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: 593;

Влияние турбулентных пульсаций на воздушное судно. Болтанка самолетов

Публикации по технике и механике

Публикации по биологии

Публикации по информатике

Публикации по строительству

Публикации по физике

Публикации по химии

Публикации по электронике

Публикации по искусству

Публикации по истории

Публикации по медицине

Публикации по педагогике