Создание модели самолёта Mark-1 на базе самолёта Ту-154

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ "Ангарский лицей №1" Создание модели самолёта Mark­1  на базе самолёта Ту­154 Автор: Чемезов Данил  Павлович курсант профильного 11  класса МЧС  МБОУ «СОШ № 39» Руководитель: Пушилина Елена Анатольевна, учитель физики МБОУ «СОШ № 39» г.Ангарск-2017 Создание модели самолёта Mark­1 на базе самолёта Ту­154Автор: Чемезов Данил  Павловичкурсант профильного 11  класса МЧС  МБОУ «СОШ № 39»Руководитель: Пушилина Елена Анатольевна,учитель физики МБОУ «СОШ № 39»г.Ангарск-2017

 Цель работы:  разработать  и построить компьютерную модель самолёта Mark­1(на основеТу­154) с заданными параметрами.  Задачи:  Изучить технические характеристики самолёта Ту­154.  Спроектировать модель самолёта Mark­1.  Рассчитать выгоду использования Mark­1 перед Ту­154. Цель работы: разработать  и построить компьютерную модель самолёта Mark­1(на основеТу­154)с заданными параметрами.Задачи:Изучить технические характеристики самолёта Ту­154.Спроектировать модель самолёта Mark­1.Рассчитать выгоду использования Mark­1 перед Ту­154.

Базовые концепции безопасности полетов  Технические факторы                                   Человеческие факторы                                                                                             Организационные факторы  1950 1960 1970 1980 1990 2000 Базовые концепции безопасности полетов Технические факторы                                  Человеческие факторы                                                                                           Организационные факторы

Анализ причин катастроф за последние 35 лет 01020304050607080 Ту 154 Boeing737 AirbusA321 Анализ причин катастроф за последние 35 лет

Гипотеза  Можно вывести Ту­154 на новую ступень развития, за счёт:  изменения конструкции крыла;  использование  для  построения  самолёта  новых  современных  материалов;  уменьшения численности лётного состава;  использование  современных  технических  автоматизированных  устройств управления. Гипотеза Можно вывести Ту­154 на новую ступень развития, за счёт:изменения конструкции крыла;использование для построения самолёта новых современных материалов;уменьшения численности лётного состава;использование современных технических автоматизированных устройств управления.

 Сегодня Современная авиация  человечество развивает самолётостроение, находит новые подходы к их конструированию, задаёт новые бы гарантировали надёжность и долговечность летательных машин. характеристики, технические которые Современная авиация Сегодня человечество развивает самолётостроение, находит новые подходы к их конструированию, задаёт новые технические характеристики, которые бы гарантировали надёжность и долговечность летательных машин.

Силы , действующие в полёте на самолёт Y­подъёмная сила  Y=Cy*S(p*V^2)/2 Q­лобовое сопротивление  G­вес самолета  P­сила тяги  P=P/U Силы , действующие в полёте на самолёт

Крыло самолёта  Крыло  является  важнейшей  частью  самолета  и  служит  для  создания  подъемной  силы.  Крыло  обеспечивает  поперечную,  а  на  самолетах  бесхвостовой схемы продольную устойчивость и управляемость самолета. К  крылу часто крепятся стойки шасси, могут крепиться двигатели. Внутренние  его объемы используют для размещения топлива. Под внешней формой крыла  подразумевают  его  вид  в  плане  и  спереди,  а  также  форму  его  поперечного  сечения  (профиль).  Для  современных  самолетов  характерно  применение  крыльев различных внешних форм. Внешние формы крыла оказывают влияние  не  только  на  аэродинамические,  весовые  и  прочностные  характеристики  крыла, но и на характеристики всего самолета в целом. Крыло самолёта Крыло является важнейшей частью самолета и служит для создания подъемной силы. Крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы продольную устойчивость и управляемость самолета. К крылу часто крепятся стойки шасси, могут крепиться двигатели. Внутренние его объемы используют для размещения топлива. Под внешней формой крыла подразумевают его вид в плане и спереди, а также форму его поперечного сечения (профиль). Для современных самолетов характерно применение крыльев различных внешних форм. Внешние формы крыла оказывают влияние не только на аэродинамические, весовые и прочностные характеристики крыла, но и на характеристики всего самолета в целом.

Лётно­технические характеристики современных  пассажирских самолетов  Самолетам гражданской авиации свойственны ( ГОСТ 17228-87) :  1)Габариты ( 10,53­84м)  2)Масса (8­640т)  3)Летные данные  Лётно­технические характеристики современных пассажирских самолетов Самолетам гражданской авиации свойственны ( ГОСТ 17228-87) :1)Габариты ( 10,53­84м)2)Масса (8­640т)3)Летные данные

МАССА  Максимальная взлётная ( 21­640т) Максимальная посадочная (13­570т) Пустого (10­570т) Коммерческая нагрузка (189кг­390т)                                                                                                                     ЛЕТНЫЕ ДАННЫЕ   Высота салона (1,5­    5м) Расход топлива (4300­300000кг/час) Ширина салона (3­11,2м) Запас топлива (7000­1500000т) Количество пассажиров Крейсерская скорость Максимальное  число М Максимальная скорость Дальность полёта с  максимальной коммерческой нагрузкой Длина разбега Длина пробега Высота полёта Потолок Экипаж Двигатели Диаметр фюзеляжа (1,9­30м) Высота (5­24м) Площадь крыла (50­845м^2)      ГАБАРИТЫ                                        Размах крыла(20­85,7м) Длина (23,53­84м)                                                       МАССА                                                                                                                    ЛЕТНЫЕ ДАННЫЕ         ГАБАРИТЫ

Ту-154 Ту  154­трёхдвигательный реактивный пассажирский  самолёт,  рассчитанный  на  протяжённости,  разработанный в 1960­х годах в СССР в КБ Туполева для замены Ту­104. пассажиров,  152­180  для  авиалиний  средней  Ту-154 Ту 154­трёхдвигательный реактивный пассажирский самолёт, рассчитанный на 152­180 пассажиров, для авиалиний средней протяжённости, разработанный в 1960­х годах в СССР в КБ Туполева для замены Ту­104.

Основные лётно-технические характеристики Ту-154

Недостатки Ту­154   1)  Высокая  посадочная  скорость  (можно  решить  ,  усовершенствовав  конструкцию крыла и подобрать к ней правильные материалы)   2) Расположение двигателей рядом с гидравликой   3) Экипаж ­4 человека (достаточно капитана , второго пилота и инженера  устройствах  автоматизированных  технических  современных  при  управления)  Недостатки Ту­154 1) Высокая посадочная скорость (можно решить , усовершенствовав конструкцию крыла и подобрать к ней правильные материалы) 2) Расположение двигателей рядом с гидравликой 3) Экипаж ­4 человека (достаточно капитана , второго пилота и инженера при современных технических автоматизированных устройствах управления)

Mark­1­новая, усовершенствованная версия летательной  машины на основе самолета Ту­154 Модель  построена при помощи програмно­технического обеспечения Blender. Blender  —  это  свободный,  профессиональный  пакет  для  создания  трёхмерной  компьютерной  графики,  включающий  в  себя  средства  моделирования,  анимации,  рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов»  (Node  Compositing),  а  также  для  создания  интерактивных  игр.  В  настоящее  время  программа пользуется наибольшей популярностью среди бесплатных 3D редакторов, в  связи с её быстрым и стабильным развитием, которому способствует профессиональная  команда разработчиков. Данная программа является лицензионной и предлагается в свободном доступе!

Планируемые лётно­технические характеристики Мark­1 Длина  47,9 м Размах крыла  37,55 м 202 м2 11,4 м Площадь  крыла  Высота  самолёта  Диаметр  фюзеляжа  Ширина  салона  Высота салона  2,02 м 3,58 м 3,8 м 154 человека  900 км/ч Количество  пассажиров Крейсерская  скорость Максимальная  скорость Дальность  полёта Длина разбега  2000 м 4200 км 850 км/ч Потолок 12000 м Экипаж 3 пилота , 4 бортпроводника Максимальная  взлётная масса 130 т Посадочная  масса 80 т Масса пустого 58 т Нагрузка Топливо 25 т 45 т Расход топлива 6500  кг/час Планируемые лётно­технические характеристики Мark­1

Рассчитаем  некоторые  основные  лётные  характеристики  предлагаемой  модели  самолёта  Марк­1  и  сравним  их  с  самым  технически  выгодным  самолётом  на  сегодняшний  день Boeing737­900. 1) Подъёмная сила крыла (Y): (Y) = 2Pv2S sin2a Y (Mark­1) = 2*1,225 кг/м3*2752 м/с*58 м2*0,16 = 386000 Н Y (Boeing737­900) = 276000 Н Y (Mark­1)/Y (Boeing737­900) = 1,4 Вывод: выигрыш подъёмной силы крыла Mark­1 в сравнении с Boeing737­900  составляет  1,4 раза Рассчитаем некоторые основные лётные характеристики предлагаемой модели самолёта Марк­1 и сравним их с самым технически выгодным самолётом на сегодняшний день Boeing737­900.1) Подъёмная сила крыла (Y):(Y) = 2Pv2S sin2aY (Mark­1) = 2*1,225 кг/м3*2752 м/с*58 м2*0,16 = 386000 НY (Boeing737­900) = 276000 НY (Mark­1)/Y (Boeing737­900) = 1,4Вывод: выигрыш подъёмной силы крыла Mark­1 в сравнении с Boeing737­900 составляет  1,4 раза

2) Расход топлива и тяга двигателей: Mark-1: НК-89 (Криогенные двигатели): Удельный расход топлива: 0,737 кг/кгс*ч *2=1,474 кг/кгс*ч; Тяга: 103 кН*2=206 кН НК-8-4 (ТРД): Удельный расход топлива: 0,78 кг/кгс*ч; Тяга: 103 кН; Общий удельный расход: 2,254 кг/кгс*ч; Общая тяга: 309 кН Boeing-737: JT8D (ТВД): Удельный расход топлива: 0,689 кг/кгс*ч=1,378 кг/кгс*ч; Тяга: 95 кН*2=190 кН Удельный расход топлива (Mark-1)/Удельный расход топлива (Boeing737)=1,547 Тяга (Mark-1)/Тяга (Boeing737)=1,523 Вывод: - удельный расход топлива у самолета Mark-1 выше в 1,547 раза, чем у самолёта Boeing737, но эти затраты оправданы другими выигрышными параметрами. - тяга у самолета Mark-1 выше в 1,523 раза, чем у самолёта Boeing737. 2) Расход топлива и тяга двигателей: Mark-1: НК-89 (Криогенные двигатели):Удельный расход топлива: 0,737 кг/кгс*ч *2=1,474 кг/кгс*ч; Тяга: 103 кН*2=206 кННК-8-4 (ТРД):Удельный расход топлива: 0,78 кг/кгс*ч; Тяга: 103 кН;Общий удельный расход: 2,254 кг/кгс*ч; Общая тяга: 309 кНBoeing-737: JT8D (ТВД):Удельный расход топлива: 0,689 кг/кгс*ч=1,378 кг/кгс*ч; Тяга: 95 кН*2=190 кНУдельный расход топлива (Mark-1)/Удельный расход топлива (Boeing737)=1,547 Тяга (Mark-1)/Тяга (Boeing737)=1,523 Вывод:- удельный расход топлива у самолета Mark-1 выше в 1,547 раза, чем у самолёта Boeing737, но эти затраты оправданы другими выигрышными параметрами. - тяга у самолета Mark-1 выше в 1,523 раза, чем у самолёта Boeing737.

3) Угол атаки: Угол атаки у самолета равен углу выпуска закрылков. Чем меньше угол атаки самолета, тем эффективнее его крыло. Угол атаки (Mark-1): 35о Угол атаки (Boeing 737): 45о Угол атаки (Mark-1)/ Угол атаки (Boeing737)=1,3 Вывод: крыло самолёта Mark-1 эффективнее в 1,3 раза, чем крыло самолета Boeing737. 3) Угол атаки: Угол атаки у самолета равен углу выпуска закрылков. Чем меньше угол атаки самолета, тем эффективнее его крыло.Угол атаки (Mark-1): 35о Угол атаки (Boeing 737): 45о Угол атаки (Mark-1)/ Угол атаки (Boeing737)=1,3Вывод: крыло самолёта Mark-1 эффективнее в 1,3 раза, чем крыло самолета Boeing737.

Особенности Mark­1  1) Два двигателя , работающих на сжиженном природном газе   2)  Два  дополнительных  ТРД  в  хвостовой  части  ,  служащих  для  сохранения  характеристик полета , при отказе криогенных двигателей . Запускаются только  при выходе из строя основных криогенных двигателей .   3)  Конструкция  крыла  ,  позволяющая  самолету  совершать  взлет  с  коротких  полос  ,  увеличивает  шансы  на  безопасную  посадку  на  воду  ,  позволяет  совершить посадку на низких скоростях (200­210км/ч)   4) Выступ дренажной системы на хвостовом оперении ­служит для поддержания  внутри  баков  давления,  гарантирующего  надежное  питание  двигателей  топливом,  заправку  и  его  слив.  Дренажная  система  должна  обеспечивать  одинаковое  давление  во  всех  баках  и  сообщение  их  с  атмосферой,  а  также  не  должна допускать выброса топлива в дренаж. Особенности Mark­11) Два двигателя , работающих на сжиженном природном газе 2) Два дополнительных ТРД в хвостовой части , служащих для сохранения характеристик полета , при отказе криогенных двигателей . Запускаются только при выходе из строя основных криогенных двигателей . 3) Конструкция крыла , позволяющая самолету совершать взлет с коротких полос , увеличивает шансы на безопасную посадку на воду , позволяет совершить посадку на низких скоростях (200­210км/ч) 4) Выступ дренажной системы на хвостовом оперении ­служит для поддержания внутри баков давления, гарантирующего надежное питание двигателей топливом, заправку и его слив. Дренажная система должна обеспечивать одинаковое давление во всех баках и сообщение их с атмосферой, а также не должна допускать выброса топлива в дренаж.

Двигатели и дополнительные системы Mark­1  4 двигателя : 2 криогенных ( НК­89) , 2 ТРД ( НК­8­4).  Дополнительные  системы  :  гелиевая  –  управление  ВСУ  ,  азотная  –замещает  обычную атмосферу в отсеках самолета и предупреждает об утечке криогенного  топлива, система контроля вакуума в тепло­изоляционных полостях.  Криогенные  двигателя  основные,  ТРД  второстепенные  (  на  случай  внештатной  ситуации  –  выход  из  строя  криогенного  двигателя  или  неполадки  в  топливной  системе ). В  качестве  основного  топлива  будет  взят  сжиженный  природный  газ.  Второстепенное топливо­керосин . Использование двигателей на водороде улучшит экологическую обстановку.   Заправка данного типа самолета будет менее финансово затратная.        Двигатели и дополнительные системы Mark­14 двигателя : 2 криогенных ( НК­89) , 2 ТРД ( НК­8­4). Дополнительные системы : гелиевая – управление ВСУ , азотная –замещает обычную атмосферу в отсеках самолета и предупреждает об утечке криогенного топлива, система контроля вакуума в тепло­изоляционных полостях. Криогенные двигателя основные, ТРД второстепенные ( на случай внештатной ситуации – выход из строя криогенного двигателя или неполадки в топливной системе ).В качестве основного топлива будет взят сжиженный природный газ. Второстепенное топливо­керосин . Использование двигателей на водороде улучшит экологическую обстановку.  Заправка данного типа самолета будет менее финансово затратная.

Крыло Mark­1 и его механизация   Конструкция  крыла  Mark­1  состоит  из  двух  частей:  основное  крыло  и  дополнительная  трехланжеронное.  Механизация  основного  крыла  состоит  из  закрылков  и  гасителей  подъёмной силы . Закрылки трехстворчатые с отклонением 35 градусов .  крыла.  Крыло  составляющая   Дополнительная  трехланжеронная.  Имеет  двустворчатые предкрылки ( на передней части) с отклонением 5 градусов.   Система  выпуска  закрылков  основного  крыла  и  система  выпуска  так  же  часть  крыла  предкрылков дополнительной конструкции не совмещена.  Крыло Mark­1 и его механизация Конструкция крыла Mark­1 состоит из двух частей: основное крыло и дополнительная составляющая крыла. Крыло трехланжеронное. Механизация основного крыла состоит из закрылков и гасителей подъёмной силы . Закрылки трехстворчатые с отклонением 35 градусов . Дополнительная часть крыла так же трехланжеронная. Имеет двустворчатые предкрылки ( на передней части) с отклонением 5 градусов. Система выпуска закрылков основного крыла и система выпуска предкрылков дополнительной конструкции не совмещена.

Кабина Mark­1 Кабина Mark­1

Материал , из которого будет изготовлен самолет Mark­ Материал  1  стекло,  сплав  +титан  +  Дюралюминий  Магниевый  легированная сталь  Сплав D-16 (титан + дюралюминий + сталь высоколегированная ) Алюминий,  провода,  панели и ЖК­экраны  Алюминий,  пластмасса  Легированная сталь, титан  Высоколегированная  углеводородное волокно  велюр,  дерево,  кожа,  пластмасса,  цифровые  сталь,  титан,  микросхемы,  Предназначение Обшивка  Стойки шасси  Скелет  Приборы  о  оборудование  кабины  пилотов  Салон и материал сидений  Двигателя  Крыло (дополнительная часть)

Экономические расчёты изготовления  Mark­1 Материал  Приблизительная цена  Площадь, вес 1*1м2 ,100кг 1*1м2 , 90,7кг 1*1м2 , 12кг 1*1м2 , 25кг Экран 30*36см 1 экран ­33220р Плита дюралюминия  Магниевый сплав  Легированная сталь  Титан Спец­стекло  мониторов  Алюминий  Не учитывая прочих расходов (пластмасса, провода, кожа и велюр для сидений ): приблизительная цена самолета:163000000 млн$  200000р 195000р 120000р 2500000р 1*1м2 , 1718кг 1254440р для

Вывод явится  достойной  Mark­1  может  альтернативой  современным  самолётам,  как  российского,  так  и  зарубежного  самолётостроения.  Данная  модель  может  эксплуатироваться  как  в  гражданской,  так  и  в  боевой  авиации.  Mark­1  может  быть  гордостью  российской    авиации. ВыводMark­1 может явится достойной альтернативой современным самолётам, как российского, так и зарубежного самолётостроения. Данная модель может эксплуатироваться как в гражданской, так и в боевой авиации. Mark­1 может быть гордостью российской  авиации.

Спасибо за внимание !                                     Спасибо за внимание !