Влияние турбулентных пульсаций на воздушное судно. Болтанка самолетов

<27 282930 31 32 33 >

Полет самолета в турбулентной атмосфере сопровождается болтанкой появлением знакопеременных ускорений, линейных колебаний центра тяжести самолета и угловых колебаний относительно центра тяжести. Следовательно, турбулентность приводит к нарушению равновесия сил, действующих на ВС, и его движение становится возмущенным* При этом:

-изменяется высота, курс и скорость полета;

-ухудшается устойчивость и управляемость ВС, а также комфорт полета;

-увеличивается износ отдельных агрегатов и узлов ВС.

Это интересно:

То, что при полете в турбулентной атмосфере изменяется высота, курс и скорость полета, а также ухудшается устойчивость, управляемость самолета и нарушается комфорт полета, пожалуй, объяснений не требует, Износ же отдельных агрегатов и узлов происходит из-за так называемой усталости материалов (понятие «усталость» - общепринятый термин в технологии, материаловедении и других науках). Вам, если вы Летали на самолете, сидели у иллюминатора и видели конец крыла, иногда приходилось видеть, что крыло по каким-то причинам «дышит» - колеблется в вертикальной плоскости. Это происходит из-за попадания самолета в турбулентную зону. А теперь представьте себе, что вам нужно отломать кусок проволоки, который вам сразу не поддается. Что вам приходится делать? Вы начинаете изгибать ее вверх и вниз до тех пор, пока проволока не сломается. Дальнейшую аналогию с крылом самолета проводить или уже все понятно? До отрыва крыла дело, естественно, не доходит, но с усталостью балки, на которой крыло крепится, турбулентность делает «свое черное дело». Вот поэтому через установленные промежутки времени все детали и узлы самолета подвергаются проверке на прочность конструкции. Этим обеспечивается безопасность полетов.

На взлете и посадке болтанка опасна тем, что из-засильной турбулентностивозможны значительные броски самолета вверх и вниз от расчетной траектории полета. Если броски вверх могут привести к тому, что ВС.окажется на закритичсских углах атаки, что наиболее опасно при взлете самолета, то броски ВС вниз могут привести к столкновению с земной или водной поверхностью, что одинаково опасно как при взлете, так и при посадке,

Интенсивность болтанки определяется перегрузкой или ее приращением. Перегрузка (я) - отношение подъемной силы в данный момент времени (К) к подъемной силе горизонтального полета (К₀), т.е.

у ^/о

(8.1)

Если вспомнить, что в горизонтальном полете подъемная сила равна массе самолета (К₀ = С), а любая мгновенная величина равна средней плюс ее отклонение от этого среднего (Г = К₀ + ДК)* то можно записать

_ _ д_у

П — —1т, 1О.^1

О О О О О

Из последней формулы видно, что в горизонтальном полете перегрузка я = 1. Во всех же остальных случаях перегрузка определяется двучленом. Это неудобно при проведении различных расчетов, и поэтому исследователи пошли на «маленькую хитрость»: они решили определять не перегрузку и, а приращение перегрузки

= я-1. (8,3)

Из физики известно» что любая сила, в том числе и масса самолета, и изменение подъемной силы равны произведению массы тела на ее ускорение, Если массу самолета обозначить через т, а ускорение» которое получает самолет при полете в турбулентной атмосфере, - через /, то приращение перегрузки самолета будет равно

_Ли

лЦ*/»- ""*

т в

Это значит, что приращение перегрузки самолета является безразмерной величиной и измеряется в долях ускорения свободного падения - в долях «^».

Причины возникновения ускорения / в полете могут быть двоякими. С одной стороны, это вмешательство летчика в управление самолетом, а с другой -действие турбулентного порыва на ВС.

Рассмотрим влияние вертикального порыва на самолет без вмешательства летчика в управление. Предположим, что на самолет, летящий с горизонтальной скоростью V) подействовал вертикальный порыв Ц_у (рис. 8,1).

Рис. 8.1, Влияние вертикального порыва на полет самолета. Тогда подъемная сила самолета равна до воздействия порыва

, (8.5)

а после воздействия порыва

У + ДК = (с,. + Дс ,)5 ^—. (8.6)

Действительно, если посмотреть на правую часть выражения (8,5), то становится очевидным, что ни плотность воздуха (р), ни скорость полета (Р), ии площадь крыла (5) измениться не могут, а может измениться только коэффициент подъемной силы су. Используя правила математики и учитывая, что У » 11_у, можно записать (см. рис, 1.5):

(8.7)

,

В последнем выражении — — характеризует крутизну (скорость) измене-

да

ния коэффициента подъемной силы, а величина Да -- изменение угла атаки. Вспомнив из математики, что тангенсы малых углов равны самим углам, можно записать (см. рис. 8.1):

(8.8)

Теперь, если из выражения (8.6) вычесть выражение (8.5) и подставить все значения из последних двух уравнений, мы получим

дс (Л,

(8.9)

V 2

Однако выражение (8.9) еще не окончательное. Из него становится очевидным, от каких параметров зависит приращение подъемной силы, а нам нужно знать, от чего зависит приращение перегрузки. Для этого следует последнее выражение разделить на О. Тогда получим:

с,. _г

д„ = _ = _ 1^р — *- (8.10)

О да 2О

или Дя./к--. («.и)

да 2— 8

Анализ выражения (8.11) позволяет сделать вывод, что перегрузка, которую испытывает самолет, зависит от типа самолета, высоты и скорости его полета и скорости вертикального порыва. Следовательно, два разных самолета, выполняющих полет на одной высоте с одинаковой скоростью, при встрече с одним и тем же порывом будут испытывать разную перегрузку (разную болтанку).

Это интересно:

Из приведенного последнего выражения видно, что при заданной высоте и скорости полета (а эти параметры экипаж всегда знает до вылета) для определения болтанки и ее интенсивности нужно только знать скорость вертикального порыва и_г А скорость вертикальных порывов не что иное, как скорость вертикальных токов. Следовательно, если мы научимся грамотно прогнозировать вертикальные токи, то с прогнозом болтанки самолетов проблем быть не должно. К сожалению, точность прогноза вертикальных токов в настоящее время такова, что для прогноза болтанки приходится пользоваться другими методами.

Перегрузка в полете может измеряться визуально (по ощущениям экипажа), акселерометрами - приборами, фиксирующими величину ускорения, или акселерографами - приборами, не только фиксирующими, но и записывающими величину ускорения самолета. Кстати, значения ускорения самолета попадают в «черный ящик». Анализируя вертикальную и горизонтальную составляющие порыва, можно определить истинное направление оси турбулентного вихря,

В соответствии с правилами ИКАО, если |Дп| < 0,5, то болтанка относится к слабой. Ей соответствуют вертикальные порывы до 10 м/с. При 0,5 < |Дя| < 1,0 болтанка считается умеренной, а вертикальные порывы при этом составляют 10-15 м/с, В тех случаях, когда |Дя| > 1,0, болтанка фиксируется как сильная и ей соответствуют вертикальные порывы более 15 м/с.

При заходе самолета на посадку, когда из-за уменьшения скорости планирования ВС его устойчивость и управляемость ухудшены по сравнению с горизонтальным полетом, а необходимая подъемная сила создается за счет использования элементов механизации крыла, перегрузка до ± 0,3 фиксируется как слабая, болтанка от ± 0,3 до ± 0,4 - как умеренная и свыше ± 0,4 - как сильная.

При слабой болтанке ощущаются частые толчки самолета и наблюдается покачивание с крыла на крыло и незначительное изменение высоты полета. Режим полета сохраняется, Пассажиры и экипаж (особенно пассажиры) при слабой болтанке испытывают неприятные ощущения, ходьба по самолету затрудняется.

При умеренной болтанке наблюдаются резкие вздрагивания и отдельные броски ВС, которые часто сопровождаются большими кренами. Режим полета нарушается по высоте и по курсу. При больших отрицательных перегрузках (броски вниз) ощущается невесомость, а при положительных (броски вверх) - сильное прижатие к креслу. При умеренной болтанке незакрепленные предметы начинают смещаться, хождение по самолету может вызвать легкие травмы. В полете необходимо пристегнуться ремнями.

При сильной болтанке имеют место очень сильные и резкие броски самолета, которые сопровождаются большими перегрузками. Режим полета нарушается, а использование автопилота крайне затруднено. Ухудшается и управляемость ВС, что может привести к возникновению нештатной ситуации на борту самолета, При сильной болтанке пассажиры могут отделяться от кресел и зависать на ремнях или сильно прижиматься к креслам. Несоблюдение пассажирами правил поведения на борту ВС (непристегнутые ремни, расположение на верхней полке над собой тяжелых предметов, сумок и т.д.) может привести к получению серьезных травм и ушибов.

Турбулентность, вызывающая болтанку самолетов, на различных высотах встречается неодинаково часто. Так, по данным статистики установлено, что в слое 0-1 км повторяемость болтанки составляет 25%, на высотах 1-6 км она примерно равна 10%, а в слое 6-11 км повторяемость болтанки вновь увеличивается до 15%. На больших высотах в слое 11-16 км повторяемость болтанки уменьшается до 5-8%, а в средней стратосфере (выше 16 км) становится меньше 5%.

Такое распределение турбулентности в атмосфере нетрудно объяснить физически. Нижний километровый слой подвержен турбулизации за счет неодно-

<27 282930 31 32 33 >

Дата добавления: 2020-12-11; просмотров: 496;