Аэродинамика самолета, страница 19

Летныекачества самолета остаются неизменными относительно воздушной среды, изменяется только дальностьпланирования.Рассмотрим планирование самолета при безветрии, встречном и попутном ветре. Пусть самолетпланирует с высоты Н в некоторую точку А на определенном режиме (Рис. 101, а). При встречном ветресамолет будет сносить ветром назад со скоростью U.

Сложив скорость планирования и скорость ветра поправилу треугольника, получим скорость полета самолета относительно земной поверхности Vзем.Относительно земной поверхности угол планирования увеличивается, а относительно воздушной средыостается прежним (Рис. 101, б). Летчику будет казаться, что он планирует в точку А, а на самом деле в точкуМ. Дальность планирования уменьшается и будет равна (в м)L1=L-Ut,где t - время планирования с высоты, с.При попутном ветре самолет сносит ветром вперед со скоростью U. В этом случае уголпланирования относительно земной поверхности уменьшается, а относительно воздушной среды остаетсянеизменным (Рис. 101, в).

Дальность планирования увеличивается:L2=L+Ut.Подставив значение L=HK, получимL1,2=HK±Ut(6.13)Время планирования от ветра не зависит (при условии, что ветер горизонтален), так как скорость Vyостается постоянной величиной.Изменение веса самолета влияет на дальность планирования следующим образом. При увеличенииполетного веса самолета увеличивается скорость планирования VПЛ. Следовательно, вертикальная скоростьпланирования VУ увеличивается, время планирования tПЛ уменьшается.

При уменьшении веса самолетанаблюдается обратная картина.Для получения максимальной дальности планирования при сильном встречном ветре планированиенеобходимо осуществлять со скоростью, большей наивыгоднейшей VНВ.Допустим, что самолет Як-55 на режиме, соответствующем наиболее пологому планированию прибезветрии, планирует против сильного ветра, скорость которого равна U=25 м/с (Рис. 102, а), у самолета Як55 минимальный угол планирования составляет θ мин=60; при этом наивыгоднейшая скорость полета равнаVНВ=137 км/ч.Изменив угол планирования так, чтобы он соответствовал большей скорости планирования прибезветрии, например, при угле планирования, равном θ '=10°, что у самолета Як-55 соответствует скоростипланирования, равной VПЛ=164 км/ч, видно, что дальность планирования увеличивается (Li>L) (Рис. 102, б).При планировании с попутным ветром необходимо выдерживать скорость полета немного меньшенаивыгоднейшей, но и не меньше экономической, для того чтобы получить максимальную дальность.Однако на малой высоте (примерно 500...600 м) скорость планирования ни при каких условиях недолжна быть менее наивыгоднейшей, с целью безопасности полета.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА83Рис.

101 Влияние ветра на дальность планирования и на угол планирования относительно землиРассмотрим планирование при нисходящем и восходящем потоке ветра (Рис. 103). Пусть самолетпланирует со скоростью УПЛ при нисходящем вертикальном течении, скорость которого U. Вертикальнаяскорость снижения VУ возрастает (Рис. 103, а), время и дальность планирования уменьшаются.Следовательно, при вертикальном потоке ветра, направленного вверх, дальность и время планированияувеличиваются, так как вертикальная скорость снижения уменьшается (Рис.

103, б).Рис. 102 Получение максимальной дальности планирования при сильном встречном ветреРис. 103 Влияние нисходящих и восходящих воздушных потоков на вертикальную скоростьотносительно землиВЕРТИКАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЛАНИРОВАНИЯВысота, которую самолет теряет при планировании за единицу времени, называется вертикальнойскоростью планирования. Для небольших (до 15°) углов планирования можно считать, чтоυ ПЛ = υ ГП .Из Рис.

104 можно определить, чтоАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА84υУ= tgθ ,υ ГППЛотсюда найдемυУПЛ= υ ГП ⋅ tgθ .Если раскрыть формулу (6.5), то получимυУ =2G1⋅.ρS k CуАнализ формулы показывает, что минимальная скорость снижения при планировании может бытьполучена при планировании самолета (планера) на экономической скорости, так как при этом величина1.k Cу имеет максимальное значениеПри увеличении полетного веса самолета увеличивается потребная скорость планирования, поэтомувертикальная скорость планирования также увеличивается. Увеличение высоты полета сопровождаетсяуменьшением массовой плотности воздуха, скорость планирования увеличивается, вследствие чеговозрастает и вертикальная скорость снижения.Рис.

104 Дальность планирования (при безветрии) тем больше, чем больше высота и чем меньше уголпланированияПЕРВЫЕ И ВТОРЫЕ РЕЖИМЫ ПЛАНИРОВАНИЯИнтервал первых режимов планирования - это планирование со скоростями, соответствующимиуглам атаки меньше наивыгоднейшего.Интервал вторых режимов планирования, - это планирование со скоростями, соответствующимиуглам атаки больше наивыгоднейшего.Границей между первым и вторым режимами является наивыгоднейший угол атаки αНВ. в, то естьрежим наиболее пологого планирования.Вторым режимам планирования свойственны те же особенности, что и вторым режимам подъема:ухудшение устойчивости и управляемости самолета, особенно при приближении к критическомууглу атаки; изменение управления самолетом - при взятии ручки управления на себя угол планирования неуменьшается, а увеличивается.Когда угол атаки приближается к критическому, самолет проваливается.

С переходом назакритические углы атаки это явление усиливается. Такое планирование называется парашютированием.При наличии малого скольжения самолет при парашютировании может сорваться в штопор. Следовательно,на малой высоте 500...600 м и ниже планировать на вторых режимах не безопасно (на скоростяхпланирования, меньших наивыгоднейшей скорости горизонтального полета).АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА85ВЗЛЕТ САМОЛЕТАКаждый полет начинается со взлета.

Взлет самолета может быть с разбегом или вертикальным.Большинство современных самолетов способно совершать взлет лишь с разбегом. В случаевертикального взлета самолет должен иметь силовую установку, которая создавала бы тягу(вертикальную силу), превышающую вес самолета.Взлетом называется ускоренное движение самолета от момента начала разбега до набора высоты 25м.Рис. 105 Схема взлета самолетаНормальный взлет состоит из трех этапов (Рис. 105): разбега, отрыва и разгона с подъемом(воздушного участка). Взлет представляет собой один из видов неустановившегося полета.ПРОФИЛЬ И ЭЛЕМЕНТЫ ВЗЛЕТАРАЗБЕГ САМОЛЕТАРазбег - это начальный период взлета, представляющий собой ускоренное движение самолета поземле, необходимое для приобретения такой скорости, при которой крыло создает подъемную силу,способную оторвать самолет от земли.На современных самолетах с трехколесным шасси разбег выполняется следующим образом.Перед разбегом, удерживая самолет на месте с помощью тормозов главных колес шасси, летчикплавно увеличивает тягу двигателей до максимальной, затем отпускает тормоза, и самолет начинаетдвижение на всех колесах шасси.

Когда скорость самолета достигнет такой величины, при которой рульвысоты становится достаточно эффективным, летчик взятием ручки на себя увеличивает угол атаки крыла иотрывает от земли носовое колесо. Дальнейшее движение самолета до отрыва происходит на главныхколесах шасси.Отрыв носового колеса необходим для придания самолету взлетного угла атаки.

В процессе разбегаскорость самолета увеличивается от 0 до скорости отрыва. Следовательно, разбег представляет собойпрямолинейное ускоренное движение под действием внешних неуравновешенных сил.Рис. 106 Схема сил, действующих на самолет на разбегеТехника взлета на самолете с хвостовым колесом отличается от техники взлета самолета с 3-хколесным шасси тем, что в начале разбега летчик при достижении скорости, на которой руль высотыстановится эффективным, отдачей ручки от себя опускает капот до линии горизонта и в таком положениисовершает разбег. Как только скорость самолета достигнет скорости отрыва, летчик незначительнымдвижением ручки управления на себя отрывает самолет от земли и на высоте 1 - 1,5 м совершает разгонскорости самолета до скорости подъема.

После этого самолет переводится в набор высоты.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА86На самолет при разбеге действуют следующие силы (Рис. 106):- сила тяги двигательной установки Р; в начале разбега ее величина максимальна, а затем по мереувеличения скорости постепенно уменьшается; у самолетов с поршневыми двигателями уменьшение тяги наразбеге более значительно, чем у самолетов с ТРД;- сила веса самолета Q; по величине неизменна, направлена вниз;- подъемная сила У; в начале разбега равна нулю, а в конце разбега, при отрыве, достигаетвеличины веса самолета;- сила лобового сопротивления Q; возрастает по мере разбега от нуля до некоторого значения (взависимости от угла атаки, скорости, высоты полета);- нормальная сила реакции земли N; в начале разбега равна весу самолета, а по мере нарастанияскорости и увеличения подъемной силы уменьшается до нуля при отрыве;- сила трения пневматиков о грунт F; зависит от коэффициента трения колес о землю и от силы N.F=N ⋅ f.Уравнения движения центра тяжести самолета при разбеге будут иметь вид:GP-Q-F= gi(7.1)XY-G+N=0,dυгде iХ = dt ускорение движения.Из уравнения следует, что в направлении движения действует неуравновешенная сила, равнаяразности сил Р - (Q + F) и вызывающая ускорение движения.

Нарастание скорости на разбеге будетпроисходить тем быстрее, чем больше величина этой неуравновешенной силы.Сила трения колес о землю равнаF=f ⋅ N=f(G-Y)(7.2)Из формулы видно, что сила трения в конце пробега обращается в нуль, так как при отрыве G=У.Ускорение при разбеге согласно уравнению (7.1) может быть выражено формулойiX = gP − [Q + f (G − Y )]G(7.3)iX = gP − (Q + F ) СРG(7.4)илиВвиду того что сила тяги в процессе разбега изменяется незначительно, а сила лобовогосопротивления Q при увеличении скорости увеличивается примерно в такой же мере, в какой уменьшаетсясила Р, ускоряющая сила на разбеге изменяется также незначительно.Из сказанного следует, что ускорение при разбеге сохраняется постоянным (iХ = const), т. е.

разбегявляется равноускоренным движением самолета.В реальных условиях среднее ускорение сильно зависит от величины коэффициента трения,который изменяется в зависимости от состояния взлетной полосы.Для расчетов можно принятьf1 =(Q + F ) СР,G(7.5)где f1 - осредненная величина коэффициента трения, зависящая от состояния поверхности ВПП.В таблице приведены величины коэффициента трения для различных взлетных полос.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТАВид взлетной полосыБетонТвердый грунтМягкий песчаный грунтСырой вязкий грунтff10,03-0,040,05-0,060,02-г0,30 0,25г-0,350,060,060,11-0,230,20-0,2687ОТРЫВ САМОЛЕТАВ конце разбега самолет приобретает такую скорость, когда его несущие поверхности создаютподъемную силу, равную весу самолета, и самолет отделяется от земли.Момент отделения самолета от земли называется отрывом.