Аэродинамика самолета, страница 15

Чем больше относительный диапазон скоростей, тем лучше самолет в летном отношении.В относительном диапазоне скоростей самолета находятся также характерные скорости, как экономическая,наивыгоднейшая и максимальная.ПЕРВЫЕ И ВТОРЫЕ РЕЖИМЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛЕТАВ установившемся горизонтальном полете тяга силовой установки должна уравновешивать лобовоесопротивление. Это значит, что в любом режиме полета, кроме Умакс, летчику необходимо задросселироватьдвигатель (уменьшить обороты коленчатого вала), то есть уменьшить мощность до такой степени, чтобыона сравнялась с потребной мощностью.Если после уравновешивания самолета в одном из режимов установившегося горизонтальногополета скорость по какой-либо причине изменится, то поведение самолета в большей степени будетзависеть от соотношения приращения потребной мощности и располагаемой мощностизадросселированного двигателя Nдр.Интервал первых режимов - это все скорости от Vмакс до Vэк, для которых производные мощностиот скорости полета больше производной мощности задросселированного двигателя от скоростиdN n dN ndN n dN n>.<.dVdV .

Интервал вторых режимов - это все скорости от Vэк до Vмин, для которых dVdVАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА64Это значит, что увеличение скорости горизонтального полета на первых режимах сопровождаетсяуменьшением избытка мощности, а на вторых режимах - увеличением избытка мощности. Границей первыхи вторых режимов горизонтального полета является экономическая скорость горизонтального полета, приdN n dN ДР=dV (Рис. 85).которой устанавливается равенство dVПолет самолета на первых режимах выполняется на малых углах атаки, когда крыло обтекаетсяустановившимся ламинарным воздушным потоком, самолет хорошо устойчив и управляем.

Поэтомуобычно пользуются первыми режимами.Для установившегося горизонтального полета на некоторой скорости V1 в области первых режимов(Рис. 85) двигатель должен быть задросселирован до характеристики Мдр1. При случайном увеличениискорости горизонтального полета возникает отрицательный избыток мощности, самолет будет двигаться сторможением и вернется к исходной скорости. При уменьшении скорости избыток мощности будетнаправлен вперед и самолет также восстановит скорость исходного режима.

Для сохранения скорости напервых режимах от летчика требуется одно - выдерживать горизонтальный полет при помощи руля высоты.Если летчику по условиям полета необходимо перейти на новую, большую скорость, в пределах первыхрежимов на той же высоте, то, сохраняя горизонтальный полет, он должен увеличить мощность двигателя, адля перехода на меньшую скорость горизонтального полета - уменьшить мощность силовой установки(уменьшить частоту вращения коленчатого вала).Рис. 85 Первые и вторые режимы и диапазоны скоростей горизонтального полетаПолет на вторых режимах горизонтального полета происходит на больших углах атаки и наскоростях горизонтального полета, меньших, чем экономическая скорость, что связано с ухудшениемобтекания крыла и понижением эффективности рулей, и тем самым ухудшением устойчивости иуправляемости самолета, особенно поперечной.

Поэтому летать на вторых режимах не рекомендуется. Кним прибегают лишь при некоторых тренировочных полетах и при выполнении посадки.Рассмотрим влияние изменения скорости на выполнение горизонтального полета на вторыхрежимах. Пусть самолет выполняет горизонтальный полет на скорости V2. С увеличением скоростивозникает положительный избыток мощности, и если летчик не изменит режим работы двигателя и будетвыдерживать горизонтальный полет, то увеличение скорости будет продолжаться, пока не наступитравновесие на новой скорости Vi, лежащей в области первых режимов.

При случайном уменьшениискорости избыток лобового сопротивления над тягой вызывает торможение самолета до минимальнойскорости (самолет может сорваться в штопор).Таким образом, на вторых режимах выдерживание постоянства высоты полета не обеспечиваетсохранение скорости.При выполнении длительного полета на вторых режимах для восстановления исходной скоростилетчику необходимо либо изменением режима работы двигателя (при увеличении скорости тягу необходимоуменьшить, а при уменьшении скорости - увеличить), либо изменением угла наклона траектории полетавосстановить заданную скорость горизонтального полета. Во втором случае траектория полета будет непрямолинейной, а волнообразной.В области вторых режимов для увеличения скорости горизонтального полета необходимо сначалаувеличить мощность двигателя, а затем, когда скорость начнет возрастать, уменьшить ее. Для уменьшенияскорости горизонтального полета следует несколько задросселировать двигатель (уменьшить частотувращения коленчатого вала), чтобы скорость начала падать, после чего увеличить мощность до потребной.То есть на вторых режимах горизонтального полета требуется двойное движение рычагомуправления дроссельной заслонкой карбюратора.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА65Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что допускать уменьшение скорости нижеэкономической не следует.

Иначе говоря, для самолетов Як-52 и Як-55 экономическая скорость являетсяпрактически минимальной скоростью горизонтального полета.Разность между скоростью VГП, которую летчик выдерживает в горизонтальном полете, иэкономической скоростью называется запасом скорости ΔV:(4.14)ΔV=VГП-VЭК.В полете на малой высоте рекомендуется иметь запас скорости (для самолета Як-52 Vмин=170км/ч), равный примерно 20...30% экономической скорости горизонтального полета.Из сказанного ясно, что в летной практике запас скорости имеет большое значение.

Имеядостаточный запас скорости, летчик гарантирован от неожиданного попадания в интервал вторых режимов,следовательно, и от опасности потери скорости.ЭВОЛЮТИВНАЯ СКОРОСТЬ ПОЛЕТАЭволютивная скорость летательного аппарата - минимальная скорость, на которой самолет имеетвозможность выполнять некоторые минимальные эволюции (маневры) Для неманевренных самолетовразличают минимальную эволютивную скорость: при разбеге, взлете, посадке и при уходе на второй круг.ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ НА ПОТРЕБНЫЕ СКОРОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛЕТА.ГРАФИК ПОТРЕБНЫХ И РАСПОЛАГАЕМЫХ МОЩНОСТЕЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЫСОТВоспользовавшись формулой (4.11), найдем зависимость потребной мощности от высоты полета.После преобразований получимN Н = N0ρ0,ρН(4.15)Где NН - потребная мощность горизонтального полета на заданной высоте Н;N0- потребная мощность горизонтального полета у земли.

Из формулы видно, что при неизменномугле атаки потребная для горизонтального полета мощность будет увеличиваться с высотойпропорциональноρ0.ρНРис. 86 Кривые потребных и располагаемых мощностей для различных высот полетаАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА66Рис. 87 Изменение характерных скоростей горизонтального полета с подъемом на высоту самолета споршневой силовой установкойПолет на наивыгоднейшем угле атаки и соответствующих ему максимальном качестве kМАКС инаивыгоднейшей скорости при увеличении высоты полета потребует увеличения потребной мощности, таккак наивыгоднейшая скорость с поднятием на высоту растет пропорциональноρ0.ρНNПОднако отношениеυtg ϕ =для всех высот сохранится постоянным, потому чтоNПυ0=N П0ρ0ρH N П== соnst .υПρ0ρH0υП00(4.16)Из этого следует, что кривые для различных высот полета будут иметь общую касательную,проведенную из начала координат (Рис.

86). Кривые располагаемых мощностей снимаются с характеристикдвигательных установок с учетом КПД воздушного винта.У самолетов с высотными поршневыми двигателями располагаемая мощность увеличивается дорасчетной высоты, вследствие этого увеличивается и максимальная скорость полета. Выше расчетнойвысоты располагаемая мощность уменьшается, уменьшается и υмакс (Рис. 87). С увеличением высотыполета до расчетной увеличивается и избыток мощности. Дальнейшее увеличение высоты полетасопровождается уменьшением избытка мощности ΔN, который на потолке самолета обращается в нуль.ВЛИЯНИЕ МАССЫ САМОЛЕТА НА ПОТРЕБНЫЕ СКОРОСТИ.Удельная нагрузка на крыло в полете меняется в зависимости от количества горючего (его расхода).Рассмотрим горизонтальный полет самолета Як-52 при изменении нагрузки, но при одинаковомугле атаки и на одной высоте.Пусть полетный вес уменьшается, но условие горизонтального полета сохраняется (Y=G), поэтомусоответственно необходимо уменьшить подъемную силу.

Это можно выполнить либо уменьшением углаатаки, либо путем уменьшения скорости до величины V1.Если известна потребная скорость V при расчетном весе G, то вычислить потребную скорость приновом весе можно по формулеV=2GCyρSи V1 =2G1,CyρSразделив второе выражение на первое и сократив, получимV1G1=,VGV1 = VG1.G(4.17)Из формулы видно, что при уменьшении полетного веса потребная скорость уменьшаетсяпропорционально квадратному корню отношения весов (плотность воздуха неизменна). При уменьшениивеса на самолетах Як-52 и Як-55 потребная скорость горизонтального полета уменьшается.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА67Задача. Летчик выполняет перелет на высоте 500 м.

Первоначальный полетный вес составлял 1240 кгс Скоростьполета V=240 км/ч. К концу перелета израсходовано 80 кгс горючего. Какова величина необходимой скоростигоризонтального полета при том же угле атаки и той же высоте полета.Решение 1 Определим вес самолета без израсходованного горючего. Он составляет 1160 кгс.2 Определим необходимую скорость для сохранения горизонтального полета по формуле (725)V1 = 2401160= 225,6км / ч.1240Потребная скорость для сохранения горизонтального полета при том же угле атаки и при той же высотеполета составляет 225,6 км/ч.Изменение полетного веса влияет также и на другие летные качества самолета.

Рассматриваякривые потребных мощностей для разного веса самолета, можно сделать выводы:при увеличении веса самолета его минимальная посадочная, экономическая и наивыгоднейшаяскорости увеличиваются, максимальная скорость уменьшается по причине увеличения угла атаки,необходимого для поддержания веса самолета в горизонтальном полете;с увеличением полетного веса диапазон скоростей уменьшается вследствие уменьшениямаксимальной скорости и увеличения экономической;с увеличением полетного веса уменьшается потолок самолета вследствие уменьшения избыткамощности.Анализируя вышесказанное, можно сделать вывод, что с увеличением полетного веса самолета еголетные характеристики ухудшаются, а с уменьшением веса самолета - улучшаются.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА68ПОДЪЕМ САМОЛЕТАПодъем является одним из видов установившегося движения самолета, при котором самолетнабирает высоту по траектории, составляющей с линией горизонта некоторый угол.Установившийся подъем - это прямолинейный полет самолета с набором высоты с постояннойскоростью.

Режим подъема характеризуется следующими параметрами:- скоростью по траектории - скорость подъема υ;- углом наклона траектории подъема к горизонту - угол подъема θ ;- вертикальной составляющей скорости подъема - вертикальная скорость υу.СХЕМА СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА САМОЛЕТ НА ПОДЪЕМЕРассмотрим прямолинейный установившийся подъем самолета, траектория которого наклонена кгоризонту под некоторым углом θ , называемым углом подъема.При подъеме на самолет действуют следующие силы (Рис.