Аэродинамика самолета, страница 18

Сила веса G направлена вертикально вниз и раскладывается на две составляющие: в направлении,перпендикулярном траектории движения -G1 = G ⋅ cosθ ПЛ , , и в направлении движения самолета -G2 = G ⋅ sin θ ПЛ .2. Полная аэродинамическая сила R раскладывается на:- подъемную силу У, уравновешивающую силу G1, чем обеспечивается прямолинейность движения;- силу лобового сопротивления, уравновешивающую силу G2, что обеспечивает постоянствоскорости движения по траектории.Поскольку планирование рассматривается как плоское поступательное установившееся движениесамолета, то линии действия всех сил, действующих на самолет, пересекаются в его центре тяжести.Так как при планировании самолет движется прямолинейно и равномерно, то все силы должныбыть взаимно уравновешены, и самолет в этом случае будет двигаться по инерции.Для того чтобы движение самолета было прямолинейным, необходимо равновесие сил,действующих перпендикулярно траектории движения.Условием прямолинейности движения является равенство сил Y и G1Y = G1 = G ⋅ cosθ ПЛ .

(6.1)Рис. 96 Схема сил, действующих на самолет при планированииДля того чтобы самолет двигался равномерно, необходимо силы, действующие вдоль траектории,взаимно уравновесить. Условием равномерности движения является равенство сил G2 и QQ = G2 = G ⋅ sin θ ПЛ .(6.2)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА78Следовательно, при отсутствии тяги уравнения движения центра тяжести самолета припланировании будут иметь видY = G ⋅ cosθ ПЛQ = G ⋅ sin θ ПЛ}.(6.3)Эти два уравнения тесно связаны между собой и при нарушении одного из них нарушается идругое.Равнодействующая сил Y и Q, т.

е. полная аэродинамическая сила R, при планировании всегданаправлена вверх и равна полетному весу самолета.R = G. (6.4)Из уравнений движения при планировании можно сделать следующие выводы:1. Подъемная сила при планировании меньше, чем в горизонтальном полете на том же угле атаки,так как она уравновешивает только часть силы веса G1. С увеличением угла планирования составляющаясилы веса G1 уменьшается, следовательно, должна уменьшаться и подъемная сила Y.2. Составляющая силы веса G2 при планировании выполняет роль тяги.

Если угол планированияувеличивается, то сила G2 тоже увеличивается, что вызывает увеличение скорости движения по траектории,а это в свою очередь вызовет увеличение силы лобового сопротивления Q, которая уравновесит G2, идвижение снова станет равномерным.ПОТРЕБНАЯ СКОРОСТЬ ПЛАНИРОВАНИЯ.ПРЕДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ САМОЛЕТАПотребной скоростью планирования называется скорость по траектории, необходимая длясоздания подъемной силы, равной нормальной составляющей веса самолета G cosG cosθ = Y = CyρV22ПЛθна данном угле атаки:S,откуда2Gcosθ = VГП cosθ .CyρSVПЛ =(6.5)Максимальная скорость планирования может превышать максимальную скорость горизонтальногополета.Так, например, при крутом или отвесном пикировании, когда самолет летит на очень малых углахатаки, можно получить большие скорости по сравнению с горизонтальным полетом.Предельная скорость полета самолета на планировании - это скорость установившегосяпикирования на угле атаки нулевой подъемной силы.

Эта скорость определяется из равенства X=G.Подставив значение развернутой формулы лобового сопротивления и решив уравнение относительноV2пред, получим (в м/с)VПРЕД =2G.CxρS(6.6)Предельная скорость планирования при отвесном пикировании самолетов Як-52 и Як-55 превышает максимальнуюскорость горизонтального полета почти в 3 раза. На практике ее достичь невозможно из-за ограничения прочности самолетов.УГОЛ ПЛАНИРОВАНИЯ САМОЛЕТАДля определения угла планирования запишем уравнение движения самолета в следующем видеGsin θ =X,Gcos θ =Y.Разделив первое равенство на второе, получимtgθ =X1= .YK(6.7)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА79Из полученной формулы видно, что угол планирования зависит только от аэродинамическогокачества самолета. Следовательно,tgθ МИН =1K МАКС.Минимальный угол планирования достигается при наивыгоднейшемаэродинамическое качество самолета достигает максимального значения:Для самолета Як-52-углеатаки,когдаθ мин =5° (с убранными шасси и посадочными щитками при нулевойтяге двигателя).Для самолета Як-55- θ мин = 6°.(при нулевой тяге двигателя).При планировании с работающим двигателем угол планирования можно подсчитать по формулеtgθ =1 P− .K G(6.8)При выпуске шасси и посадочных щитков на самолете Як-52 аэродинамическое качествоуменьшается, а угол планирования увеличивается.Угол планирования можно определить графически по поляре самолета (если она построена водинаковых масштабах для СУ и СХ), проведя из начала координат вектор к соответствующей точке кривой(Рис.

97, а, б). Угол, образованный вектором и осью Су, покажет величину угла планирования.Рис. 97 Примерный вид поляры самолета в одинаковых масштабах для Су и СхМинимальный угол планирования θ мин получим, проведя касательную к кривой из началакоординат.Из рисунка видно, что каждая прямая, кроме касательной, проведенная к кривой из началакоординат, пересекает эту кривую в двух точках, отмечая два угла с одинаковым качеством. Следовательно,один и тот же угол планирования может быть при малом угле атаки и большой скорости, и при большомугле атаки и при малой скорости.Так как качество самолета зависит только от угла атаки, то, следовательно, угол планирования отвысоты полета и веса самолета, при условии, что вес самолета увеличен без прироста СХ, не зависит.ПОЛЯРА СКОРОСТЕЙ ПЛАНИРОВАНИЯГрафик, показывающий зависимость вертикальной скорости снижения от поступательной скоростина различных углах атаки, называется полярой скоростей планирования или указательницей глиссадпланирования.Для построения поляры скоростей планирования необходимо иметь поляру самолета (планера).Расчет поляры скоростей планирования производят с помощью таблицы для нескольких высот полета.Задавшись рядом значений углов атаки, определяем величины коэффициентов подъемной силы илобового сопротивления.Определив Су и Сх и зная полетный вес самолета (планера) и высоту полета, рассчитывают, какпоказано в таблице, значения аэродинамического качества, угла планирования, скорости планирования,скорости снижения для каждого угла атаки.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА80По расчетным данным строят поляру скоростей планирования (Рис.

98). По поляре скоростейпланирования можно определить ряд характерных скоростей и режимов планирования.1.Экономическая скорость планирования и соответствующий ей экономический угол атакиопределяются проведением параллельно оси абсцисс касательной к поляре скоростей. В точке касаниянаходится экономический угол атаки, а перпендикуляр, восстановленный из точки касания на ось скоростейпланирования, обозначит экономическую скорость планирования. Планирование на экономическойскорости будет происходить с наименьшей скоростью снижения υУ.2. Наивыгоднейшую скорость планирования и наивыгоднейший угол атаки αнаив можно найтипроведением касательной из начала координат к поляре скоростей.

В точке касания находим угол атаки, вточке пересечения перпендикуляра, восстановленного из точки касания с осью скорости, - наивыгоднейшуюскорость. На этой скорости угол сниженияθминимальный, а дальность планирования - максимальная.3. Два угла атаки (α1 и α2) при одинаковом угле снижения находятся, если из начала координатпровести секущую к поляре скоростей. Так же как на поляре самолета (Су = f (Cx, α)), на поляре скоростейпланирования определяются два режима планирования I и II, границей раздела которых являетсянаивыгоднейшая скорость полета.Рис. 98 Поляра скоростей планированияНаибольшее применение поляра скоростей планирования имеет в планеризме; она более удобна дляпрактического использования, чем обычная поляра планера, так как на ней нанесены характеристики,непосредственно измеряемые в полете.

Для планериста важно: зная фактический диапазон скоростей полетапланера, выбрать такие значения горизонтальных скоростей, которые удовлетворяли бы заданному режимуснижения (υусн).ДАЛЬНОСТЬ ПЛАНИРОВАНИЯРасстояние, проходимое самолетом (планером) относительно земли за время планирования сданной высоты, называется дальностью планирования. Она является одной из важнейших характеристиксамолета и особенно планера.Найдем, какое расстояние пролетит самолет с высоты Н, если угол планирования его равенθпл.Из Рис. 99 видно, что LПЛ - это расстояние, проходимое самолетом относительно земли, котороеназывается дальностью планирования.Из Рис. 99 определимtgθ ПЛ =H.LПЛ(6.9)Но так как при планированииtgθ =1,kто получимН1= ,LПЛ k(6.10)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА81откуда находимLПЛ = H ⋅ k .(6.11)Из формулы (6.11) следует, что дальность планирования увеличивается с увеличением высотыполета и аэродинамического качества самолета.

Наибольшая дальность может быть достигнута при полетена наивыгоднейшем угле атаки, так как в этом случае аэродинамическое качество имеет максимальнуювеличину.Скорость, при которой достигается наибольшая дальность планирования, называется скоростьюнаибольшей дальности планирования. Эта скорость по своей величине близка к наивыгоднейшей скоростигоризонтального полета.Рис.

99 К определению дальности планированияРис. 100 Влияние ветра на дальность планированияРассмотрим факторы, влияющие на дальность планирования.1. Вес самолета, как можно заключить из формулы (6.11), на дальность планирования влияния неоказывает. Изменение веса самолета сказывается только на скорости планирования. Эти выводы верны приполете в штиль.2. При наличии ветра дальность полета изменяется так, как изменяется путевая скорость. Движениесамолета при наличии ветра состоит из движения его относительно воздуха и перемещения его воздухомотносительно земли со скоростью ветра.Дальность планирования в этом случае определяется по формулам:LПЛ=Н⋅k + W⋅t – при попутном ветре(6.12)LПЛ=Н⋅k - W⋅t – при встречном ветрегде t - время планирования, с;W - скорость ветра, м/с.При наличии ветра вес самолета оказывает некоторое влияние на дальность планирования, так как сувеличением веса самолет планирует с большей скоростью (на том же угле атаки), время на планированиезатрачивается меньшее, поэтому путь, на который он относится ветром (W⋅t), окажется тоже меньше, а,следовательно, и дальность также будет меньше, чем в безветрие.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА823.

Влияние механизации крыла. Отклонение закрылков или посадочных щитков всегда сопровождается уменьшениемаэродинамического качества, вследствие чего ухудшаются характеристики снижения: увеличиваются вертикальная скорость и уголпланирования, уменьшается дальность планирования.Как следует из формулы (6.5), помимо аэродинамического качества, на вертикальную скоростьGснижения оказывает влияние удельная нагрузка на крыло S .Для современных самолетов, даже при относительно хороших значениях аэродинамическогокачества, из-за большой удельной нагрузки на крыло скорости снижения достигают больших величин.Планеры предназначены для парящих полетов, т.

е. таких полетов, в которых вертикальная скоростьснижения планера должна быть меньше вертикальной скорости воздуха в восходящих потоках. Потомупланеры, имея значительно меньшую удельную нагрузку на крыло и большие значения аэродинамическогокачества (доходит до 50), могут в восходящих потоках совершать полеты без потери высоты и дажеувеличивать ее, т. е. совершать парящий полет.ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ПЛАНИРОВАНИЕТак же, как и в наборе высоты, на планировании ветер не влияет на скорость и угол атаки.