Аэродинамика самолета, страница 39

Рассмотримвосходящую спираль. Она может выполняться как с тягой силовой установки, так и без нее. Рассмотримвыполнение спирали с тягой силовой установки на малом газу.Самолет снижается с постоянным углом к горизонту по траектории, представляющейцилиндрическую винтовую линию.Движение центра тяжести состоит из двух движений: вниз с вертикальной скоростью VУ=Vsin θ и вгоризонтальной плоскости по окружности со скоростью Vx=Vcos. θВес самолета G раскладывается на две составляющие, лежащие в вертикальной плоскости: Gcos θ иG sin θ . Подъемная сила Y наклонена вперед и в сторону и раскладывается на две составляющие: Y cosy лежащей в вертикальной плоскости и наклоненной вперед и Y sin γ -лежащей в горизонтальной плоскости.Неуравновешенная сила Y sin θ является центростремительной силой, искривляющей траекторию движениясамолета.Составляющая веса Gcos θуравновешивается составляющей подъемной силы Ycos γ , асоставляющая G sin θ и тяга силовой установки Р - уравновешивает лобовое сопротивление X.Рис.

186 Схема сил на спиралиУправления движения самолета на установившейся нисходящей спирали имеют вид:условие постоянства скоростиX − P − G sinθ = 0 ; (11.25)условие постоянства угла наклона траекторииY cos γ − G cos θ = 0 ; (11.26)условие искривления траекторииY sin γ =mV 2 cos 2 θr. (11.27)ПЕРЕГРУЗКА НА СПИРАЛИПерегрузка на спирали, действующая по направлению подъемной силы Y, определяется из условияпостоянства угла наклона траектории полета (11.26):nУ =Y cosθ=.G cos γ(11.28)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА157Полная перегрузка на спирали с учетом центростремительной силы Рцс определяется по формулеn П = 1 + (tgγ cos 2 θ ) 2 .(11.29)Из формул (11.28) и (11.29) следует, что перегрузка на спирали меньше, чем на вираже при том жеугле крена, потому что составляющая Ycosγ уравновешивает не полный вес самолета, как на вираже, а егосоставляющую Gcos θ .

Чем меньше угол наклона траектории полета, тем меньше потребная перегрузка.Потребная перегрузка на спирали всегда больше единицы, так как угол наклона траекториикрена самолета γ .θменьше углаСКОРОСТЬ НА СПИРАЛИПотребная скорость на спирали определяется из уравнения (11.26) условия постоянства угланаклона траектории ( Y cos γ = G cosθ ). Подставив вместо подъемной силы Y ее развернутое выражение,получимCy2ρVСП2CyS cos γ = G cosθ ,2ρVСП2S = G ny ,откуда при Cy=constVСП =2Gn y = V ГП n y .CyρS(11.30)Из формулы (11.30) следует, что скорость, потребная для выполнения спирали, больше потребнойскорости для горизонтального полета при одинаковом угле атаки.При выполнении спирали скорость остается, как правило, постоянной, а изменяется угол атаки.Коэффициент подъемной силы Су в диапазоне летных углов атаки прямо пропорционален угламатаки, а так как Су отличается от CуСП на величину перегрузки nу(СуСП СуГП nу), то, следовательно, и углыатаки на спирали отличаются от углов атаки горизонтального полета на ту же величину, т.

е.α СП = α ГП nУ(11.31)Из формулы (11.31) следует, что при выполнении спирали на постоянной скорости угол атакиувеличивается пропорционально перегрузке.РАДИУС СПИРАЛИКак уже говорилось, что траектория спирали представляет собой цилиндрическую винтовуюлинию, следовательно, радиусом спирали можно считать радиус цилиндра.Из уравнения (11.27) - условия искривления траектории - находимY sin γ =mV 2 cos 2 θrСП,откудаrСПGV 2 cos 2 θ=,gY sin γ(11.32)Из формулы (11.32) следует, что с увеличением скорости радиус спирали возрастает, а сувеличением угла крена и угла снижения - уменьшается.Радиус спирали всегда меньше радиуса виража, так как cos θ <l.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА158ШАГ СПИРАЛИВысота, которую теряет самолет (или набирает) за один виток спирали, называется шагом спирали.Для определения шага спирали необходимо рассмотреть прямоугольный треугольник разверткиодного витка спирали (Рис.

187). Из рисунка следует, чтоhСП = 2πr tgθ(11.33)иhCП =2πrV 2 cosθg tgγtgθ = 0,064V 2 sin θ.tgγ(11.34)Из формулы (11.34) следует, что при увеличении скорости и угла наклона траектории полета θ шагспирали увеличивается.Наивыгоднейшая спираль на планировании. Спираль, за один виток которой самолет теряетнаименьшую высоту, называется наивыгоднейшей. Вертикальная скорость Vy при выполнениинаивыгоднейшей спирали имеет наименьшую величину. Минимальная вертикальная скорость напланировании получается при выполнении полета на экономическом угле атаки.

Для наивыгоднейшейспирали требуется крен 45° и скорость, превышающая экономическую соответственно крену. Эти спиралибыли исследованы советским ученым В. П. Ветчинкиным.При исполнении наивыгоднейшей спирали запас скорости фактически отсутствует. Следовательно,ошибка в пилотировании самолета может привести к срыву самолета в штопор.Выполнять наивыгоднейшую спираль необходимо только на безопасной высоте.Рис. 187 К определению шага спиралиМинимальный шаг спирали получается при крене γ=45°, так как sin 2 γ имеет при этоммаксимальное значение, т.

е, выполнение спирали с креном более или менее 45° ведет к увеличению шагаспирали. Если крен на спирали менее 45°, та время выполнения спирали (одного витка) увеличивается,соответственно увеличивается и потеря высоты за один виток. Если крен на спирали более 45°, товследствие увеличения перегрузки и, как следствие, лобового сопротивления скорость уменьшается,поэтому для сохранения скорости необходимо увеличить угол траектории полета θ, что приводит кувеличению вертикальной скорости снижения, и потеря высоты также увеличится за один виток;увеличение аэродинамического качества приводит к уменьшению шага спирали;с увеличением перегрузки шаг спирали уменьшается.ТЕХНИКА ВЫПОЛНЕНИЯ СПИРАЛИСпираль выполняется на скорости 180 км/ч и крене 45°.

Перед выполнением спирали осмотретьвоздушное пространство, особое внимание уделить стороне, в которую будет выполняться спираль,свободно ли воздушное пространство. В режиме планирования установить скорость 180 км/ч, приположении рычагов управления дроссельной заслонкой карбюратора - полностью на себя, шагом винта полностью от себя.

Плавным и координированным движением ручки управления и педалей ввести самолет вспираль. Заданный угол снижения θ и угол крена γ выдерживать по видимым частям фонаря кабинысамолета и капота относительно горизонта, а также по авиагоризонту. По мере увеличения угла необходимоувеличить перегрузку с таким расчетом, чтобы при заданном крене составляющая подъемной силы Ycos γуравновешивала составляющую G cosθ.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА159По достижении заданного крена незначительным движением ручки управления и педалей всторону, противоположную спирали, устранить стремление самолета к увеличению крена, угловой скоростии скорости по траектории.На спирали за счет разности подъемных сил внешнего и внутреннего полукрыльев самолетстремится увеличить угол крена.

Также при выполнении правой спирали за счет гироскопического моментасиловой установки самолет стремится увеличить угол крена и тангажа, а на левой спирали, наоборот уменьшить.Выдерживание заданной скорости на спирали производить изменением угла наклона траектории,тем самым изменяя величину составляющей веса самолета Gsin θ (не допуская скольжения - шарик вцентре).Внимание на спирали распределяется так же, как при выполнении виража. В процессе выполненияспирали контролировать температурный режим работы двигателя, не допуская понижения температурыголовок цилиндров ниже 150° и температуры масла ниже 40°.Вывод из спирали производить координированными отклонениями ручки управления и педалей всторону, противоположную крену. При этом во избежание потери скорости вначале убрать крен и угловоеперемещение, а затем вывести самолет в горизонтальный полет.ХАРАКТЕРНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СПИРАЛИ:некоординированный ввод в спираль - самолет разворачивается с внешним скольжением иливнутренним;не выдерживается угол наклона траектории, продольной оси самолета относительно горизонта увеличивается или уменьшается скорость;не поддерживается крен заданной величины - самолет опускает капот, увеличивается скорость исамолет входит в крутую спираль с увеличением скорости.При увеличении поступательной и вертикальной скорости и входе в крутую спираль необходимо:вывести самолет из крена;уменьшить угол снижения;вывести самолет в горизонтальный полет.ПИКИРОВАНИЕПикированием называется крутое снижение самолета по прямолинейной траектории с угламинаклона 30° и более.Оно применяется для быстрой потери высоты и разгона скорости.

При выполнении сложного ивысшего пилотажа пикирование является составным элементом большинства фигур.Пикирование подразделяется на виды:пологое - с углом пикирования менее 8<45°;крутое - с углом θ =45...80°;отвесное - с углами θ =80...90°;отрицательное - с углами θ >90°.Пикирование состоит из трех элементов: ввода, прямолинейного участка и вывода. Ввод и выводявляются криволинейными маневрами.Ввод в пикирование. С точки зрения выполнения не представляет трудностей. Ввод в пикированиеосуществляется с разворота и с прямой.

Рассмотрим оба случая.Ввод в пикирование с разворота. Применяется для выполнения захода по стреле квадратапилотажа.Пусть самолет летит в горизонтальной плоскости (в горизонтальном полете), все силы,действующие на самолет, находятся в равновесии. При вводе самолета в пикирование с разворота создаетсяцентростремительная сила, которая искривляет траекторию полета в горизонтальной и вертикальнойплоскости. Схема сил, действующих на самолет при вводе с прямой, показана на Рис. 188.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА160Рис.

188 Схема сил, действующих на самолет при пикированииЦентростремительной силой, искривляющей траекторию полета в вертикальной плоскости,является разность между составляющей подъемной силы и составляющей веса самолетаЦентростремительной силой, искривляющей траекторию полета в горизонтальной плоскости,является неуравновешенная горизонтальная проекция подъемной силыВвод в пикирование с прямой из горизонтального полета.