Какая амфибия нам нужна? С каким взлетным весом?: 1200кг; 1600 кг; 2000кг; 2500кг; 3000кг? С какой скоростью она должна летать?
На все вопросы сразу не ответить. Обычно хочется сразу все: чтобы и быстро, и далеко, и экономичной была, из любой лужи летала, чтобы рыбу удобно ловить было, была бы красивая и не дорогая и т.д. Клубок вопросов. Нам повезло, появилась амфибия которая всем нравится. Ну и опять не то: хотим всегда впятером, каждому по 30 кило багажа и на 1500км со скоростью 300 и чтобы взлетала как ЧЕ-22. И чтобы это обеспечить предлагается наращивать мощность двигателей (кормить кабанов) 160лс, 180…, и они становятся все тяжелее. А на ЧЕ-20 на двух «Вихрях» по 30лс, свидетели говорили, впятером летали (втроем сам видел), не крепкий он правда. Перетяжеленный на 150 кг «Кефис» до полутонны полной нагрузки берет с двумя «ROTAX-582» по 65сил , а на двухместный ЧЕ-22 два Jabiru по 80лс ставят, ну летает, конечно.
Предлагаю другой путь: взять за начальное приближение всем понравившийся самолет и проанализировать, как он может быть улучшен. Важнейшим критерием эффективности самолета является его весовая отдача- отношение веса полезной нагрузки и топлива к взлетному. Для Л-42 сегодня это (1450-950)/1450=0.345 (34.5%)- довольно средний показатель. При этом, чтобы пролететь 1000км со скоростью соответствующей аэродинамическому качеству К=10 нужно заправить 145кг или 200 литров топлива (10% от взлетного веса), и на все остальное останется 355кг. А если захотелось взять еще одного, еще 80кг?
Вариант первый: считаем, что весовая отдача и качество измениться не могут, доля полезной нагрузки составляет 34.5-10=24.5%, значит нужно увеличить взлетный вес на 80/0.245=327кг, т.е. до 1777кг (в 1.2255 раза), при этом мощность двигателя должна увеличиться в 1.2255раза в степени 7/6 т.е. в 1.2677. Либо нужно будет подобрать двигатель с весовой отдачей в 1,2677/1,2255=1.034 раза лучше, чем был, либо все же придется уменьшить долю веса планера (совершить конструкторский подвиг). Если оба варианта не получатся, то придется уменьшать долю полезной нагрузки. На этом пути очень легко выйти на взлетный вес 2000кг и более и «кабанчики» по 180лс- ну без них уж никак.
Вариант второй: просто совершить конструкторский подвиг и уменьшить вес планера на 80кг, причем не изменяя размеры самолета. Со слов ЛОДОЧНИКА есть мечтатели совершить такой подвиг на 180кг, благородно, работать в этом направлении надо. Больше пока ничего не могу сказать по этому поводу. Лучше попробую сделать то, что могу.
Вариант третий: максимально согласовать параметры самолета и двигателя (Сикорский понял необходимость этого 100 лет тому назад), а нам еще и с гидродинамикой договориться надо. Для двухдвигательного гидросамолета важны и взлетная и максимальная продолжительная мощности двигателя. Простой путь увеличения грузоподъемности при полете с одним отказавшим двигателем – увеличение размаха крыла. Так, к примеру, увеличение размаха на 10% позволяет поднять максимальный полетный вес на этом режиме на 7…8%, дополнительный вес конструкции обычно составляет существенно меньшую часть этой добавки. Однако этот путь приводит к снижению взлетной тяговооруженности, а сопротивление воды при взлете примерно в10 раз больше сопротивления колеса по бетону. При преодолении «горба сопротивления» (обычно на 0.35…0.4 от взлетной скорости) суммарное гидроаэродинамическое качество хороших летающих лодок может доходить до 5.5, но при максимальной загрузке оно может уменьшиться до ~ 4.5. Для уверенного преодоления этого режима желательно чтобы минимальное расчетное ускорение не было меньше 0.05g (для очень тяжелых лодок требуется не меньше 0.1g), считаем желательную тяговооруженность на «горбе»: 1/4.5+0.05=0.27.
Мне повезло австралийцы доработали двигатель Jabiru 3300 и теперь есть модификации у которых и максимальная и продолжительная мощность равна 120лс. Вес этого двигателя всего на 3…5кг больше веса ROTAX-912, а мощность больше на 20…25% благодаря этому у него даже статическая тяга больше на 5…10% несмотря на меньший диаметр винта, а на режиме с одним отказавшим двигателем его преимущество 20…25%. Суммарная статическая тяга с учетом потерь на обдувку крыла и мотогондол предположительно 250*2=500кг (получена по статистическим формулам) на скорости 35…40км/ч должна уменьшиться до 460кг, отсюда получим максимальный взлетный вес с воды: 460/0.27=1704кг.
Далее мне придется «высосать из пальца» всего одно число, обозначающее эквивалентную площадь вредного сопротивления Sэ - есть такое понятие в аэродинамике. Это число, имеющее размерность площади, при умножении которого на скоростной напор должно получиться значение «вредного» сопротивления самолета при нулевой подъемной силе (видимо дополнительное сопротивление, вызванное подъемной силой или балансировочными потерями, следовало назвать «полезным»). Сегодня под рукой оказался рекламный проспект амфибии ЛА-8 с МАКСа-2007. из данных приведенных в нем (крейсерская скорость 220, максимальная ГП 260) следует, что ее Sэ=0.94+/-0.07кв.м., точнее определить не могу покуда неизвестно к какой высоте и скорости (приборной или истинной) они относятся. Самолеты кажутся похожими, размеры крыльев близкие, мидель фюзеляжа в сумме с гондолами у Л-42 раза в полтора меньше. В результате манипуляции с цифрами полагаю, что без шасси Sэ=0.7…0.75, с шасси предлагаю считать Sэ=0.94. Если будут уточняющие данные – поправлю, а пока приму к рассмотрению два числа: 0.7 и 0.94.
Далее принимая, что мощность двигателя от высоты пропорциональна плотности атмосферы, получаю значения градиента набора высоты в процентах и вертикальной скорости в м/с при одном неработающем двигателе:
См. рис.1
Эти данные получены для приборной скорости 130км.ч. При Sэ=0.7 характеристики выглядят прилично, при Sэ=0.94 возникает желание уменьшить взлетный вес.
Максимальные скорости (истинные) у земли получаются соответственно 240 и 217 км/ч, на высоте 1500м на 2…3км/ч меньше.
Размеры носовой части Л-42 таковы, что при превышении взлетного веса 1450кг могут возникнуть трудности при выходе на редан. Для достижения описанных выше результатов видимо потребуется удлинить носовую часть лодки на 0.3м что увеличит вес примерно на 20кг. Вероятно, потребуется усиление планера и шасси – еще примерно 30кг. Вес снаряженного самолета возрастет до 1000кг (если подвиг никто не совершит), весовая отдача станет (1700-1000)/1700=0.412 (41.2%), на 1000 км увезет 700-170=530кг (на 175кг или в1,49 раза больше).
При Sэ=0.7 лететь придется на приборной скорости 205км/ч (чтобы К=10). На Н=2500 получим Vист= 232, выше скорость начнет снижаться (мощи не хватит поддерживать приборную 205), зато качество подрастет, расход снизится. ). При Sэ=0.94 приборная скорость 170км/ч (чтобы К=10). На Н=3000 получим Vист=197км/ч.
На первый раз пожалуй хватит. Напомню, расчеты предварительные. Самолет мне нравится. Если Sэ=0.7 удастся реализовать, то планер и выбранный двигатель почти идеально подходят друг другу на всех рассмотренных режимах (вот только быть может носовую часть лодки добавить чуток). Немного сложновато днище, на «Каталине» проще было. И еще, есть неочевидное в аэродинамическом смысле место. Это верхняя поверхность крыла за капотом. Наклеить шелковинки, поставить камеру, может из люка выглянуть удастся. А бывает, с плотным ветром повезет, и удочкой с ниточкой на конце многое выяснить удается.
С более точными расчётами, надеюсь, поможет Денис, у него ведь сводки сопротивлений на все есть… 😉
