Поляра скоростей подъема самолета

Зависимость между скоростью, вертикальной скоростью подъема и углом подъема можно представить в виде графика, который носит название поляры скоростей подъема (Рис.7.5).

Рис.7.5 Поляра скоростей подъема

Каждая точка поляры скоростей подъема соответствует скорости подъема на данном угле атаки.

Поляра скоростей подъема позволяет определить характерные режимы подъема и соответствующие им максимальный угол подъема _max и максимальную вертикальную скорость подъема V_Ymax.

Режим наиболее быстрого подъема определяется проведением касательной к поляре скоростей подъема параллельно оси скорости.

Этот режим подъема применяется в случае необходимости быстро набрать заданную высоту и выполняется на αнв, на Vнв.

Режим наиболее крутого подъема определяется проведением касательной к поляре скоростей из начала координат.

Этот режим подъема применяется, когда необходимо «перетянуть» самолет через близко расположенное препятствие. Выполняется на экономическом угле атаки αэк, на V_ЭК.

На поляре скоростей подъема также можно найти режим максимальной теоретической скорости подъема на α_min, на V_max .

Границей первых и вторых режимов подъема является экономическая скорость.

Первые режимы подъема имеют место в диапазоне скоростей от V_эк до V_max.

Для вторых режимов характерно так называемое обратное действие руля высоты. При взятии ручки управления на себя угол атаки увеличивается. Скорость, а значит, и подъемная сила начинают уменьшаться. Следовательно, угол подъема уменьшается, (см рис.7.5),. а траектория полета будет отклоняться вниз.

На первых режимах подъема взятие ручки управления самолетом на себя сопровождается увеличением угла подъема, так как уменьшение скорости вызывает увеличение избытка тяги: ₂> ₁ (см.рис.7.5). Поэтому исправление ошибок пилотирования в случае преодоления препятствий будет более безопасное, самолет имеет достаточные запасы по углам атаки и по скорости.

По этой причине полеты на вторых режимах выполняются только на этапах взлета.

Влияние ветра на подъем самолета .При выполнении наборавысоты часто движение самолета осуществляется при наличии ветра и представляет собой сложное движение, состоящее из относительного движения самолета с некоторой воздушной скоростью V и переносного движения самолета вместе с массой воздуха со скоростью ветра W (Рис.7.6):

Рис.7.6 Влияние ветра на подъем самолета

Скорость самолета относительно земли, так называемая путевая скорость, равна геометрической сумме двух скоростей – воздушной и скорости ветра. Если самолет летит в безветрие, то V_пут= V, если против ветра, то V_пут= V-W, при попутном ветре V_пут= V +W.

В связи с этим изменяется угол набора высоты (см. рис.7.6). Величина вертикальной скорости подъема при этом остается неизменной.

При подъеме со встречным ветром угол подъема больше, а проходимый путь меньше, чем при безветрии. Подъем при попутном ветре будет проходить с меньшим углом подъема, т. е. более полого, и самолет будет проходить большее расстояние.

Поэтому подъем при встречном ветре считается более безопасным, чем при штилевых условиях. Это учитывается при выполнении взлета самолета.

Выводы: Набор высоты определяется в первую очередь скороподъемностью, то есть временем набора заданной высоты.

На величину вертикальной скорости, «потолка» искороподъемности самолета большое влияние оказывают масса самолета, режим двигателей, аэродинамическое качество и метеорологические условия полета (давление и температура). Изменение этих параметров влияет на работу двигателей и аэродинамические силы.

Уменьшение тяговооруженности происходит чаще всего из- за нарушения режима работы двигателей. Уменьшение аэродинамического качества может происходить вследствие небрежного технического обслуживания, плохого ухода за обшивкой и остеклением или из – за обледенения самолета.

Занятие №16

Тема 2.6. РЕЖИМ ПЛАНИРОВАНИЯ САМОЛЕТА

Планированием называется прямолинейное и равномерное движение самолета по наклонной вниз траектории.

Планирование есть случай снижения самолета с выключенным двигателем или двигателем, работающим на малых оборотах.

Снижение может производиться как при наличии тяги, так и при ее отсутствии. Моторное снижение выполняется с целью подвода самолета к земле и последующей посадки. Благодаря использованию тяги двигателей значительно уменьшается вертикальная скорость, увеличивается дальность снижения. В случае необходимости выполняется скоростное (экстренное) снижение, а также уход на второй круг.

При планировании на самолет действуют сила веса самолета G и полная аэродинамическая сила R.

Сила веса G направлена вертикально вниз и раскладывается на две составляющие: в направлении, перпендикулярном траектории движения - , и в направлении движения самолета .

Здесь _пл – угол планирования самолета.

Полная аэродинамическая сила R раскладывается на:

- подъемную силу У, уравновешивающую силу G₁;

- силу лобового сопротивления, уравновешивающую силу G₂.

Линии действия всех сил, действующих на самолет, пересекаются в его центре тяжести.

Все силы должны быть взаимно уравновешены, и самолет в этом случае будет двигаться по инерции (Рис.8.1).

Рис.8.1 Схема сил, действующих на самолет при планировании

Условием прямолинейности движения является равенство сил Y и G₁:

Условием равномерности движения является равенство сил G₂ и X:

При отсутствии тяги уравнения движения при планировании будут иметь вид:

,

Полная аэродинамическая сила R при планировании всегда направлена вверх и равна полетному весу самолета:

Из уравнений можно сделать следующие выводы:

1. Подъемная сила меньше, чем в горизонтальном полете на том же угле атаки;

2. Составляющая силы веса G₂ при планировании выполняет роль тяги. Если угол планирования увеличивается, то сила G₂ тоже увеличивается, что вызывает увеличение скорости движения.

Характеристики планирования

Потребная скорость планирования. Потребной скоростьюпланирования называется скорость, необходимая для создания подъемной силы, равной составляющей веса самолета G cos :

Максимальная скорость планирования может превышать максимальную скорость горизонтального полета.

Предельная скорость полета самолета на планировании - это скорость установившегося пикирования на угле атаки нулевой подъемной силы:

Предельная скорость планирования при отвесном пикировании превышает максимальную скорость горизонтального полета почти в 3 раза. На практике ее достичь невозможно из-за ограничения прочности самолетов.

Угол планирования. Угол, образованный вектором скорости (траекторией) планирования и линией горизонта, называется углом планирования _пл (см. рис. 8.1).

Для определения угла планирования запишем уравнения движения самолета в следующем виде:

G Sinθ =X;

GCos =Y

Разделив первое равенство на второе, получим:

Сравнивая данную формулу с формулой аэродинамического качества, можно сделать вывод, что угол планирования равен углу качества: _пл= _кач..

Из формулы видно, что угол планирования зависит только от аэродинамического качествасамолета.

Минимальный угол планирования достигается при наивыгоднейшем угле атаки α_нв, когда аэродинамическое качество самолета достигает максимального значения:

Угол планирования можно определить графически по поляре самолета (если она построена в одинаковых масштабах для С_У и С_Х), проведя из начала координат вектор к соответствующей точке кривой (Рис.3.22,а). Угол, образованный вектором и осью Су, покажет величину угла планирования.

Минимальный угол планирования _мин получим, проведя касательную к кривой из начала координат.

Так как качество самолета зависит только от угла атаки, то, следовательно, угол планирования от высоты полета и веса самолета не зависит.

Вертикальная скорость планирования. Высота, которую самолет теряет при планировании за единицу времени, называется вертикальной скоростью планирования (Рис. 8.2):

Рис. 8.2 Вертикальная скорость планирования.

Из

Рис. 8.2 можно определить, что . Если раскрыть формулу, то получим:

.

Анализ формулы показывает, что минимальная скорость снижения может быть получена при планировании самолета на экономической скорости V_эк.

При увеличении полетного веса самолета вертикальная скорость планирования также увеличивается.

Увеличение высоты полета сопровождается уменьшением массовой плотности воздуха, скорость планирования увеличивается, вследствие чего возрастает вертикальная скорость снижения.

От величины вертикальной скорости зависит время снижения с данной высоты.

Задача. Определите аэродинамическое качество самолёта при планировании с углом θпл =45˚.

Задача. Самолёт планирует 6 минут со скоростью Vпл =360км/ч и за это время проходит путь, равный 18 км. Определите аэродинамическое качество самолёта.

Поляра скоростей планирования

График, показывающий зависимость вертикальной скорости снижения от поступательной скорости на различных углах атаки, называется полярой скоростей планирования (Рис. 8.3).

Интервал вторых режимов планирования, -это планирование со скоростями, соответствующими углам атаки больше наивыгоднейшего.

Вторым режимам планирования свойственны: ухудшение устойчивости и управляемости, особенно при приближении к критическому углу атаки; изменение характера управления самолетом - при взятии ручки управления на себя угол планирования не уменьшается, а увеличивается.

Когда угол атаки приближается к критическому, самолет проваливается. Такое планирование называется парашютированием. Самолет может сорваться в штопор.

Дальность планирования. Расстояние по горизонтали, проходимое

самолетом относительно земли за время планирования с данной высоты, называется дальностью планирования (Рис.8.4):

Рис.8.4 К определению дальности планирования

Из рис. 8.4 можно определить:

Здесь H – высота планирования;

L_пл– дальность планирования;

_пл - угол планирования.

Отсюда:

L_пл=H / tg _пл.

Так как tg _пл= tg _{кач =} , формула дальности планирования приобретает вид: L_пл=HК.

Из формулы следует, что дальность планирования зависит от высоты планирования и аэродинамического качества самолета, то есть от угла атаки.

Наибольшая дальность может быть достигнута при полете на наивыгоднейшем угле атаки α_нв, при котором аэродинамическое качество имеет максимальное значение.

Скорость наибольшей дальности планирования – это скорость по своей величине близка к наивыгоднейшей скорости горизонтального полета Vнв.

Данная формула справедлива только при отсутствии ветра.

Влияние ветра на планирование

Влияние горизонтального ветра. Движение самолета при наличии ветра состоит из движения его относительно воздуха и перемещения относительно земли со скоростью ветра (рис. 8.5 ):

При наличии ветра дальность планирования изменяется, так как изменяется путевая скорость – скорость движения самолета относительно земли V_зем.

Рис.8.5 Влияние ветра на дальность планирования и на угол планирования относительно земли

Дальность планирования в этом случае определяется по формулам:

L_ПЛ=Н×К + U×t – при попутном ветре,

L_ПЛ=Н×К - U×t – при встречном ветре,

где t - время планирования,с;

U - скорость ветра, м/с.

Летные качества самолета остаются неизменными относительно воздушной среды, изменяется только дальность планирования.

Например, если самолет планирует с высоты Н в некоторую точку А, то при встречном ветре самолет будет сносить ветром назад со скоростью ветра U. Сложив скорость планирования и скорость ветра, получим путевую скорость полета относительно земной поверхности: = + .

При встречном ветре относительно земной поверхности путевая скорость уменьшается, угол планирования увеличивается. Но относительно воздушной среды они остаются неизменными. Дальность планирования при этом уменьшается:

L₁=L – U t,

При попутном ветре самолет сносит ветром вперед со скоростью U (Рис.8.5,в). Путевая скорость увеличивается, угол планирования относительно земной поверхности уменьшается, дальность планирования увеличивается: L₂=L+Ut.

Для любого направления ветра: L₁,₂=HK±Ut.

Время планирования от ветра не зависит, так как вертикальная скорость V_y остается постоянной.

При увеличении полетного веса самолета увеличивается потребная скорость планирования V_ПЛ. Следовательно, вертикальная скорость планирования V_У увеличивается, время планирования t_ПЛ уменьшается. При уменьшении веса самолета наблюдается обратная картина.

Для получения максимальной дальности планирования при сильном встречном ветре планирование необходимо осуществлять со скоростью, большей наивыгоднейшей v_НВ.

При планировании с попутным ветром необходимо выдерживать скорость полета немного меньше наивыгоднейшей.

Отклонение закрылков или посадочных щитков сопровождается уменьшением аэродинамического качества, вследствие чего увеличиваются вертикальная скорость и угол планирования, уменьшается дальность планирования.

Влияние вертикальных потоков. Рассмотрим планирование при нисходящем и восходящем потоках ветра (

Рис. 8.6).

Рис. 8.6 Влияние нисходящих и восходящих воздушных потоков на планирование

При нисходящем вертикальном течении вертикальная скорость снижения V_У возрастает, время и дальность планирования уменьшаются (Рис.8.6,а).

При вертикальном потоке ветра, направленном вверх (Рис.8.6,б), дальность и время планирования увеличиваются, так как вертикальная скорость снижения уменьшается.

Вывод: Планирование или снижение самолета является установившимся движением, после которого следует заход на посадку. От правильного выполнения планирования зависит точный расчет и выполнение безопасной посадки.

Занятие №17