Аэродинамика самолета, страница 36

Летчик, руководствуясь показаниями этого прибора, может своевременно уменьшитьперегрузку, когда она становится опасной для прочности самолета. На самолетах Як-52 и Як-55 установленакселерометр АМ-9С.Ограничение перегрузки nу по прочности самолета. Предельно допустимые для конструкциисамолета перегрузки зависят от его назначения.

Наибольшую эксплуатационную перегрузку имеютманевренные самолеты, такие как пилотажные, спортивные и самолеты-истребители.Существуют официальные государственные нормы прочности, устанавливающие предельнодопустимые (эксплуатационные) перегрузки для каждого класса самолетов.Физиологические ограничения перегрузок связаны с воздействием перегрузок на человеческийорганизм. Под воздействием перегрузок в человеческом организме происходит утяжеление всех егоорганов, деформация скелета, отлив крови от одних органов и прилив ее к другим.

Величина перегрузки,которую может перенести человек, зависит от направления перегрузки, от времени ее воздействия и темпанарастания, а также от общей и физической подготовки.На переносимость перегрузки влияют следующие факторы: удобство расположения сиденья;температура; давление воздуха в кабине; степень утомляемости; субъективные особенности летчика.

Легчепереносятся перегрузки в направлении «спина - грудь» и «грудь - спина» и труднее - «таз - голова»(особенно при отрицательных перегрузках). При отрицательных перегрузках прилив крови к голове резкосказывается на работоспособности летчика. Поэтому для успешного овладения акробатическим пилотажемна самолете Як-55 необходимо заниматься физической подготовкой.ВИРАЖ САМОЛЕТАВираж самолета - это криволинейный полет самолета в горизонтальной плоскости с разворотомна 360°.Часть виража, имеющая цель изменение направления движения на угол, меньший 360°, называетсяразворотом.

Вираж с постоянной скоростью и углом крена называется установившимся. Установившийсявираж без скольжения называется правильным (Рис. 177, а).Рис. 177 Схемы виражей: а - правильный вираж; б - вираж с внутренним скольжением; в - вираж свнешним скольжениемАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА147Рис. 178 Схема сил, действующих на самолет на вираже (вид спереди)Вираж может быть неустановившимся, при котором будет меняться скорость и радиус, вираж соскольжением, вираж с набором или потерей высоты.Если самолет имеет скольжение во внутреннюю сторону виража или во внешнюю, то направлениескорости не совпадает с плоскостью симметрии и составляет с ней некоторый угол β (Рис.

177, б, в). Впервом случае скольжение называется внутренним, во втором - внешним.ПРАВИЛЬНЫЙ ВИРАЖ. СХЕМА СИЛ И УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯНа вираже на самолет действует подъемная сила Y и лобовое сопротивление X, вес самолета G итяга силовой установки Р.Для осуществления виража необходима неуравновешенная сила, направленная горизонтально кцентру виража - центростремительная сила.

Для получения этой силы необходимо накренить самолетэлеронами в сторону виража на угол γ, который называется углом крена (Схема сил, действующих насамолет на вираже (Рис. 178). В результате этого на тот же угол наклонится и вектор подъемной силы крылаY. Разложив эту силу по вертикали и горизонтали, получим две силы - Ycos γ и Ysin γ. Из них сила Ycos γдолжна уравновешивать силу веса самолета G, а сила Y sin γ служит центростремительной силой.Значит, для осуществления правильного виража подъемная сила должна увеличиться с такимрасчетом, чтобы ее вертикальная составляющая Ycosγ могла уравновесить вес самолета G.

Это достигаетсядвумя способами: увеличением угла атаки или увеличением скорости полета. Если не выполнить этиусловия, то вертикальная составляющая Ycos 7 будет меньше веса самолета и под действием разности сил(G-Ycos 7) самолет будет снижаться на вираже, т. е. получится неправильный вираж - со скольжением.Уравнения движения на правильном вираже будут иметь вид:условие постоянства скоростиР-Х=0;(11.14)условие постоянства высотыYcosγ-G=0;(11.15)условие искривления траекторииY sin γ =mV 2;rВ(11.16)где rв - радиус виража.ПОТРЕБНАЯ ПЕРЕГРУЗКА НА ВИРАЖЕДля выполнения виража подъемная сила должна быть увеличена, и тем больше, чем больше крен.Следовательно, на вираже создается перегрузка, причем она будет расти с увеличением крена.На правильном вираже вес уравновешивается вертикальной составляющей подъемной силы.Выполняется условие G=Ycosγ, откуда нормальная перегрузка на вираже равнаny =Y1=.G cos γ(11.17)Таким образом, на правильном вираже величина потребной перегрузки определяется только угломкрена.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА148Зависимость потребной перегрузки nу от углов крена на вираже показаны на графике Рис.

179.Рис. 179 Зависимость перегрузки на вираже от кренаСледовательно, чем больше перегрузка, тем больше угол крена. При крене более 85° потребнаяперегрузка превышает эксплуатационную самолета Як-55 (+9), а при крене более 75°-эксплуатационнуюсамолета Як-52 (+7)..Величина предельного угла крена на вираже ограничивается теми же факторами, что и величинарасполагаемой и предельной по тяге перегрузки.

С подъемом на высоту величина предельного угла крена всоответствии с уменьшением предельной перегрузки будет понижаться, вызывая при этом увеличениерадиуса и времени виража.Следовательно, следует помнить, что при выполнении виража на предельном угле крена по тряскедаже незначительное увеличение угла крена может привести к срыву, так как запас по перегрузке от тряскидо срыва невелик.СКОРОСТЬ, ПОТРЕБНАЯ ДЛЯ ПРАВИЛЬНОГО ВИРАЖАДля выполнения виража необходимо увеличить подъемную силу по сравнению с горизонтальнымполетом. Этого увеличения можно достичь увеличением скорости полета при сохранении угла атаки либоувеличением угла атаки при сохранении скорости горизонтального полета.Еслиα = const, Cу B = Cy ГП = Су,то из уравненияG = Y cos γ = CyVВ =ρVВ22S cos γполучим2G1⋅= V ГП nУ .CyρS cos γ(11.18)nУСкорость, потребная на вираже, враз больше, чем в горизонтальном полете.

Так какперегрузка на вираже всегда больше единицы, то и потребная скорость всегда больше скоростигоризонтального полета при том же угле атаки.Но это не значит, что для выполнения виража необходимо увеличить скорость. Если до выполнениявиража полет выполнялся на малом угле атаки, т. е. на большой скорости, то для увеличения подъемнойсилы на вираже можно увеличить угол атаки.

Если же до выполнения виража полет выполнялся на большихуглах атаки, т. е. на малой скорости, то увеличить угол атаки нецелесообразно, так как возможен срыв вштопор или штопорное вращение, поэтому необходимо в этом случае увеличить скорость.В последнем случае летчик нередко допускает ошибку, которая приводит к срыву в штопор.Из полученной зависимости (11 18) следует, что на вираже скорость срыва, а также скорость,соответствующая наивыгоднейшему углу атаки, будут большими, чем в горизонтальном полете, так какCy В =2G1⋅= Cy ГП nУ ,2ρV S cos γ(11.19)при условии, чтоVB=VГП=V.ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА НА ПОТРЕБНУЮ СКОРОСТЬ НА ВИРАЖЕС увеличением высоты полета скорость, потребная для виража, увеличивается. При этом нужнопомнить, что на высоте скорость по прибору УС-450К остается неизменной.

Поэтому, выполняя вираж наАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА149высоте, необходимо выдерживать ту же скорость по прибору, которая необходима для выполнения виража уземли (при одинаковом полетном весе самолета).Влияние веса самолета. С увеличением веса потребная скорость возрастает (смотригоризонтальный полет).

Соответственно возрастает и потребная скорость для виража.Влияние веса на скорость виража легко проследить, сопоставив характеристики виража самолетовЯк-52 и Як-55.ТЯГА И МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБНЫЕ ДЛЯ ВИРАЖАПотребной тягой и мощностью для виража называется необходимая тяга или мощность,уравновешивающая лобовое сопротивление самолета на правильном вираже при данных значениях углаатаки и угла крена.Увеличение потребной скорости на вираже при неизменном угле атаки или увеличение угла атакипри неизменной скорости сопровождается увеличением лобового сопротивления по сравнению с еговеличиной в горизонтальном полете. Поэтому потребные для виража тяга и мощность должны быть больше,чем для горизонтального полета.Рис.

180 Увеличение потребной для виража мощности в зависимости от угла кренаКак и в горизонтальном полете, тяга на вираже равна лобовому сопротивлениюPВ = X В = С XρVВ22но минимально допустимая скорость на вираже равнаскоростиPВ = С XρVВ22S,РВ = VГП nУ , следовательно, при этойnУ S ,откудаРВ = Р ГП nУ .(11.20)Из формулы (11.20) следует, что с увеличением крена (перегрузки) потребная тяга на виражевозрастает Увеличение тяги на вираже возможно только за счет избытка тяги силовой установки Δ Р.Потребная мощность равна произведению потребной тяги на скоростьNВ =РВVВ РГП nУ VГП nУ=,7575откудаN B = N ГП nУ3 .(11.21)Из формулы (11.21) следует, что с увеличением крена (перегрузки) потребная мощность на виражевозрастает пропорционально корню квадратному из куба перегрузки.