Характеристики горизонтального полета

- Скорость, необходимая для создания подъемной силы, равной весу самолета при полете самолета на данном угле атаки и данной высоте полета, называется потребной скоростью горизонтального полета.

По определению горизонтального полета У=G:

Решив это уравнение, найдем скорость, потребную для горизонтального полета:

Из формулы следует, что величина потребной скорости зависит:

- от веса самолета;

-площади его крыла;

- высоты полета;

- коэффициента подъемной силы Су.

При полете на постоянной высоте(ρ= const) с заданной полетной массой скоростьV_потр определяется только величиной коэффициента подъемной силы C_y и зависит от угла атаки α.

Потребной тягой для горизонтального полета называется тяга, необходимая для установившегося горизонтального полета.

Условиями горизонтального полета являются: Y=G, Р_п=Х. Тогда, разделив первое равенство на второе, получим

или

Из формулы следует, что чем меньше вес самолета и чем больше его качество К, тем меньшая тяга потребуется для горизонтального полета. Из формулы также видно, что потребная тяга горизонтального полета зависит от квадрата скорости.

Потребной мощностью для горизонтальногополёта называется мощность, необходимая для горизонтального полета на данном угле атаки.

Определяется по формуле:

Задача 2. Определите тягу, потребную для горизонтального полета при угле атаки 5° и полетном весе 870 кгс

Решение. По поляре самолета находим, что при угле атаки 5° коэффициенты имеют значения. Су=0,39, Сх=0,045, следовательно, качество равно

Тогда потребная тяга будет иметь значение:

Задача 3. Летчик выполняет перелет на высоте 500 м. Первоначальный полетный вес составлял 1240 кгс Скорость полета V=240 км/ч. К концу перелета израсходовано 80 кгс горючего. Какова величина необходимой скорости горизонтального полета при том же угле атаки и той же высоте полета.

Решение Определим вес самолета без израсходованного горючего. Он составляет 1160 кгс.

Определим необходимую скорость для сохранения горизонтального полета по формуле:

Ответ: Потребная скорость составляет 225,6 км/ч.

Влияние высоты на горизонтальный полет. Скорость полета измеряется прибором (указателем скорости, cм. рис. 2.7 ), чувствительный элемент которого (манометрическая коробка) реагирует на изменение скоростного напора . Прибор измеряет не скорость полета, а значение скоростного напора.

Влияние угла атаки на горизонтальный полет. Если изменять угол атаки, будет изменяться коэффициент подъемной силы Су. Чем меньше Су, тем больше должна быть скорость полета, и наоборот.

При максимальном коэффициенте C_ymax ,т.е. на критическом угле атаки V_потр достигает минимального теоретического значения:

Vmin = .

Полет на Vmin не допустим из-за появления тряски, нарушения устойчивости и возможности перехода самолета в штопор. Поэтому в практических условиях вводится ограничение по минимально-допустимой скорости V_minдоп, обеспечивающей безопасность полета.

На минимальном угле атаки α_Cxmin, когда коэффициент лобового сопротивления C_x минимальный, можно достичь максимальной скорости горизонтального полета. Из уравнений движения можно вывести формулу максимальной скорости горизонтального полета:

Vmax= .

Формула показывает, что максимальная скорость достигается при работе двигателя на максимальном режиме ( при максимальной потребной тяге Pmax).

На практике Vmax имеет ограничение по сравнению с теоретически достижимой, так как при максимальном скоростном напоре конструкция летательного аппарата испытывает действие больших нагрузок, опасных для прочности.

Вывод: Каждому углу атаки при данной полетной массе и высоте полета соответствуют определенные скорость, тяга и мощность горизонтального полета.

Эти зависимости изображаются с помощью графиков -кривых Жуковского.

Кривые Жуковского

На установившихся режимах летательного аппарата могут быть получены предельные параметры движения, на которых допускается выполнение безопасного полета. Они определяются с помощью аэродинамического расчета, то есть движения ЛА под действием внешних сил. Отдельно выполняется расчет дальности и продолжительности полета.

Имеются два метода аэродинамического расчета самолета – метод метод тяг и метод мощностей.

В основе обоих методов лежит сравнение потребных и располагаемых тяг или потребных и располагаемых мощностей в режиме горизонтального полета.

Методы разработаны Н.Е. Жуковским в 1900 году и основаны на графическом построении совмещенных зависимостей Р_потр(N_потр) и Р_р(N_р) от истинной скорости полета самолета с данной массой на заданной высоте.

Кривые Жуковского по тягам. Это совмещенные графические зависимости по
требных и располагаемых тяг от скорости полета ( рис 6.2 ).

Кривые Жуковского по мощности. Это совмещенные графические зави
си
мости потребных и располагаемых мощностей от скорости полета

Рис. 6.3 Кривые располагаемых и потребных мощностей самолета

Кривая располагаемой мощности 1 представляет собой характеристику силовой установки по мощности (см рис.4.9 темы «Силовая установка самолета»).

Кривая потребной мощности 2 дает возможность определить мощность, необходимую для выполнения горизонтального полета на данной высоте и скорости .

Разность между мощностями N_р и N_потр называется избытком мощности ΔN.

По кривым располагаемой и потребной мощностей можно найти характерные скорости горизонтального полета:

- Максимальную V_max на угле атаки α_Cxmin – в точке пересечения кривых N_потр и N_р для максимального режима работы силовой установки(точка Ι );

- Минимальную Vmin на критическом угле атаки α_кр– в точке касания графика N_потр=f (V_ГП ) с прямой, параллельной оси ординат (точка ΙΙ );

-Наивыгоднейшую V_нв на наивыгоднейшем угле атаки α_нв - в точке касания графика с прямой, проведенной из начала координат ( точка ΙΙΙ ). Угол β для этой точки имеет минимальное значение: tg β_min=( N_потр / V)_min= G /K_max;

Экономическую V _эк на экономическом угле атаки α_эк – в точке касания кривой N_потр с прямой, параллельной оси абсцисс( точка ΙV).На этой скорости потребная мощность минимальна, следовательно, полет выполняется при минимальном часовом расходе топлива;

-Крейсерскую V _кр для крейсерского режима работы двигателя (точка Vпересечения кривыхN_потр и N_расп. Эта скорость составляет (0,8…0,9) V_max.

Разность между значениями максимальной и минимальной скоростей называется диапазоном скоростей установившегося режима полета ΔV= V_max- V_min.

Рис.6.4 Влияние веса на характеристики горизонтального полета

Влияние полетной массы самолета можно оценить по кривым Жуковского (рис.6.4):

При увеличении полетной массы от значения G₁ до G₂ потребные скорости V_потр увеличиваются пропорционально G^3/2. Следовательно, скорости минимальная, экономическая и наивыгоднейшая возрастают.

Потребная тяга и потребная мощность также возрастают. Графики показывают, что на самолете уменьшаются избытки мощности и избытки тяги, диапазон скоростей, так как уменьшается максимальная скорость.

Следовательно, увеличение массы самолета вызывает ухудшение летных характеристик в режиме горизонтального полета, сокращаются границы допустимых скоростей и высот полета.

Рис.6.5 Влияние высоты на характеристики горизонтального полета

Влияние высоты полета на характеристики горизонтального полета показано на кривых Жуковского рис.6.5.

Графики показывают:

Выводы:

-С помощью кривых Жуковского графическим способом определяются предельные параметры установившихся режимов полета ЛА: максимальная и минимальная скорости, диапазон скоростей, избытки тяги (или мощности). При этом кривые по тягам строят обычно для самолетов с ТРД, а кривые по мощности - для самолетов с ПД;

-По кривым можно определить наиболее экономичные и безопасные режимы установившегося полета.

-Кривые Жуковского позволяют наглядно увидеть, как изменяются характеристики горизонтального полета в зависимости от изменения массы летательного аппарата, высоты полета, режима работы двигателя на заданном угле атаки и скорости. Выше были приведены расчетные формулы, позволяющие определить влияние этих факторов полета.

Занятие №14