Технико-экономическое обоснование проекта самолета

     Однако  в современном бою всего этого  недостаточно, если машина и пилоты "слепы". "Жук-АЭ" как раз  и решает эту проблему. До ее появления  такие локаторы устанавливались  лишь на самых современных американских истребителях, а Западная Европа создать  их пока не смогла. Установка этого  комплекса вплотную приблизит наш  МиГ-35 к западным конкурентам, а заодно повысит шансы на победу в предстоящем  индийском тендере по программе MMRCA на поставку Дели 126 истребителей. Попробуем  разобраться в деталях.

     На  предыдущих наших самолетах устанавливались  параболические или щелевые антенны. Они имели по одному приемнику  и передатчику сигнала. Активная фазированная антенная решетка построена  по принципу пчелиной соты, состоящей  из 680 миниатюрных приемо-передающих устройств. Такая антенна (опять  же в отличие от "предшественниц") монолитна, то есть не поворачивается из стороны в сторону в поиске целей. Это экономит не только вес  устройства (ей электродвигатели больше не нужны), но и на порядок сокращает  время обнаружения радаром целей - сканирующий луч перебрасывается  из одной точки антенны в другую в доли секунды.

     Угол  зрения у нового "Жука" плюс-минус 60 градусов. Дальнозоркость - 140 км. Он может  одновременно сопровождать 30, а обстреливать 6 целей. Причем как в воздухе, так  и на земле. При этом новая антенна  позволяет решать еще ряд задач. Передавать данные о тактической  обстановке на другие самолеты, вести  радиолокационную борьбу, картографирование  местности. Точно так же, как это  сделано в американском F-35.

     По  словам главы Объединенной авиастроительной корпорации Алексея Федорова, все  это позволяет говорить о МиГ-35, как одном из самых перспективных  российских истребителей, который по своим возможностям приближается к  боевым самолетам нового поколения. В случае победы в тендере, как  отмечают российские эксперты, Индия  получит не только сам истребитель, но и технологию производства новых  радиолокационных станций с активной фазированной антенной решеткой.[14] 

     1.2. Основные тенденции развития самолётов данного класса, его основных систем 

     Теоретически  стратегия применения самолётов 5-го поколения и состоит в идее "первый увидел - первый выстрелил - первый убил". То есть он должен подобраться  незаметным на дистанцию запуска  своих ракет и запустить их до того, как его заметили. Именно для этого снижают радиолокационную заметность самолёта. В радиолокации заметность определяется с помощью  отражательной способности - эффективной  поверхности рассеивания (ЭПР). Чем  больше эта поверхность, тем больше отражённый сигнал и, следовательно, больше возможность его заметить. Тут  можно привести аналогию с фонариком  и зеркалом, расположенным в нескольких метрах от источника света. Радар  светит как фонарик своим передатчиком и регистрирует своим приёмником отражённый от зеркала сигнал. Чувствительность приёмника радара определяет минимальный  уровень регистрируемого отражённого  сигнала. Поэтому, чем больше поверхность зеркала, тем больше уровень отражённого сигнала и тем на большем расстоянии радар может зарегистрировать отражённый луч. Дистанция обнаружения таким образом определяется тремя параметрами - мощностью передатчика радара, чувствительностью приёмника радара и площадью отражающей поверхности "зеркала" - ЭПР. С помощью радиопоглощающих материалов и рассеивающих особенностей геометрических форм самолёта пятое поколение истребителей значительно снижает последний показатель, но не делает его равным нулю.

     Применения самолётов 5-го поколения обычно считается - малозаметность и многофункциональность. То есть это малозаметный истребитель-бомбардировщик. Обычно все универсальные вещи получаются хуже специальных, оптимизировать устройство приходится по большему числу параметров. Универсальность - всегда компромисс между противоречивыми требованиями. Например, между бомбовой нагрузкой и максимальной скоростью. Поэтому истребитель-бомбардировщик всегда имеет меньше бомб, чем обычный бомбардировщик, и меньшую скорость, чем обычный истребитель. То есть все специфические боевые задачи он выполняет хуже. Он нужен специально для экономии средств. Разные боевые задачи редко бывает необходимо выполнять одновременно, поэтому теоретически один и тот же самолёт может выполнить задачу как перехвата самолета противника, так и бомбардировки целей. То есть вместо двух самолётов как бы достаточен один универсальный.

     Один  универсальный самолёт почти  эквивалентен двум специализированным на фронте, и при этом его очевидно будут заказывать производителю  большим тиражом, чем отдельно взятые бомбардировщики и истребители. А это - удешевление производства, там тираж изделия очень сильно влияет на издержки.

     При нынешних ценах на боевую технику  это очень важный аргумент. Но при  одном важном условии - универсальный  самолёт не должен стоить в два  раза дороже специализированных, иначе  эффекта экономии средств не будет. Перспективный американский F-35 как раз не слишком удовлетворяет этому требованию. И американцы это заметили сами, правда, уже после того, как F-35 поступил на испытания.

     F-35 - "многофункциональный", но эффекта от этого никакого. Не компенсирует такая многофункциональность увеличение стоимости, значительно дешевле покупать обычные истребители.

     Конкретную  стоимость F-35 Lockheed Martin пока не называют. Так, стоимость первого опытного истребителя F-35 "Лайтнинг-2" для  ВВС Нидерландов составит 114 млн  евро. F-35 лишь в три раза дешевле - примерно эквивалентно 6,5 тонн золота.[15] 

     1.3. Постановка задачи выбора проекта 

     Объектом  анализа в курсовом проекте является самолет.

     Самолет несет целевую нагрузку (ЦН) в  виде ракет класса «Воздух-Воздух», скорострельную пушку и комплект снарядов в обойме.

     Самолет имеет нормальную аэродинамическую компоновочную схему и функциональную структуру, показанную на рис. 1.

     Силовая установка включает один двухконтурный  форсажный турбореактивный двигатель (ДТРДФ).

     По  каждой альтернативе проекта самолета задаются:

1. масса целевой нагрузки G _ц.н.i
2. термодинамические параметры двигателя:
• П_KS – суммарная степень повышения давления в вентиляторе и компрессоре на взлетном режиме;
• Т_r,Т_φ – максимальные значения температуры торможения газа соответственно на входе в турбину и в форсажной камере;
• М₀ – степень двухконтурности.

     Область допустимых значений летно-технических  характеристик (ЛТХ) самолета определяется ограничениями на: М₀ максимальную допустимую взлетную массу (М₀ < М₀); R_g - радиус действия (R_g > R_g); L_разб - длину разбега; L_проб - длину пробега.

     Перечисленные ограничения соответствуют характеристикам  базового (опорного) самолета АКо. За базовый (опорный) принимается самолет, с  которым сравниваются все проектные  варианты.

     В свою очередь, значение целевой функции  зависит от летных свойств и массы  целевой нагрузки самолета.

Рис.1.1. Функциональная структура самолета

     Принимается, что масса силовой установки (СУ) G_cy возрастает с увеличением массы двигателя; G_cy=k_cy*G_g, где k_cy – коэффициент возрастания массы СУ; G_g – масса пилотажно-навигационного оборудования G_но=соnst для всех проектных вариантов; масса общего оборудования G_ОБ.ОБ. возрастает с увеличением массы пустого самолета G_П.С.; G_ОБ.ОБ. = G_ОБ.ОБ. (G_П.С.) масса целевого оборудования Gцо возрастает с увеличением массы целевой нагрузки G_ЦН = G_Ц.ОБ.(G_ЦН).

     Расчетными  величинами являются:

     для двигателя – высотно-скоростные, тяговые и расходные характеристики Р, Се, Gв на форсажном и бесфорсажном режимах; масса двигателя Gд.

     Принимается, что технико-эксплуатационные характеристики – ресурс и надежность планера  и двигателя – для всех проектных  вариантов выдерживаются на некотором  заданном уровне и по альтернативам  не меняются.

     Конечной  целью технико-экономического анализа  проекта самолета является выбор  предпочтительной альтернативы из множества  вариантов с различными ТТХ. Некоторый  вектор ТТХ при прочих равных условиях обеспечивает вполне определенную величину эффективности самолета. Эффективность  самолета характеризует его способность  к решению целевой задачи при  заданной номенклатуре и ТТХ объектов-целей  в определенных условиях оперативного применения. Каждая характеристика самолета в большей или меньшей степени  влияет на уровень его эффективности; при этом связи между отдельными ТТХ противоречивы.

     В общем случае множество синтезированных  вариантов проекта самолета можно  разделить на два подмножества. Первое включает варианты, уступающие вариантам  второго подмножества по всем значащим (с точки зрения влияния на эффективность) ТТХ. Ясно, что такие варианты могут  быть без колебания отброшены  как заведомо неэффективные.

     Варианты  второго подмножества требуют привлечения  к анализу стоимостных показателей  по следующей причине.

     Взаимосвязи и противоречия между отдельными ТТХ приводят к тому, что среди  проектных вариантов второго  подмножества нет ни одного, превосходящего остальные по всем значащим ТТХ. Такие  подмножества обычно называют паретовскими вариантами первого порядка (Парето 1).

     Сущность  постановки задачи выбора предпочтительной альтернативы проекта самолета по Парето 1 зависит от уровня эффективности, обеспечиваемого ТТХ паретовских вариантов.

     В первой постановке при равенстве  уровней эффективности вариантов  задача выбора проекта сводится к  отыскиванию оптимальных сочетаний  ТТХ, развитие которых противоречиво: улучшение одних ТТХ ведет  к уступкам в уровне других ТТХ. Поскольку  приращения и уступки в ТТХ  компенсируются так, что эффективность  самолета в целом остается неизменной (или различия по эффективности пренебрежимо малы), в анализ вводятся стоимостные  показатели вариантов проекта, дифференцирующие проекты по стоимости, что обусловливает  объективность выбора проекта.

     Различие  стоимостных показателей вариантов  с равным уровнем эффективности  объясняется следующим.

     Закономерности, связывающие ТТХ самолета с его  эффективностью и стоимостью, существенно  различаются. В первом случае (связь  ТТХ с эффективностью) они описывают  процесс функционирования самолета по целевому назначению , во втором (связь  ТТХ со стоимостью) - процесс ОКР  и СП. При этом связь ТТХ со стоимостью проявляется непосредственно  через конструктивные параметры, обеспечивающие данный вектор ТТХ. Различие этих процессов  обуславливает различие факторов и  закономерностей формирования эффективности  и стоимости самолета. Как следствие, одни и те же проектно-конструкторские  решения по-разному влияют на эффективность  и стоимость самолета. Именно поэтому  варианты с одинаковой эффективностью имеют разную стоимость и, наоборот, варианты с одинаковой стоимостью имеют  разную эффективность. Это дает возможность  среди проектов, равноценных по эффективности, выбрать вариант с минимальной  стоимостью.

     Вторая  постановка задачи выбора проекта самолета возникает, когда ТТХ альтернатив  проекта обеспечивают разный уровень  эффективности и стоимости, так, что в координатах эффективность-стоимость  образуется поле альтернатив. В этом случае задача технико-экономического анализа решается на двух этапах: на первом отсеиваются заведомо неоптимальные  варианты, на втором - из вариантов, принадлежащих кривой эффективность-стоимость, выбирается предпочтительная альтернатива.

      Рис. 1. 2. График зависимости эффективности и стоимости

     Первая  часть задачи может быть решена графически путем построения кривой эффективность-стоимость. Варианты, принадлежащие кривой эффективность-стоимость, превосходят любой другой вариант  поля альтернатив или по стоимости (в данном случае превосходство по стоимости означает сравнительно меньшую  стоимость), или по эффективности (эффективность  выше), или одновременно по двум показателям. В то же время среди вариантов  на кривой эффективность-стоимость  нет ни одного, который бы доминировал  над остальными одновременно по двум показателям, так как рост эффективности  сопровождается ростом стоимости.

     Подобного рода множества называются оптимальными по Парето второго порядка (Парето 2). Каждый из вариантов Парето 2 является наилучшим для данного, свойственного  ему уровня эффективности как  обладающий наименьшей стоимостью. Поэтому  варианты Парето 2 могут быть названы  субоптимальными. Выбор проекта  на такого рода множествах не может  быть решен на уровне самолета как  системы. Самолет необходимо рассматривать  как элемент системы более  высокого уровня, например тождественной  авиационной системы, включающей группу (парк) самолетов данного образца  или подсистему базирования. С позиции  этой системы оптимальным может  считаться вариант проекта, доставляющий экстремум целевой функции развития системы при заданных ограничениях. В условиях ресурсных ограничений  оптимальным справедливо считать  проект, обеспечивающий максимум эффективности системы: