне важна в условиях неопределенности расходов на эксплуатацию и трудностей с прогнозированием доходов от коммерческой деятельности. Производитель же АТ сможет оценить конкурентоспособность будущего самолета, что имеет большое значение при формировании технической и экономической политики предприятия.

Таблица 1

ЛТХ » технические уровни 2-, 3-местных самолетов АОН

.V» 11/П Наименование самолет* Разработчик, и «"олжитль £ 2 с а 3 5 э а 2 'X а о | 5 а 2 г с. 6 £ 1 £ 2 = Е 5 5 о а 3 с. я - 3 "X I 6- 'Л 3 л 1 с. Ч А Н 3 Ь 1 Я О £ Е \ 5 § ч г «2 * л о. X я а X = I 1 1 - = * 3 ^ - ч 4 X 1 О. 5 Г» 3 с. * 3 3 * а. •л г я С 11 с. 3 й ? | III 1. г = * я 5 «5 * г -С н >•, Ц - » 1 г г 1 м1 *51 = • г? о ^ <

то, КГ .. кг . Л'о. л.с. к,,, к.м'ч Ь, км !,, м м1 1.» Кт> К ГУ*

Б Бгиоаый 667 157 115 158 395 136 12.57 10.07 1 00 1.00

1 "Авиатика-910" Концерн "Авиагнка", г Москьа 1 1 620 ш 100 1 х Яо1ах-9Ы 158 395 115 11.20 10.73 1.04 1.08

2 И-1Л АСГЦнтеравка" 1 1 820 >80 ыо 1 х Ьусоти^ 0320Е2А 140 395 450 12.00 10.00 ■ 0.81 0.32

"АС-2" АО" Аьиаком стеке", г Ж\ъовскнй 1 1 425 ш 64 1 х Р.о1ач-5&2 \58 . 140 50 12.20 9.60 0 85 \ 36

4 А-211 НПП"Ааьфа_М", г.Ж\ъовскиЙ 1 2 750 157 140 2 х М-332А 140 395 136 13.00 10.00 0 82 0 90

5 "Днала" ОКБ"В<1аор", г Москва 1 1 600 100 128 2 ч К.о1а\-582 200 500 200 7.00 7.00 1.34 1 II

б СЛ-39 ВМ-1 ЛуХОвНЦКИЙ машнностр завод 1 1 780 150 140 2Х.МЗЭ-2 Ва |ктер-Ммиор 150 395 250 12 57 10 00 0.77 0.61

7 Чс-22 ЛО'Реданг.Самара 1 г 600 157 74 2 \ Яо'ачоОЗ 150 430 50 15.70 11 50 0.94 0 99

£ г С ы £ О ><е ОС 3. >. я "

Торизонт-3" 13 л ¡р * ¡с •3 о X 2 •о ■в* О X а о X з м 0 •3 1 О га X ь » 5 = 1 я о 3 1 с

1 ё * 1 3 и $ 2 ? и 8 ? да х Е I .И 1 ? Щ * N 1 -3 8 В ££ а. ё 1 Г- О £ ш л ч г 2 '5 Щ л 8 £ Разработчик, изготовитель

- - - - - - - - Кол-во членов жнпажа

- - к. - - - - - Ко;«-по пассажиром

о О о 5 О О с* о о § ? я Вглетняя масса при «ыкс, КОММ. «|а| р) «КС

о о 15 о Б 1 15 15 12 3 | 4 Максимальная коммерческая нагрузка

о о 00 г о о о у' Мощное гь ДУ па с гарте

X ? > "-л X й 71 73 Я ц 1 Количество двигателей х гип двигателя

о о 1 ч© о 15 о ■в" Я С л Крейсерская скорость полета

о о Ё о о Б о о В к в г-я Даль нос | ь пилма при макс. комм. на1ру}ке

о о о о о о о $ с %лниа разбега

о 15 Б о о^ о § о с* 1лощадь крыла

10.50 о о о 8 о о о 8 о 8 о ?азмах крыла

5 о О о о о О Зч о о »4 Коэффициент технического уровня без учета особенностей АОН

в о 5 о Сл о = 5 ¡5 >• 3 Коэффициент технического уроиия с »•четом особенное! ей АОН

=3

тз о

о Я

с

рг

Рис.2. Технические уровни 2-, 3-местных самолетов АОН

Учет особенностей АОН существенно влияет на величины обобщенных показателей технических уровней самолетов. Сопоставление расчетов технических уровней с учетом и без учета особенностей АОН говорит о том, что такой учет необходим.

В заключении приведены основные результаты и выводы.

1. Выявлены основные особенности эксплуатации легких самолетов АОН, влияющие на подход к определению их технического уровня.

2. В соответствии с выявленными особенностями эксплуатации легких самолетов АОН построены показатели технического уровня, отражающие использование достижений научно-технического прогресса.

3. Разработан метод учета комфортности полета в турбулентной атмосфере.

4. Разработан метод учета взлетно-посадочного совершенства самолета.

5. Разработан метод учета вида эксплуатации самолета АОН.

6. Разработана методика расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН с учетом основных особенностей их эксплуатации.

7. Продемонстрирована работа методики при расчете технического уровня легких самолетов АОН российского производства.

8. На численном примере показана необходимость учета особенностей эксплуатации самолетов АОН при расчете обобщенного показателя технического уровня, что вытекает из рассмотрения результатов расчета с учетом и без учета указанных особенностей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Ефимов В.В., Протопопов В.И. Особенности оценки относительного эффекта функционирования и технического совершенства самолетов авиации общего назначения. — Решение прикладных задач летной эксплуатации ВС методами математического моделирования: Сборник научных трудов. — М.: МГТУГА, 1993.-С. 113- 120.

2. Протопопов В.И., Ефимов В.В. Техническое совершенство самолетов авиации общего назначения. — Наука и техника гражданской авиации на современном этапе: Тезисы докладов научно-технической конференции. — М.: МГТУ ГА, 1994.-С. 51 -52.

3. Ефимов В.В. Особенности вычисления вероятности комфортности полетов на самолетах авиации общего назначения. — Наука и техника гражданской

авиации на современном этапе: Тезисы докладов научно-технической конференции. - М.: МГТУ ГА, 1994. - С. 55.

4. Протопопов В.И., Ефимов В.В. Способ вычисления вероятности комфортности полетов самолетов авиации общего назначения как составляющей их технического совершенства. — Прочность и динамика полета воздушных судов ГА: Сборник научных трудов. — М.: МГТУ ГА, 1994. — 112 е., ил.

5. Протопопов В.И., Ефимов В.В. Определение степени комфортности полета в турбулентной атмосфере. — Прочность и динамика полета воздушных судов ГА: Сборник научных трудов. — М.: МГТУ ГА, 1994. — 112 с., ил.

6. Протопопов В.И., Ефимов В.В., Антонеико C.B. Основные направления и проблемы создания теории оценки эффективности и технического уровня самолетов авиации общего назначения. — Прочность и динамика полета воздушных судов ГА: Сборник научных трудов. — М.: МГТУ ГА, 1994. — 112 е., ил.

7. Ефимов В.В. Учет комфортности полета при определении технического уровня самолетов авиации общего назначения. — Вопросы математического моделирования аэродинамики и динамики особых случаев полета воздушных судов: Сборник научных трудов. - М.: МГТУ ГА, 1995. — С. 28 — 31.

8. Ефимов В.В. Учет вг1етно-посадочных характеристик при оценке технического уровня самолетов авиации общего назначения. — Вопросы повышения уровня летной эксплуатации и безопасности полета воздушных судов: Сборник научных трудов. — М.: МГТУ ГА, 1996. — С. 62 — 66.

9. Ефимов В.В. Учет взлетно-посадочных характеристик самолетов гражданской авиации при определении их технического уровня. — Современные научно-технические проблемы ГА: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. — М.: МГТУ ГА, 1996. — С. 29 — 30.

Соискатель

Ефимов В.В.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи

ЕФИМОВ Вадим Викторович

УДК 656.7.001.76

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ЛЕГКИХ САМОЛЕТОВ

АВИАЦИИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.14 — Эксплуатация воздушного транспорта

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Протопопов Владимир Иннокентьевич,

доктор технических наук, профессор

Москва

1998

Содержание

Введение.........................................................................................................................4

1. Анализ проблемы определения технического уровня самолетов гражданской авиации.........................................................................................................................13

1.1 Вводные замечания.............................................................................................13

1.2 Основные составляющие технического совершенства самолета.....................14

1.3 Методы оценки технического уровня самолетов гражданской авиации.........21

1.4 Метод определения технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации...............................................................................................28

Выводы по главе 1........................................................................................................39

2. Особенности определения технического уровня самолетов АОН.........................41

2.1 Вводные замечания.............................................................................................41

2.2 Оценка комфортабельности самолета...............................................................43

2.3 Оценка взлетно-посадочного совершенства.....................................................89

2.4 Учет видов эксплуатации самолетов АОН.........................................................97

Выводы по главе 2........................................................................................................99

3. Методика расчета обобщенного показателя технического уровня самолетов АОН .....................................................................................................................................101

3.1 Вводные замечания...........................................................................................101

3.2 Алгоритм расчета обобщенного показателя технического уровня.................106

3.3 Анализ влияния изменения ЛТХ самолета на величину обобщенного показателя технического уровня............................................................................114

Выводы по главе 3......................................................................................................140

4. Оценка технических уровней реальных самолетов АОН легкого класса............142

4.1 Вводные замечания...........................................................................................142

4.2 Определение технических уровней 2-, 3-местных самолетов АОН..............144

4.3 Определение технических уровней 4-, 5-местных самолетов АОН...............149

4.4 Определение технических уровней 6-, 7-местных самолетов АОН...............154

Выводы по главе 4......................................................................................................159

Заключение.................................................................................................................160

Список использованных источников............................. ...........................................166

Перечень сокращений...............................................................................................172

Приложение 1............................................................................................................173

Приложение 2............................................................................................................174

Приложение 3.............................................................................................................175

Приложение 4.............................................................................................................176

Введение

Авиация общего назначения (АОН) составляет самую большую часть парка летательных аппаратов (ЛА) гражданской авиации мира. В соответствии с установившейся мировой практикой к АОН относятся самолеты и вертолеты, предназначенные для использования в качестве личного или служебного транспортного средства, выполнения патрульных, поисково-спасательных работ, перевозки почты и других небольших грузов, для использования в качестве воздушного такси, для туризма и других целей. Однако для Российской Федерации АОН является пока еще неосвоенным видом воздушного сообщения.

Между тем, развитие новых экономических отношений в России диктует необходимость создания разветвленной сети транспортных коммуникаций. Ее географическая специфика такова, что решение данной задачи невозможно без использования авиации. При этом очень актуальным является создание и развитие АОН, т.к. ЛА данного вида авиации не требуют строительства больших аэропортов с длинными взлетно-посадочными полосами (ВПП), что очень важно для труднодоступных регионов России. Кроме того, эти ЛА по своей цене и эксплуатационным расходам могут быть доступны частным владельцам.

При всей важности решения чисто практических задач создания АОН не менее важная проблема состоит в разработке теории, которая должна служить основой для принятия решений при создании и эксплуатации АОН.

При этом данная теория должна базироваться на взаимосвязи между эффективностью и техническим уровнем авиационной техники.

Повышение эффективности авиационной техники является важнейшим условием развития воздушного транспорта. Этим объясняется важность проблемы измерения эффективности. Вместе с тем она не является исчерпывающей характе-

ристикой технической системы, в частности, на стадии прогноза и заказа новой техники.

Для разработчика и производителя авиационной техники выбор рациональной и прогрессивной технической политики — исключительно важная задача, т.к. достижение победы в конкурентной борьбе на рынке сбыта требует их постоянных корректирующих действий, которые могут быть осуществлены только в результате проведения оценок перспективности того или иного технического решения. Причем рассчитать экономический эффект в этом случае не представляется возможным.

Покупателю и эксплуатанту процесс заказа новой авиационной техники также не следует связывать литттъ с экономической эффективностью. Это объясняется тем, что новые технические средства на первых порах чаще всего бывают экономически невыгодными из-за дорогой и трудоемкой доводки, неизбежность которой обусловлена самой новизной. Кроме того, даже при стабильной экономике нельзя уберечься от случайностей и неопределенностей. Они проявляются в поставках и расходах ресурсов, возможностях и результатах хозяйственной деятельности авиапредприятий, внешних условиях авиапроизводства и т.д. В условиях же нестабильной экономики переходного периода, переживаемого Россией, роль стохастической составляющей в экономике резко возрастает.

Отсюда вытекает потребность в проведении неэкономической оценки технических систем. Основным содержанием такой оценки является измерение уровня использования последних достижений научно-технического прогресса, т.е. уровня новизны технической системы, что отвечает смысловому содержанию показателя технического уровня.

Эффективность и технический уровень тесно связаны между собой и взаимно дополняют друг друга. Известно, что эффективность оценивают сопоставлением полезного эффекта с обусловливающими его затратами, или же соотношением качества технической системы , или ее потребительной стоимости, и стоимости результата работы этой системы [1], [2], [3]. Таким образом, эффективность прямопропорциональна качеству.

Отметим, что существует тесная связь между свойствами изделия и его массой, т.к. масса является материальной формой этих свойств. Поэтому обычно улучшение свойств изделия, т.е. повышение его качества, ведет к интенсивному увеличению его массы. Бороться с этим явлением можно только с помощью широкого использования результатов научно-технического прогресса — стремления к удовлетворению повышенных требований без увеличения массы материалов или сокращения массы материалов для создания изделий с заданными требованиями.

Сокращение массы изделий влечет за собой процессы сокращения масс полуфабрикатов, масс материалов, массы полезных ископаемых, а также сокращение потребных энергетических ресурсов на их производство и эксплуатацию. Такое направление развития позволяет успешно решать не только технико-экономические проблемы, но и проблемы экологические.

В связи с этим возникает необходимость оценки технического совершенства изделия — основной составляющей качества, которая создается только за счет использования достижений прогресса науки и техники, т.е. без увеличения массы, и которая проявляется в характеристиках функционирования. При этом удобно пользоваться понятием технического уровня — относительной характеристики качества, основанной на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство изделия с соответствующими базовыми значениями [4].

Из вышеизложенного следует, что качество, а значит и эффективность являются функциями технического уровня. Рост же качества изделия может происходить тремя путями:

1) за счет улучшения свойств без увеличения массы (за счет повышения технического уровня);

2) за счет улучшения свойств с увеличением массы изделия;

3) с помощью улучшения одних свойств за счет ухудшения других.

Повышение эффективности ЛА первым способом осуществляется за счет

улучшения таких его параметров, как удельный расход топлива, удельная масса двигателя, аэродинамическое качество, если оно повышено без увеличения массы конструкции и др. Такой подход требует вложения средств в научные исследования и отработку новых технических решений. Полученные результаты распространяются затем, по меньшей мере, на все ЛА одной серии, а иногда и на всю авиацию в целом. Это дает возможность через некоторое время окупить вложенные в науку средства.

Повышение эффективности вторым способом достигается простым увеличением размерности ЛА, т.е. увеличением массы перевозимой коммерческой нагрузки с одновременным ростом массы конструкции планера, что в целом приводит к повышению взлетной массы ЛА. Однако рост массы конструкции планера приведет к увеличению стоимости ЛА, в частности, из-за увеличения расходов на дополнительный материал, что может не окупиться, т.к. этот материал будет нужен для каждого экземпляра производимой техники. Таким образом, производитель недополучит определенную часть прибыли.

Эксплуатанту также невыгоден такой путь развития, т.к. он ведет, как правило, к увеличению длины и потребной прочности ВПП, увеличению размеров

производственных помещений для обслуживания и ремонта авиационной техники и т.д.

С общегосударственной точки зрения этот путь ведет к нерациональному расходованию природных ресурсов, ухудшению экологической обстановки.

Улучшение одних свойств за счет ухудшения других также не является наилучшим путем повышения эффективности ЛА. Само название этого пути говорит о том, что необходимо иметь свойства, которые надо ухудшать. Проиллюстрировать такой подход можно на следующем примере.

Пусть было принято решение модифицировать конструкцию планера ЛА для повышения его аэродинамического качества, что дало возможность увеличить скорость и дальность полета при той же массе расходуемого топлива. Однако такая модификация привела к утяжелению конструкции планера, а значит — к уменьшению массы коммерческой нагрузки при условии, что взлетная масса осталась прежней. В результате может оказаться, что прирост эффективности за счет улучшения летных характеристик больше, чем ее потери от уменьшения массы коммерческой нагрузки, которое связано с увеличением массы конструкции. Но такой путь недостаточно выгоден, т.к. он ведет к уменьшению массы коммерческой нагрузки.

Если рост аэродинамического качества осуществляется без увеличения массы конструкции и, соответственно, без уменьшения массы коммерческой нагрузки, то налицо повышение технического уровня.

Однако для того, чтобы судить о повышении или понижении технического уровня, сравнивать ЛА между собой в части технического совершенства, необходим метод количественной оценки технического уровня.

Для оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации такой метод был создан. Он позволяет производителю авиационной техники определить технический уровень проектируемого изделия относительно существующих на рынке. Это дает важнейшую информацию для оценки правильности выбранной технической политики, а также позволяет решать задачи по управлению процессами проектирования и производства как задачи устранения рассогласования между показателями технического уровня на различных этапах создания авиационной техники. Зная технические уровни и цены самолетов-конкурентов, можно оценить конкурентоспособность разрабатываемого самолета по критерию «технический уровень — цена» [5].

Эксплуатанту, который выступает в роли покупателя, этот метод позволяет увереннее ориентироваться на рынке авиационной техники. Он может сопоставить технические уровни предлагаемых самолетов с ценами на них. Это позволяет обоснованно подойти к выбору и заказу новой техники.

В данном методе для количественной оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации используется обобщенный показатель. Это вызвано тем, что оценка технического уровня должна производиться по многим параметрам, характеризующим функциональное, конструктивное, производственно-технологическое и эксплуатационное совершенство самолета. Обобщенный показатель, получающийся путем свертки показателей, характеризующих различные стороны технического совершенства, дает наглядную картину использования достижений науки и техники при создании данного самолета.

В связи с тем, что оценка технического уровня должна быть не только наглядной, но и убедительной, для расчета обобщенного показателя технического уровня был создан метод, в котором «весомость» отдельных параметров техниче-

ского совершенства определяется не экспертно, а с помощью функциональных зависимостей, отражающих существенные связи между этими параметрами. Это несколько сужает количество учитываемых факторов, но повышает достоверность учета главных из них. В связи с этим для расчета обобщенного показателя был создан интегральный метод оценки, основанный на методе градиентов, где за главный показатель технического совершенства была выбрана относительная производительность самолета [4].

Однако данный метод оценки технического уровня не учитывает некоторых особенностей эксплуатации самолетов АОН легкого класса [6]. К таким самолетам можно отнести ЛА со взлетной массой до 2500 кг и количеством пассажиров до 6 человек.

Самолеты такого класса, как правило, не имеют герметичной кабины и могут совершать полеты на высотах до 4000 м. Однако выполнение некоторых задач, присущих легким самолетам АОН, требует проведения полетов на более низких высотах. К тому же при выполнении полетов на высотах не выше нижнего эшелона возможно упрощение управления воздушным движением, а значит повышение оперативности использования данного вида транспорта. Следовательно, самолеты данного вида гражданской авиации будут эксплуатироваться, как правило, на предельно низких высотах. Однако на таких высотах велико воздействие атмосферной турбулентности, что является причиной «болтанки» со всеми вытекающими неприятными последствиями дом пассажиров и экипажа. В связи с этим при оценке технического уровня возникает необходимость учета приспособленности самолета к обеспечению комфортности полета в условиях атмосферной турбулентности.

Другой особенностью самолетов АОН является необходимость их эксплуатации с коротких ВПП. Эта необходимость вызвана тем, что ВПП — достаточно до-

рогостоящее сооружение и стоимость ее постройки и эксплуатации напрямую зависит от дайны. Поэтому проблема ее сокращения имеет большое значение, особенно для частных владельцев самолетов АОН. Кроме того, эта проблема актуальна и дая самолетов «большой» авиации. В связи с этим технический уровень самолетов должен зависеть от потребной длины ВПП.

Еще одна особенность самолетов АОН состоит в том, что один и тот же тип самолета может находиться в коммерческой или некоммерческой эксплуатации. В первом случае он используется как средство труда дая непосредственного получения дохода (например, аэротакси), а во втором — как транспортное средство дая собственных нужд частного владельца (туризм, деловые поездки и др.).

Первый вид эксплуатации нацелен на получение как можно большего денежного дохода. Здесь важную роль играет налет самолета за календарный срок: чем налет больше, тем больше будет и доход. В связи с этим эксплуатанты стремятся увеличить налет. Поэтому при оценке эксплуатационного совершенства в методе оценки технического уровня магистральных самолетов, которые находятся, в основном, в коммерческой эксплуатации, налет играет определяющую роль.

При втором виде эксплуатации налет не должен быть определяющим параметром. Здесь аналогия с личным автомобильным транспортом, где интенсивность эксплуатации не столь важна. Для такого вида тра