Аэродинамика самолета, страница 17

90).При взятии ручки управления на себя угол атаки увеличивается, подъемная сила Y возрастает итраектория сначала искривляется вверх, т. е. угол подъема увеличивается. Однако самолет не имеетвозможности уравновеситься на более крутой траектории, так как избыток тяги ΔP1, имевшийся в исходномрежиме полета и уравновешивающий составляющую веса G sinуравновешивания возрастающей составляющей силы веса самолетаподъемаθ1,окажется недостаточным дляG ⋅ sinθ1 ' при новом увеличенном углеθ1' > θ1Скорость, а значит, и подъемная сила начинают уменьшаться, а траектория, ставшая сразу послевзятия ручки управления на себя более крутой, будет постепенно (по мере падения скорости) отклонятьсявниз.

Так как на вторых режимах избыток тяги с уменьшением скорости уменьшается, то равенство'ΔР2=Gsin θ будет достигнуто лишь при новом угле наклона траектории θ 2 < θ1 .На первых режимах подъема взятие ручки управления самолетом на себя сопровождаетсяувеличением угла подъема, так как уменьшение скорости (после взятия ручки управления на себя) вызываетувеличение избытка тяги, а большему избытку тяги соответствует более крутой подъем самолета.Рис. 90 1-е и 2-е режимы подъемаБАРОГРАММА ПОДЪЕМАВажной характеристикой скороподъемности самолета является барограмма подъема, котораяпредставляет собой график, показывающий время, затрачиваемое на набор той или иной высоты на режимемаксимальной вертикальной скорости подъема.Барограмму подъема можно получить практически в полете с помощью барографа(бароспидографа) или путем записи показаний высотомера через определенные промежутки времени.Барограмму можно построить и расчетным путем, используя график изменения вертикальной скоростиподъема по высоте.С помощью барограммы подъема можно определять время набора любой высоты.Для построения барограммы подъема расчетным путем нужно иметь график υy = f(H) (Рис.

91).Расчет проводится в следующем порядке.1. Разделяем всю набираемую высоту (до теоретического потолка) на ряд участков (Н1,Н2,Н3,Н4 и т.д.) с таким расчетом, чтобы вертикальные скорости в начале и конце участка отличались по величине неболее чем в 1,5 раза.2. По графику υу = f{H} находим значения вертикальной скорости на границе каждого участка.Полученные данные заносятся в таблицу.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА733. Для каждого участка находим υУСР - среднюю скорость вертикального подъема.4. Вычисляем продолжительность подъема на каждом участке по формулеt=ΔΗυУср.(5.11)5. Складывая нарастающим итогом величины Δt, получим время набора той или иной высоты.Для удобства пользования время выражаем в минутах.По полученным данным ci роится барограмма подъема.Из Рис.

92 видно, что, чем ближе к потолку, тем больше времени требуется для набора одинаковойвысоты.Рис. 91 К расчету барограммы подъемаРис. 92 Барограмма подъемаАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА74Кривая Н = f(t) асимптотически приближается к теоретическому потолку самолета, но для егодостижения требуется бесконечно большое время.ПОТОЛОК САМОЛЕТАС подъемом на высоту избыток тяги уменьшается и на какой-то определенной высоте становитсяравным нулю. А это значит, что и вертикальная скорость установившегося подъема тоже уменьшится донуля.

На этой высоте и выше самолет не имеет возможности совершать установившийся подъем.Высота полета, на которой вертикальная скорость установившегося подъема равна нулю,называется теоретическим (или статическим) потолком самолета.На теоретическом потолке избытка тяги нет, поэтому возможен только горизонтальный полет итолько на наивыгоднейшем угле атаки (и только на наивыгоднейшей скорости), на котором наименьшаяпотребная тяга. Диапазон скоростей при этом равен нулю (Рис. 93).Рис.

93 К определению потолка самолета: а - график зависимости Vу от высоты полета; б - кривыепотребных и располагаемых тяг на теоретическом потолкеПри установившемся подъеме самолет практически не может достигнуть теоретического потолка,так как по мере приближения к нему избыток тяги становится настолько мал, что для набора оставшейсявысоты потребуется затратить слишком много времени и топлива. Из-за отсутствия избытка тяги полет натеоретическом потолке практически невозможен, потому что любые нарушения режима полета без избыткатяги нельзя устранить. Например, при случайно образовавшемся даже небольшом крене самолет теряетзначительную высоту (проваливается).

Поэтому кроме понятия теоретического (статического) потолкавведено понятие так называемого практического потолка.Условно считают, что практический потолок самолета есть высота, на которой максимальнаявертикальная скорость подъема равна 0,5 м/с.Разница между теоретическим и практическим потолком у современных самолетов невелика и непревышает 200 м. Теоретический и практический потолки можно определить по графику (см. Рис.

93).Современные самолеты при полете с большими скоростями полета обладают настолько большимGυ 2(),что могут использовать его для набора высоты. Причем если самолетзапасом кинетической энергии 2 gлетит вблизи практического потолка, то он за счет использования запаса кинетической энергии, сохраняяуправляемость, может подняться на высоту, большую его теоретического потолка, даже при отсутствииизбытка тяги.Рис. 94 Подъем самолета на динамический потолокМаксимальная высота, набираемая самолетом за счет запаса кинетической энергии, на которойможно создать скоростной напор, необходимый для сохранения управляемости, называется динамическимпотолком.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТАЕсли в горизонтальном полете вблизи практического потолка Ннач самолет имеет скорость75υнач иG ⋅υ2 g , то при дополнительном наборе высоты ΔН скорость самолетаобладает кинетической энергиейуменьшится до υкон = υЭВ (минимальная эволютивная скорость, при которой еще сохраняется2НАЧ2G ⋅υ КОН,g2но зато самолет приобрететуправляемость) и его кинетическая энергия станет равнойG⋅ΔΗ.дополнительную потенциальную энергию22G ⋅υ НАЧG ⋅υ НАЧ−G ⋅ ΔΗ =.2п2g(5.12)После преобразований получимΔΗ =(υ НАЧ + υ КОН )(υ НАЧ − υ КОН ).2gилиΔΗ =υСР ⋅ Δυg,(7.19)где υср - средняя скорость;Δυ - потеря скорости на горке.Как видим из формулы, прирост высоты за счет уменьшения скорости на величину Δυ тем больше,чем выше средняя скорость самолета.Достичь динамического потолка можно следующим образом: на некоторой высоте самолетразгоняется до максимальной скорости и выполняет горку.

Перевод самолета на горку достигаетсяувеличением подъемной силы Y.Маневр нужно начинать с такой высоты, на которой можно получить достаточную для искривлениятраектории подъемную силу. На практическом потолке из-за малой плотности воздуха полет самолетасовершается на больших углах атаки (больших Су) и запас для увеличения Су до Су макс получается оченьмалым.

Поэтому на практическом потолке маневр на горку будет выполняться с очень большим радиусомкривизны траектории. Это приводит к медленному набору высоты, а затем из-за недостатка подъемной силытраектория начнет искривляться вниз. Для набора наибольшей высоты управляемого полета (динамическогопотолка) разгон самолета и начало маневра целесообразно перенести на меньшие, чем Нпр, высоты. Насамолетах больших скоростей разгон и маневр выхода на динамический потолок начинают при М = Мпред навысоте, меньшей практического потолка на 2000 - 4000 м (Рис. 94).ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ПОДЪЕМ САМОЛЕТАПроведенные расчеты и построение графиков барограммы и траектории подъема были выполненыдля штилевых условий.

В действительности движение самолета осуществляется при наличии ветра ипредставляет собой сложное движение, состоящее из относительного движения самолета с воздушнойскоростью и переносного движения самолета вместе с массой воздуха со скоростью ветра W (Рис. 95).Рис. 95 Влияние ветра на подъем самолетаАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА76Скорость самолета относительно земли, так называемая путевая скорость, равна геометрическойсумме относительной (воздушной) и переносной (скорости ветра) скоростей.

Если самолет летит вбезветрие, то υпуг= υ, если против ветра, то υпуг= υ−W, при попутном ветреυпуг= υ+WВ связи с этим изменяется угол набора высоты θ (см. Рис. 95). Величина же вертикальнойскорости подъема остается неизменной. При подъеме со встречным ветром угол подъема больше, апроходимый путь меньше, чем при безветрии. Подъем при попутном ветре будет проходить с меньшимуглом подъема, т. е. более полого, и самолет будет проходить большее расстояние.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА77ПЛАНИРОВАНИЕ САМОЛЕТАПрямолинейное и равномерное движение самолета по наклонной вниз траектории называетсяпланированием или установившимся снижением.Угол, образованный траекторией планирования и линией горизонта, называется угломпланирования θ пл.Снижение может производиться как при наличии тяги, так и при ее отсутствии.Планирование есть частный случай снижения самолета, при котором самолет снижается свыключенным двигателем или двигателем, работающим на малых оборотах, с тягой, практически равнойнулю.

Планирование самолетов производится с целью уменьшения высоты полета и для полета к меступосадки.Для планеров планирование является основным режимом полета. Планирование с угламипревышающими 30°, называется пикированием.θ пл,СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА САМОЛЕТ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИПри планировании на самолет действуют сила веса самолета G, и полная аэродинамическая сила R.Так как движение самолета осуществляется по наклонной вниз траектории, то силы действуют следующимобразом.1.