Аэродинамика самолета, страница 20

Подъемная сила самолетастановится несколько больше силы веса, и самолет, оторвавшись от земли, продолжает разгон скорости ипереходит в набор высоты.Скорость самолета, при которой он отрывается от земли, называется скоростью отрыва иопределяется по формуле2Gυ ОТР =CyОТР ρS,(7.6)В целях безопасности коэффициент подъемной силы СУотр предусматривается несколькоуменьшенным по отношению СУмакс и при отрыве составляет 0,8 - 0,85 СУмакс.GИз формулы (7.6) видно, что скорость отрыва зависит от удельной нагрузки на крыло S иплотности воздуха р.На величину скорости отрыва оказывает влияние техника выполнения взлета. С целью уменьшениядлины разбега иногда прибегают к отрыву самолета на меньшей скорости, для чего в конце разбега, когдасамолет наберет определенную скорость (соответствующую Vмин), летчик резко выводит самолет на углыатаки, близкие к критическому (так называемый взлет с подрывом).

Подъемная сила возрастает и самолетотрывается. Однако при этом скорость уменьшается до Vмин и ухудшаются характеристики устойчивости иуправляемости, полет становится небезопасным.ДЛИНА РАЗБЕГАДлиной разбега называется путь, проходимый самолетом от старта до точки отрыва отземли. Длина разбега является одной из главных характеристик самолета, по которой определяютнеобходимый размер взлетно-посадочной полосы.Рассматривая разбег самолета как равноускоренное движение с ускорением iср, можем записать(при отсутствии ветра): среднее время разбегаt СР =υ ОТРiСР,(7.7)средняя скоростьυ СР =υ ОТР2.(7.8)но так какLРАЗБ = υ СР ⋅ t ,то получимLРАЗБ =2υ ОТР2iСР .(7.9)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА88Как следует из формулы (7.9), длина разбега зависит в основном от скорости отрыва и величинысреднего ускорения на разбеге.Для приближенной оценки влияния отдельных параметров можно воспользоваться следующейформулой:LРАЗБ =2υ ОТР⎞⎛P2 g ⎜ СТ − f ⎟⎠⎝ G,(7.10)где РСР - тяговооруженность самолета;f - коэффициент трения.Выясним влияние различных эксплуатационных и конструктивных факторов на длину разбегасамолета.Влияние величины силы тяги силовой установки.

С увеличением силы тяги Р увеличиваетсяускоряющая сила Р-(Q+F), вследствие чего увеличивается ускорение и самолет быстрее (на меньшемотрезке пути) набирает скорость, равную скорости отрыва. С этим связано использование того или иногорежима работы двигателя. Как правило, взлет производят на взлетном режиме, т.

е. режиме наибольшейтяги (мощности). Увеличение тяги на 25% (за счет перехода на взлетный или форсажный режим) сокращаетдлину разбега с твердого грунта на 20 - 25%. Для сокращения длины разбега на некоторых типах самолетовпри взлете применяются стартовые ускорители, представляющие собой двигатели типа ЖРД или пороховыеракеты. Они кратковременно (в течение 10 - 15 сек) создают дополнительную значительной величины тягу итем самым сокращают длину и время разбега.

Скорость отрыва самолетов с ТРД от режима работыреактивных двигателей не зависит, а у самолетов с поршневыми двигателями (и с турбовинтовыми) онаможет уменьшаться за счет увеличивающейся эффективности обдувки несущих поверхностей струёй отвинтов, вследствие чего увеличивается СУМАКС.Влияние взлетного веса на длине разбега сказывается двояко. Увеличение его повышает скоростьотрыва (нужна большая подъемная сила) и уменьшается ускорение (самолет становится инертнее инесколько повышается сопротивление). И то и другое увеличивает длину разбега.Влияние состояния поверхности аэродрома связано с наличием силы трения колес о поверхностьвзлетной полосы. При рыхлом, мягком грунте сила трения возрастает, а ускоряющая сила [Р - (Q + Р)]уменьшается, в результате чего уменьшается ускорение, а длина разбега увеличивается.

Сила трения,выраженная коэффициентом трения f, зависит от нагрузки на колеса и состояния поверхности аэродрома.Чем меньше коэффициент трения, тем меньше сила трения F, а ускоряющая сила возрастает, чтосокращает длину разбега. Поэтому применение взлетных полос с твердым покрытием является одним изспособов уменьшения длины разбега.Влияние механизации крыла.

Перед взлетом на большинстве современных самолетов выпускаютсящитки (или закрылки) во взлетное положение, чтобы увеличить максимальное значение коэффициентаподъемной силы самолета.Рис. 107 Взлет самолета с наклонной ВПППри этом подъемная сила, необходимая для отрыва, возникает на меньшей скорости. Длядостижения меньшей скорости требуется и меньшая длина разбега.Влияние направления и скорости ветра.

Скорость, при которой создается необходимаяподъемная сила, представляет собой скорость самолета относительно воздушной массы. При встречномветре скорость отрыва складывается из скорости самолета относительно земли υ ПУТ и скорости ветраυ = υ ПУТ + ω .ω.(7.11)Следовательно, разбег выгодно совершать против ветра, так как в этом случае скорость воздухаотносительно самолета будет больше, чем скорость самолета относительно земли.

И отрыв произойдетраньше.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА89При взлете по ветру длина разбега увеличивается ввиду того, что воздушная скорость самолета вэтом случае равна разности между путевой скоростью и скоростью ветра:υ = υ ПУТ − ω .(7.12)Поэтому с целью сокращения длины разбега самолета старт разбивают таким образом, чтобы взлетсовершался против ветра.Влияние давления и температуры воздуха. От величины давления и температуры атмосферноговоздуха зависят скорость отрыва и сила тяги двигательной установки.

С уменьшением давленияувеличивается скорость отрыва, а сила тяги уменьшается, что ведет к увеличению длины разбега. Приувеличении температуры наружного воздуха длина разбега увеличивается, так как увеличивается скоростьотрыва и уменьшается сила тяги. Это происходит из-за уменьшения массовой плотности р при повышениитемпературы. Для самолетов с ТРД можно приближенно считать, что при отклонении на 1° температурыизменяется на 1% длина разбега.Наклон взлетной полосы. Если взлетная полоса имеет угол наклона θ (Рис. 1074), то ускорение наразбеге будет отличаться от ускорения при горизонтальном разбеге на величину g ⋅ sin θ , тогдаiСР = iСРГОР ± g ⋅ sin θ .(7.13)Угол наклона полосы на скорость отрыва не влияет и сказывается только на ускорении,следовательно, и на длине разбега.ВЫДЕРЖИВАНИЕ САМОЛЕТАВыдерживание.

Экономическая скорость не дает быстрого подъема, кроме того, она являетсяграницей между интервалами первых и вторых режимов, и поэтому подъем с этой скоростью на малойвысоте опасен. Следовательно, сразу же после отрыва от земли начинать подъем не следует, а необходимопредварительно набрать скорость, т. е. необходимо выдерживание для дальнейшего разгона скорости. Сэтой целью после отрыва летчик выдерживает самолет над землей с медленным отходом от нее.ПОДЪЕМ САМОЛЕТАПодъем. Как уже говорилось выше, выдерживание самолета над землей имеет цель увеличенияскорости полета до величины, необходимой для безопасного и быстрого подъема.Подъем самолета необходимо осуществлять на скорости не менее 170 км/ч для самолета Як-52 и150 км/ч - для самолета Як-55.В летной практике иногда выдерживают самолет над землей до несколько меньшей скоростиподъема, уменьшая при этом этап выдерживания, и переводят самолет на пологий подъем, во времякоторого скорость возрастает до взлетной, и только после этого летчик устанавливает нормальный уголподъема.Однако следует помнить, что, переводя самолет на подъем при скорости значительно меньшей, чемвзлетная, летчик замедляет разгон и, главное, будет управлять самолетом на режиме, близком к границевторых режимов.

Поэтому в первые секунды подъема запас скорости мал, что потребует от летчикаусиленного внимания и безупречного пилотирования.ВЗЛЕТНАЯ ДИСТАНЦИЯПуть, проходимый самолетом от начала разбега до места набора высоты 25 м, называется взлетнойдистанцией.Взлетная дистанция включает в себя длину разбега и воздушный участок пути от места отрыва доместа набора высоты 25 м.Длина воздушного участка зависит от среднего угла наклона этого участкаLВОЗД =25.tgθ(7.14)Чем меньше угол подъема, тем больше воздушный участок, тем больше и взлетная дистанция.После отрыва на самолетах с ТРД на воздушном участке производится выдерживание спостепенным отходом от земли и разгоном скорости.

Набрав нужную скорость, летчик переводит самолет внабор высоты, который отличается от выдерживания более крутой траекторией. Все движение от началаразбега представляет собой разгон, который требует избытка тяги, т. е. ускоряющей силы. На воздушномучастке эта сила определяется по формулеRУСК = P − Q − G ⋅ sin θ ,(7.15)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТАгде90θ - угол набора.ВЗЛЕТ С БОКОВЫМ ВЕТРОМНаличие бокового ветра ухудшает взлетные характеристики самолета и усложняет технику еговыполнения, так как несимметричное обтекание крыла создает разность в величине подъемных сил правогои левого полу крыльев.

В результате получается накренение самолета на разбеге и снос по ветру послеотрыва от земли. Несимметричное же обтекание вертикального оперения и фюзеляжа создаетразворачивающий момент против ветра (Рис. 108).Рис. 108 Взлет самолета с боковым ветромПри разбеге кренящий момент от бокового ветра будет создавать разную нагрузку на колеса шасси.У более нагруженного колеса большей будет и сила трения, которая начнет разворачивать самолет по ветру.Однако разворачивающий момент от боковых сил фюзеляжа и оперения по величине значительнопревосходит разворачивающий момент от разности в подъемных силах крыла, в результате чего самолетбудет разворачиваться против ветра. Для устранения разворота самолета при разбеге летчик используетэлероны и руль направления.

Однако их эффективность в начале разбега мала и возрастает с увеличениемскорости, поэтому в начале разбега парировать разворот труднее. Очевидно, что и величина отклонениярулей для предупреждения разворота будет больше в начале разбега, а затем по мере набора самолетомскорости отклонение рулей уменьшают, так как они становятся эффективнее. Поэтому при взлете с боковымветром основное внимание летчика должно быть сосредоточено на недопущении кренов и соблюдениипрямолинейности разбега.