Понятие о потолках воздушных судов

Подъем самолета является одним из видов движения для набора высоты. Подъемом называется прямолинейное движение самолета вверх с постоянной скоростью. Угол между траекторией движения самолета и горизонтальной плоскостью называется углам подъема и обозначается θ.

На рис. 3.2 показана схема сил, действующих на самолет при подъеме.

Рис.3.2. Схема сил, действующих на самолет при подъеме

Как и в первом случае (при горизонтальном полете), разложим все силы, действующие на самолет, по двум осям, одна из которых совпадает с продоль­ной осью самолета, а другая - перпендикулярна ей. По законам механики при прямолинейном движении с постоянной скоростью должно быть равенство сил, действующих как по одной, так и по другой оси.

Следовательно, уравнения движения для центра тяжести самолета можно записать в следующем виде:

Y = G cosθ, (3.7)

P = X + G sin θ. (3/8)

Уравнения (3.7) и (3.8) представляют простейшую систему уравнений движения самолета при подъеме.

Для случая подъема самолета, как и при горизонтальном полете принято, что угол между вектором силы тяги и вектором скорости равен нулю.

Из анализа уравнений (3.7) и (3.8) видно, что подъемная сила при подъеме меньше подъемной силы горизонтального полета, а тяга двигателей должна быть больше лобового сопротивления на величину G sin θ. Эту величину обо­значают DР и называют избытком тяги. Следовательно,

DР = G sin θ. (3/9)

Из рис.3.2 видно, что θ = V_y/V, где V_{y _}вертикальная скорость подъема самолета. Подставив значение sin θ в выражение (3.9), определим V_y:

V_y = VDР/G. (3.10)

Так как с увеличением высоты избыток тяги уменьшается, то уменьша­ется и вертикальная скорость. Чем больше вертикальная скорость, тем меньше времени требуется самолету для набора заданной высоты. Именно вертикаль­ная скорость, а не угол подъема представляют наибольший интерес.

На практике под скороподъемностью понимают время, которое затрачивает экипаж самолета для набора заданной высоты. Для современных самолетов граж­данской авиации вертикальная скорость составляет десятки метров в секунду.

С подъемом на высоту избыток тяги постепенно уменьшается и на определенной высоте становится равным нулю, а следова­тельно, и на этой же высоте вертикальная скорость полета станет равной нулю.

Высота полета, на которой V_y = 0, называется теоретическим (или стати­ческим) потолком самолета.

На высоте теоретического потолка из-за отсутствия избытка тяги полет практически невозможен, так как нельзя устранить любые нарушения режима полета. Поэтому, кроме теоретического потолка, введено понятие практиче­ского потолка самолета. На этом потолке самолет имеет необходимый для безопасного полета избыток тяги. Считают, что практический потолок самоле­та - это такая высота, на которой максимальная вертикальная скорость подъема равна для реактивных самолетов 5 м/с, а для поршневых самолетов - 0,5 м/с. Для современных самолетов разница в высоте между теоретическим и практи­ческим потолком не превышает 200-500 м.