Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

IMPROVEMENT OF FLYING CHARACTERISTICS OF AEROBATIC AIRCRAFT YAKOVLEV-55

Druzhkov M.V. 1 Chirkov P.R. 1
1 Siberian State Aerospace University named after academician M.F. Reshetnev
Flying characteristics of aerobatic aircraft were analyzed, worldwide tendency of piloting style of aerobatic aircrafts were investigated in this research. Necessity of improving maneuvering characteristics of aircraft Yakovlev-55 was brought out during the research. According the analysis’ s results and calculations suggestions about change of geometric characteristics of aircraft with the view to accord with world level were developed.
aircraft Yakovlev-55

Аэродинамическая схема самолета Як-55 разрабатывалась в 1979 г. Отказ от несимметричного профиля, установка крыла без угла атаки, совмещение оси вектора тяги с хордой крыла и оперения считались нововведениями в самолетостроении.

Предложенная схема была запатентована, и спортивные самолеты 80-х годов в США, ФРГ, Австрии, Франции, СССР создавались по этой схеме – с целью обеспечения симметричного пилотажа, идентичности прямых и обратных фигур. Аэродинамическая симметрия упростила на Як-55 выполнение многих пилотажных фигур, начиная с обычных «бочек» и заканчивая сложнейшими фигурами на вертикалях, в том числе «колокол», «абракадабра», положительные и отрицательные штопорные «бочки».

В последние годы существенно изменилась манера выполнения комплекса фигур, пилотаж стал более энергичным, с быстрыми вращениями и четкими фиксациями, длинными линиями на вертикалях и на более высоких скоростях. Выявились недостаточно тщательные проработки по выбору крыла в плане и по толщине профиля , что не раскрыло всех возможностей самолета. Появилась необходимость заставить самолет вращаться вдоль продольной оси со скоростью не менее 6 рад/с и увеличить максимальную скорость горизонтального полета.

В настоящее время самолет Як-55 не полностью соответствует требованиям, предъявляемым к пилотажно-акробатическим самолетам, однако обладает большим потенциалом для модернизации.

Цель данной работы – приблизить сравнительно недорогой, простой в управлении и обслуживании самолет Як-55 по своим характеристикам к современным пилотажно-акробатическим самолетам за счет минимальных доработок.

Основными недостатками самолета Як-55 являются:

1. Недостаточная угловая скорость вращения вокруг продольной оси ωX=4,5 рад/с, что вызвано большим размахом и площадью крыла и как следствие большим моментом сопротивления вращению. Для современных акробатических самолетов ωX не менее 6 рад/с;

2. Нечёткие угловые фиксации, самолета Як-55 вызванные большим размахом крыла, и как следствие большим моментом инерции вокруг оси Х самолета;

3. Избыточная потеря высоты при выходе из отвесного пикирования и чрезмерная потеря скорости при постановке вертикали вверх, а также общая потеря высоты при выполнении комплекса фигур пилотажа, что является следствием недостаточной несущей способности крыла и не полной реализации мощности двигателя за счет использования воздушного винта с небольшим КПД, что понижает нагрузку на мощность до 3,1 кг/л.с. Для современных акробатических самолетов нагрузка на мощность от 2,3 до 2,7 кг/л.с.

Предложенные пути устранения недостатков самолета Як-55:

1. Уменьшение площади крыла, за счет уменьшения его размаха и хорды до значений позволяющих получить оптимальную нагрузку на крыло, что для пилотажного самолета составляет 60-80 кг/м2;

2. Уменьшение размаха крыла;

3. Уменьшение хорды крыла, тем самым увеличивая его удлинение. Это увеличивает угол наклона зависимости CY=f(α) и аэродинамическое качество. В большей степени реализовать мощность двигателя можно путем установки винта с наибольшим КПД.

В работе выполнены расчеты аэродинамических и летно-технических характеристик самолета Як-55 и самолета модификации

Расчеты показали, что самолёт Як-55 можно приблизить к характеристикам современных акробатических самолетов, внеся следующие изменения в его конструкцию:

– Уменьшить размах крыла L с 9 до 8,6 м;

– Уменьшить хорду крыла bСГХ с 1,64 до 1,42 м;

– Уменьшить площадь крыла S с 14,8 до 12,2 м2;

– Увеличить удлинение крыла λ с 5,47 до 6,06;

– Притупить заднюю кромку крыла и элеронов;

– Установить трехлопастной винт MTV-3 D-C имеющий КПД 0,9 вместо винта В-530ТА-Д35 с КПД 0,77.

Предлагаемые доработки приведут к изменению следующих характеристик:

– Угловая скорость вращения ωX возрастет с 4,5 до 6,5 рад/с;

– Момент инерции вокруг оси Х уменьшится в 1,3 раза, что позволит выполнять управляемые и штопорные вращения вокруг оси Х с меньшим запаздыванием на выходе и более чёткими фиксациями ;

– Увеличится тяга воздушного винта, а так же угол наклона кривой CY, что позволит выходить из отвесного пикирования с меньшей потерей высоты и выходить на вертикаль вверх с большей скоростью, что увеличит длину линии на вертикали вверх, например при вводе на скорости 360 км/ч с 240 до 540 м, что позволит выполнять вращения с большей скоростью и в большем количестве;

– Нагрузка на мощность упадет с 3,1 до 2,7 кг/л.с.; что улучшит разгонные характеристики, например, при разгоне со скорости 150 до 200 км/ч ускорение увеличится с 5,2 до 6 м/с2, при увеличении максимальной скорости горизонтального полета на 10 км/ч;

– Максимальная вертикальная скорость Vy увеличится с 13,2 до 15,8м/с

– Облегчится ввод в штопорные вращения в горизонтальном полете и на вертикалях за счет более крутого наклона кривой CY и притупления задней кромки крыла.

Вывод

Предлагаемые минимальные доработки позволят приблизить характеристики самолета Як-55 к параметрам современных акробатических самолетов.