Тема. Основные этапы и динамика полета самолета

1. Виды движения самолета: взлет, подъем. Влияние различных факторов.

2. Горизонтальный полет. Уравнение. Потребная, избыточная тяга.

3. Снижение и посадка. Факторы, влияющие на уменьшение длины пробега и на безопасность полетов.

Выполнение полетов

Полетом самолета называется управляемое движение самолета в воздухе после взлета до посадки, характеризующееся траекторией, скоростью, высотой, ускорением.

Этапы: взлет, набор высоты (подъем), горизонтальный полет, вираж, снижение, посадка.

Для того, чтобы самолет мог оторваться от земли, т.е. получить подъемную силу, несколько большую, чем вес, и затем продолжить полет, ему необходимо иметь определенную скорость движения. Эту скорость самолет приобретает при разбеге по аэродрому, водной акватории или при помощи катапульты.

Взлет представляет собой ускоренное движение самолета со страта до набора высоты 25 (10) м и является наиболее ответственной частью полета. Взлет самолета с поршневыми двигателями (ПД) можно разбить на три этапа: разбег и отрыв; выдерживание над землей для набора скорости; подъем на высоту 25 (10) м, превышающую высоту препятствий на границе аэродрома

При разбеге самолет набирает скорость, при которой на крыле появляется подъемная сила, отрывающая самолет от земли. В процессе разбега сила тяги двигателей больше лобового сопротивления и сил трения колес о землю. Отрыв самолета наступает после того, как подъемная сила крыла станет равной весу самолета. Эта скорость носит название скорости отрыва, а расстояние от момента страгивания до отрыва – длина разбега. После отрыва от земли сразу же не начинается подъем для самолетов с П.Д., т.к. надо набрать предварительную скорость. С этой целью пилот выдерживает самолет в горизонтальном полете, т.е. производит дальнейший разгон самолета для увеличения скорости до величины, необходимой для безопасного и быстрого подъема.

После достижения необходимой скорости при выдерживании самолета с П.Д. – его переводят в режим подъема.

Самолеты с ТРД и ТВД, как имеющие большой запас мощности, в таком этапе, как выдерживание, не нуждаются. Самолет после отрыва идет на подъем с постепенным увеличением вертикальной скорости и набора высоты.

Взлетная дистанция – расстояние по горизонтали, которое проходит самолет от начала старта до набора высоты 25 (10) метров. (стр.98)

На разбег самолета влияют ряд факторов:

- Полетный вес; при изменении веса меняется как удельная нагрузка на крыло, так и относительная тяговооруженность самолета.

- Атмосферные условия; тяга ТРД примерно пропорциональна изменению давления и обратно пропорциональна температуре. Поэтому зимой тяга больше и длина разбега уменьшается. Но увеличение высоты аэродрома на 500 м увеличивает длину разбега примерно на 10%.

- Отклонение закрылков и щитков; в среднем коэффициент подъемной силы при их отклонении увеличивается на 25-30%, что уменьшает длину разбега на 10-15%. При взлете щитки отклоняются не полностью.

- Ветер; для транспортного самолета (G=20 т) встречный ветер со скоростью 20м/сек сокращает длину разбега на 30%.

- Состояние ВВП и др.

Подъемом самолета называется равномерное прямолинейное движение самолета с набором высоты

Угол наклона траектории подъема к горизонту – называется углом подъема.q

Подъем Л.А. характеризуется:

- скоростью по траектории подъема;

- вертикальной скоростью.

Вертикальной скоростью подъема называется высота, набираемая Л.А. за одну секунду. Она характеризует скороподъемность самолета.

Кривая зависимости между высотой и временем набора различных высот, называется барограммой полета. При подъеме самолета вертикальная скорость постепенно уменьшается и на какой-то высоте становится равной нулю, т.е. самолет не может больше подниматься вверх.

Условная высота полета, на которой вертикальная скорость равна нулю, называется теоретическим потолком самолета.

Практическим потолком самолета называется такая высота, на которой вертикальная скорость равна 0,5 м/сек.

Потребная тяга - это тяга, необходимая для подъема самолета, она уравновешивает силу лобового сопротивления и составляющую веса самолета. (стр.164)

Избыточной тягой называется разность между располагаемой тягой (т.е. тягой, которую способна развивать силовая установка на полном газе) и потребной тягой.

Горизонтальным полетом называется прямолинейный равномерный полет самолета без подъема и снижения, т.е. полет

с постоянной скоростью и на постоянной высоте.

В горизонтальном полете на самолет действуют три силы: полная аэродинамическая сила R, вес G и тяга P. R – разложим на подъемную силу Y и силу лобового сопротивления X. Для осуществления горизонтального полета необходимо: силу лобового сопротивления уравновесить силой тяги, а силу тяжести – подъемной силой. Горизонтальный полет происходит при равновесии сил по инерции.

Режим горизонтального полета можно осуществлять с различными скоростями, изменяя для каждого режима угол атаки. В горизонтальном полете каждому углу атаки самолета соответствует вполне определенная потребная скорость. Чем меньше угол атаки, тем больше должна быть скорость.

Минимальная скорость – это наименьшая скорость, с которой самолет может совершить горизонтальный полет. Летать на минимальной скорости не рекомендуется, так как при такой скорости самолет летит на критическом угле атаки и может свалиться на крыло.

Вираж – это криволинейный полет самолета в горизонтальной плоскости и служит для изменения направленности полета. В практике различают правильные и неправильные виражи.

Правильным виражом называют такой полет по дуге окружности радиусом R на постоянной высоте с постоянной скоростью и без скольжения, т.е. когда вектор скорости лежит в плоскости симметрии самолета. Под скольжением понимают угол между вектором скорости и плоскостью симметрии самолета.

Неправильный вираж – это полет самолета по криволинейной траектории со скольжением и переменной величиной радиуса.

Горизонтальная составляющая Y_г подъемной силы не уравновешена и служит центростремительной силой, вызывающей искривление траектории. При вираже Y (подъемная сила) должна быть больше, чем в обычном горизонтальном полете. Следовательно, крыло нагружено больше.

Отношение подъемной силы при вираже, к величине подъемной силы, потребной для обычного горизонтального полета, называется перегрузкой.

В горизонтальном полете перегрузка равна единице. При вираже величина подъемной силы (перегрузка) должна быть тем больше, чем больше крен самолета.

Следовательно, при правильном вираже перегрузка определяется только углом крена и не зависит от типа и веса самолета.

Снижение. Режимом снижения называется прямолинейное и равномерное движение самолета вниз по наклонной к горизонту траектории. Практически снижение может осуществляться как без тяги двигателей (планирование), так и с тягой двигателя. Угол, под которым наклонена траектория, называется углом планирования. (q пл.)

Угол планирования не зависит от высоты полета и веса самолета. На скорость будет влиять только изменение плотности или веса. При большом весе на одном и том же угле атаки скорость планирования будет больше, а угол планирования останется прежним.

Весьма важной характеристикой планирования является дальность планирования, т.е. дальность по горизонту, которую проходит самолет от начала до конца планирования.

Дальность планирования зависит от высоты, угла планирования, скорости и направления ветра.

Встречный ветер уменьшает, а попутный - увеличивает длину планирования.

Для уменьшения скорости планирования отклоняются щитки, в результате скорость быстро падает.

Посадка – заключительная и самая ответственная часть полета с высоты 25 м до полной остановки самолета после пробега. Расстояние, проходимое при этом самолетом, называется посадочной дистанцией. В процессе захода на посадку осуществляется выпуск шасси и предварительный выпуск закрылков.

Посадка включает в себя следующие этапы: снижение, выравнивание, выдерживание, парашютирование, приземление и пробег.

В конце снижения производится выравнивание самолета таким образом, чтобы траектория его движения стала параллельной земле. Выравнивание заканчивается на высоте 0,5-1 м. Его осуществляют штурвалом на себя, т.е. увеличивая угол атаки.

Выдерживание – это постепенное уменьшение скорости при увеличении угла атаки. При дальнейшем движении самолета в процессе выдерживания, подъемная сила постепенно уменьшается и становится меньше веса самолета. Самолет начинает парашютировать и мягко приземляется на ВПП. Скорость в момент приземления называется посадочной. При пробеге скорость самолета падает, подъемная сила уменьшается, нагрузка на колеса возрастает, сила трения действует все сильнее и самолет останавливается.

У самолетов с ТРД длина пробега значительно больше, чем у самолетов с ПД, так как планирование и пробег осуществляются с тягой.

Факторами, уменьшающими длину пробега, являются:

- применение автомата торможения;

- применение щелевых и 2-х щелевых закрылков в сочетании с предкрылками;

- применение обратной тяги (реверсивные винты, реверс);

- тормозные парашюты;

- применение реактивного закрылка, что в несколько раз сокращает длину пробега.

Механизация крыла представляет собой комплекс устройств, с помощью которых может быть увеличена подъемная сила и сила лобового сопротивления, что дает возможность расширить диапазон скоростей при взлете и посадке. К таким устройствам относятся: предкрылки, посадочные щитки, закрылки, выдвижные закрылки (предкрылки), воздушные тормоза интерцепторы.

Закрылки:

a — простой; б — щелевой; в — трехщелевой с предкрылком; ; г — схема работы трехщелевого закрылка

1- предкрылок; 2 — интерцептор; 3 — дефлектор; 4 — закрылок

Виды механизации крыла: а — простой щиток; б — простой закрылок; в — выдвижной закрылок; г — выдвижной щелевой закрылок; д — предкрылок; е — гаситель подъемной силы. (стр.164)

Предкрылки - отклоняющаяся передняя часть крыла. Бывают: управляемые пилотом; связанные с элеронами; автоматические. Предкрылок может устанавливаться либо по всей длине крыла, либо на концевых частях его, напротив элеронов. Предкрылки для уменьшения посадочной скоростей применяют редко, в основном для улучшения поперечной устойчивости самолета на больших углах атаки.

Влияние предкрылка на подъемную силу и критический угол атаки для крыла:

1 — без предкрылка; 2 — с предкрылком; 3 — с концевым предкрылком

Схема крепления посадочных щитков: — простои посадочный щиток; 2 — выдвижной посадочный щиток (с подвижной осью)

Посадочные щитки представляют собой жесткие панели, составляющие часть нижней поверхности крыла и установленные в его хвостовой части вдоль размаха. В убранном положении ПЩ плотно прилегают к крылу и не искажают его профиль, а при их отклонении они увеличивают подъемную силу и лобовое сопротивление крыла. При этом искривляется профиль крыла, в результате чего увеличивается коэффициент подъемной силы, но уменьшается критический угол атаки. Бывают ПЩ: простой и выдвижной. Выдвижной более эффективен, так как при его отклонении увеличивается площадь крыла.

Закрылки – отклоняющаяся вниз хвостовая часть крыла, которая в отличие от элерона может отклоняться только вниз. (стр. 164) Он служит для увеличения диапазона скоростей. Различают следующие типы закрылков: простые и выдвижные (щелевой, двух-, и трех щелевые закрылки). Отклонение выдвижных закрылков приводит к росту площади крыла, в результате чего подъемная сила значительно увеличивается. Перемещение выдвижного закрылка производится при помощи специального устройства, расположенного в задней части крыла. Закрылок передвигается по монорельсам, выдвигаясь и отклоняясь на соответствующий угол.

Гаситель подъемной силы – отклоняющаяся на верхней поверхности крыла пластина. (стр. 164) При ее отклонении вверх резко возрастает давление на верхней поверхности, что приводит к резкому уменьшению подъемной силы, росту сопротивления крыла, а, следовательно, уменьшению длины пробега после посадки.