Общие положения.
Одним из условий успешного проектирования для меня видится принятие, еще на этапе эскиза, ряда существующих и действующих функциональных подобий.
В качестве подобий примем:
самолет - демонстратор
Airbus A³ Vahana Alpha One (Alpha Two)
https://www.airbus.com/en/urbanairmobility/cityairbus-nextgen/vahana
самолет-макет Scaled Composites Model 367 BiPod
BiPod | Scaled Composites
легкий самолет Cessna 210N.
Cessna 210 — Википедия
Будем также учитывать Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 018/2011 О безопасности колесных транспортных средств и Приказ Министерства экономического развития РФ от 7 декабря 2016 г. № 792 “Об установлении минимально и максимально допустимых размеров машино-места” (минимально допустимые размеры машино-места - 5,3 x 2,5 м, максимально допустимые - 6,2 x 3,6 м.).
От
Airbus A³ Vahana Alpha One (Alpha Two) примем общий вид фюзеляжа, его длину и тандемное расположение крыльев.
Alpha Two (N302VX): длина: 5,86 м.
От
Scaled Composites Model 367 BiPod примем двухфюзеляжное построение, схему расположения колес шасси, гибридную (ДВС, генератор, тяговый электродвигатель) силовую установку и способность достигать скорости отрыва за счет тяги электродвигателей задней оси.
Легкий самолет
Cessna 210N примем как весовое подобие с принятием к сведению ряда параметров: сухой вес: 1,045 кг., максимальный взлетный вес: 1,814 кг. (привет приказу № 118), размах крыла: 11.21 м., площадь крыла 16,3 кв.м., нагрузка на крыло 111,8 кг/кв.м., скорость сваливания 107 км/ч, мощность силовой установки 310 л.с. (228,01 кВт), вместимость: 1 пилот и 5 пассажиров.
Максимальные длина и ширина изделия как автомобиля принимаем как 6 х 2.55 м.
Базовые параметры как самолета: двухфюзеляжное построение, аэродинамическая схема – тандем, переднее крыло расположено в крайней передней части фюзеляжа максимально низко, заднее крыло расположено в крайней задней части фюзеляжа максимально высоко, максимальный взлетный вес: 1,800 кг.
Внешний вид фюзеляжа изделия ЛЕГКО представить как два фюзеляжа
Airbus A³ Vahana скрепленые между собой крыльями-центропланами в передней нижней части и задней верхней части.
Переднее крыло-центроплан расположен максимально низко, заднее максимально высоко.
Оба центроплана имеют обшивку превращающую их в крылья малого удлинения с закрылками.
Каждый фюзеляж имеет двухместный кокпит с расположение пилотов друг за другом. Общая вместимость представляется как пилот и три пассажира.
В качестве пилота представляется профессиональный, работающий по найму у владельца изделия, пилот-спортсмен спокойно относящийся к сложным пространственным положениям и способный управлять автомобилем в простых условиях дорожного движения на дорогах с твердым покрытием.
Самостоятельного управления изделием владельцем изделия не предполагается.
Силовая схема.
Силовая схема каждого фюзеляжа – шесть (пять нераземных и одна разьемная) титановых труб. Две неразьемные трубы под кокпитом, две над кокпитом, одна с внутренней стороны стороны фюзеляжей и одна, разьемная, являющаяся силовым элементом подвижных частей фонаря, и предохраняющая экипаж от боковых ударов.
Трубы не имеют на своем протяжении сверлений, сварных швов и каких либо других концентраторов напряжений. Все стойки и поперечины крепятся к ним «хомутами».
Диаметр и толщина стенок труб выбирается индивидуально, в зависимости от места установки и воспринимаемых усилий.
Нижняя, верхняя пары труб и обе боковые трубы формируют внешние обводы фюзеляжа подобного фюзеляжу
Airbus A³ Vahana. На силовой каркас одевается внешняя обшивка-сэндвич: наружняя обшивка, пена, внутренняя сьемная обшивка.
Будет ли обшивка-сэндвич воспринимать нагрузку при нормальной эксплуатации-вопрос обсужения. Представляется разумным крепить обшивку-сэндвич к силовой раме посредством эластичных элементов с целью обеспечения упругих деформаций труб силовой рамы без повреждения наружней обшивки-сэндвич.
На верхнюю пару труб одевается фонарь, состоящий из трех элементов (лобового и двух боковых).
Каждый элемент состоит из дуплексного (наружное стекло и внутренний поликарбонат) пакета, моллированного (гнутого) по одной оси (вдоль), переменной кривизны.
Лобовой и внутренний боковой элементы фонаря посредством эластичных элементов крепятся к трубам каркаса фюзеляжа.
Внешний боковой элемент фонаря крепится к раме фонаря открываемой относительно петель на внешней верхней трубе фюзеляжа вверх, как «крыло чайки».
Рама фонаря развита от внешней верхней трубы до внешней нижней трубы фюзеляжа и имеет в себе силовые элементы каркаса (разрезной титановой трубы) предохраняющие экипаж от бокового удара.
Замки силовых элементов рамы включают эти элементы в общую силовую раму фюзеляжа.
Со внутренней (обращенной друг к другу) боковой стороне фюзеляжей имеется неразьемная титановая труба.
Эта труба находится выше внутренней нижней титановой трубы и предназначена для крепления «хомутов» верхних полок двутавровых балок или коробов лонжеронов центропланов соединяющих фюзеляжи.
«Хомуты» нижних полок двутавровых балок или коробов лонжеронов центропланов крепятся к двум нижним титановым трубам фюзеляжа.
Двутавровые балки или короба лонжеронов центропланов развиты на всю ширину фюзеляжа.
Предполагается крепление внешних «хомутов» двутавровых балок или коробов лонжеронов к вертикальным стойкам связывающим шесть продолных титановых труб.
Геометрические размеры центроплана выбираются из условия безусловного обеспечения жесткости на кручение и поперечный изгиб пары фюзеляжей после детального расчета.
Центропланы несут основные знакопеременные нагрузки от колес автомобильного шасси и полуплоскостей крыльев.
Для обеспечения жесткости катамаранного фюзеляжа хорда каждого центроплана представляется не менее 2-2,5 метров.
Таким образом поперечные изгибающие моменты и моменты кручения в передной и задней оконечностях фюзеляжа в основном несут передний и задний центропланы, продольные изгибающие моменты и моменты кручения в средней части фюзеляжей несут пять неразьемных титановых труб и силовые элементы рамы фонаря.
В средней части фюзеляжа, там где фюзеляжи не подкреплены центропланами, продольные трубы фюзеляжа расположены на максимальном удалении друг от друга образуя пространственную ферму, подкрепленную вертикальными стойками и горизонтальными поперечинами, как в вертикальной, так и в горизонтальной (поперечной) плоскости сечения фюзеляжей.
Шасси.
Схему шасси принимаем от Scaled Composites Model 367 BiPod. Шасси изделия представляется полностю автомобильного типа с однорычажной продольной торсионной повеской.
Автомобильныхе шины, колесные диски, механизмы рулевого управления и тормозные механизмы серийные и сертифицированные
Применение не автомобильных (серийных, сертифицированных) элементов шасси способно крайне затруднить процесс сертификации.
Рычаги передней (с управляемыми колесами) автомобильной подвески, вызывающей наибольшие моменты кручения и поперечные изгибающие моменты, крепятся непосредственно к переднему нижнему центроплану, не передавая усилия на рамы фюзеляжей.
Шасси убираемые в фюзеляжи. Схема уборки передних колес шасси – вопрос обсуждаемый. Вероятнее всего вдоль фюзеляжа относительно оси расположеной на переднем крыле-центроплане, от носа к хвосту.
Подвеска задних колес шасси так же однорычажная, продольная, торсионная, с осью вращения расположенной на паре вертикальных элементов силового каркаса, прямо передающих вес силовой установки, заднего крыла и топлива в заднем верхнем центроплане-крыле на рычаг подвески.
Схема уборки задних колес шасси: вдоль фюзеляжа, снизу вверх, под силовую установку.