Техника вертикального взлета и посадки (Хафер К., Закс Г., 1985 - Техника вертикального взлета и посадки), страница 9

Этому переходу соответствует поворот вектора тяги, и его можно реализовать непосредственным поворотом всего двигателя нлн его сопла (одновекторная система). Если же заменить требуемый поворот вектора тяги соответствующим изменением соотношения тяг двух расположенных под прямым углом друг к другу двигателей илн групп двигателей (двухвекториая система), то суммарная тяга этих двигателей будет всегда больше, чем результирующий вектор тяги, т. е. коэффициент использования тяги вдоль траектории будет хуже.

Составим для этого случая отношение суммы тяг, действующих в каждой точке траектории переходного участка полета, к результирующей тяге: — = »1 п о + соз о. (2.1.1) Р Зта зависимость представлена на рис. 2.1.2 (верхняя кривая); она »витт. чая»» йо 1,5 ссг дд Рис. 2. П2. Использование тяги на переходном режиме полета в двух- векторной и смешанной системах по сравнению с одновекторной. 1 — днухненторная система: У вЂ” смешанная система 1самонет Уд 1Р! С-Х!Ь г,Р Р 75 50 дэродиицминес ний ' полет Д5 РР 75 9Р Редким~ бигамия центром тяжести самолета расположены два подъемных двигателя С тяГОй гх = 2 г"о. В КаждОй ИЗ ПОВОретНЫХ МОтОГОНдОЛ За цЕНтрОМ тяжести находятся по два двигателя, т.

е. гх = 4 го. Для того чтобы удовлетворить уравнению моментов сил при любом угле поворота гондол о, тяга подъемных двигателей должна уменьшаться пропорционально 51п о. Примем для упрощения, что подшипники, на которых поворачиваются мотогондолы, лежат в одной плоскости с центром тяжести самолета, и зта плоскость остается горизонтальной на переходном режиме полета.

Сумма тяг при атом выражается формулой ХЕ1 = г151п о+ Г,. !2.1.2) Результирукдцая тяга, с которой снова производится сравнение и которая соответствует тяге в одновекторной системе, определяется методом треугольника скоростей на рис. 2.1.2 и, согласно теореме косинусов, записывается так: г = Г1,51п о+где+2гтЕаз1п'а . (2.!.3) Заменив г х и ге их выражениями через тягу отдельного двигателя га и построив отношение суммарной затрачиваемой тяги, со- шм ишо11Ь-1а.нрЬ.

показывает, что в двухвекторной системе требуется значительно большая суммарная тяга, которая к тому же не зависит от соотношения между маршевой и вертикальной тягой. Рассмотрим это же соотношение для успешно испытанной смешанной системы двигателей на примере СВВП 11Д 10!С. Как сказано в гл. 1, на самолете ЧЛ 101 С-Х1 для создания вертикальной и маршевой тяги используются одинаковые двигатели ВВ 145, максимальную тягу каждого из которых обозначим Ге. Перед Силовые установки самолетов вертикального взлета и посадки 51 2Л.З. Энергетические соотношения на режиме висения и скорость реактивной струи Скорость реактивной струи.

Второе важное исходное условие для выбора силовой установки при проектировании возникает из постановки задач, решаемых СВВП как на режиме вертикального взлета и посадки, так и в полете с аэродинамической подъемной силой. Для разъяснения физических явлений на этих этапах полета рассмотрим вначале, как создается подъемная тяга. Все виды двигателей при работе «на месте» или при полете на режиме висения создают тягу, которая связана со скоростью струи, соответствующей ее полному расширению, следующим простым соотношением, вытекающим из закона сохранения импульса: — !л = Г,~=-ау ру.

(2.1.5) Здесь границу контрольной поверхности нужно отодвинуть столь далеко в направлении потока, чтобы статическое давление иа ней было равно статическому давлению иа передней контрольной поверхности. Тогда член с давлением в уравнении сохранения импульсов исключается.

Величина то обозначает массовый расход газа в струе за единицу времени: ело — рструи азсср> и)'струи (2.1.6) где через р ру обозначена плотность, а через 5 „ — поперечное сечение полностью расширившейся струи. Подставив (2.1.6) в (2.1.5), получим выражение для подъемной тяги 2 ~а — рструиЗструи) струи. (2.1 лта) Отсюда вытекает следующая зависимость между скоростью струи сессии уокьчи. в гласно формуле (2.1.2), к результирующей тяге, равной тяге в эквивалентной одновекториой системе, получим Хрг 2+био (2.1.4) Е )/4+55!и о Представленные на рис. 2.1.2 кривые, рассчитанные по формулам (2,1,!) и (2.1.4), показывают, что при полете на переходном режиме двухвекторная система (кривая 1) должна иметь суммарную тягу, е которая в среднем на 33 ьр выше, чем в одновекторной системе.

Смешанная система самолета у'.) 101 С (кривая 2) в этом отношении значительно лучше: суммарная тяга в этой системе в среднем приблизительно на 5 аго выше, чем в одновекторной. Кроме того, следует учитывать, что с увеличением суммарной тяги возрастает вес силовой установки. Глава г о2 и тяговой нагрузкой на единицу площади поперечного сечения струи: р струн = )т (Раг ксгруи)'Рструн- (2.1.7б) Мощность, затрачиваемая на создание подъемной тяги, соответствует кинетической энергии, переданной струе в единицу вре- Гагре, Нгногн 5О го г,5 0,5 о,г5 ' ю 25 5о уоо гуо ' 5оо 1ооо гооо 5ооо це 'струи ы'г мени.

В предположении идеального процесса (Оез потерь) получаем выражение гна тгл Рструи о тгз Риа руи = струи" струн. 2 2 (2.1.8) Решающим условием для получения хороших летных характеристик на режиме висения является наименьшая возможная затрата мощности двигателя на создание подъемной тяги, т. е. отношение Ра Рн, является мерой экономичности полета на режиме висения. Из соотношений (2.1.7а) и (2.1.3) следует Ре1Рнд — — 2/1'„ру„. (2.1.9) Простое выражение (2.1.9) содержит важное утверждение, состоящее в том, что подъемная тяга на режиме висения, отнесенная к тттттт.тоКЫа.зрь.

ги Ряс. 2. цз. Зависимость отношения тяги к мощности от скорости струи для различных типов двнгателей. à — вертолетный несущий винт; 2 — наворотный несущий пинт, 3 — поворотный винто- вой двигатель; г — вентилнтор; а — даукконтурный двигательг б — одноконтурный двигатель; т — турбореактивный двигатель с форсажной «амерой; а — ракетнын дви- гатсль. Силовые установки самолетов вертикального аллета и аосадки 53 идеальной мощности, обратно пропорциональна скорости струи. На рис. 2.1.3 представлено соотношение между скоростью струи и подъемной тягой на режиме висения, отнесенной к мощности, для различных типов двигателей, используемых при вертикальном взлете и посадке. Реальные достижимые значения Р,/Рв меньше, чем Рв/Р„к, вычисленные по формуле (2.1.9), причем отношение Рв/Р„к является коэффициентом полезного действия при работе двигателя на месте и лежит в области 0,7 — 0,8.

Введенное выше понятие «тяговая нагрузка на единицу площади поперечного сечения струи» представляет собой подъемную тягу силовой установки, т. е. тягу на режиме висения, отнесенную к площади полностью расширившейся струи Я р „. Тягу на режиме висения вертолетов или вертикально взлетающих самолетов с несущими винтами в большинстве случаев относят к ометаемой винтом площади 5,„, = пйт/4, где Р— диаметр несущего воздушного винта. Как будет показано в разд 2.3, Рв/оструи 2 (Рструк/р) (Рь овнкть) откуда, принимая для несущих винтов р/р, „= ! .~ получаем Рв'Лструв = 2РО/Зж..т. (2.1.10) С учетом этого соотношения по формуле (2.1.7б) можно рассчитать зависимость нагрузки иа ометаемую площадь Го/З,„„„от скорости струи (г „„. Если струя силовой установки СВВП имеет небольшую скорость, то создаются благоприятные условия для экономичного полета на режиме висения.

Это можно пояснить еще одним способом, используя удельный расход топлива для полета на режиме висения. Обозначив теплотвориую способность топлива Н„, а расход топлива в единицу времени тз и приравняв механическую и тепловую мощность с учетом общего коэффициента полезного действия т(общ, пол Учим гпо/2/ Ъ ~ру: (Рв5етрув) 2: »1ьвщН тв. 2 С помощью этого соотношения находим удельный расход топлива при полете на режиме висения Ьр, = тв/Рв в виде ЬГ« = растру«/2Н,тьвщ Отсюда видно, что скорость струи является важной характеристикой силовых установок самолетов вертикального взлета и посадки. Из выведенных выше соотношений следует, что выбор силовой установки определяется родом полетных задан.

Для СВВП, главные полетные задачи которых связаны с режимами висения и вертикального перемещения, требуются силовые установки с малымн ыыымохьчв Глава г скоростями струи н соответственно с малой нагрузкой на единицу площади сечения струи. Для этих целей пригодны несущие винты н воздушные винты в кольцевом канале. Однако прн хороших летных характеристиках на режиме висения и режимах вертикального перемещения они обеспечивают лишь небольшие нли средние скорости в горизонтальном полете. Если, наоборот, требуется получить большие скорости в горизонтальном полете, а полет на режиме висения необходим только 55 мин 4О го о 5о н о во гоо гоо зоо и, м/г Рис. 2. К4.