Инженерные основы ЛТЭ ЛА и АД. Материал к вопросам №1. Летнотехническая эксплуатация двигателей и функциональных систем летательных аппаратов в ожидаемых условиях эксплуатации
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Глава 22 Летно-техническая эксплуатация двигателей и функциональных систем летательных аппаратов в ожидаемых условиях эксплуатации 22.1.УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯМИ И СИСТЕМАМИ ПРИ ВЗЛЕТЕ И НАБОРЕ ВЫСОТЫ 22.1.1. Взлетные характеристики ЛА Взлетом называется ускоренное движение ЛА от начала разбега до набора высоты 10 м и достижения эволютивной (безопасной) скоро- сти полета. В практике летной эксплуатации находит применение так- же понятие «полный взлет», который заканчивается выходом ЛА на высоту круга (400-450 м) и достижением полетной конфигурации ЛА. Траектория движения ЛА при нормальном взлете состоит из че- тырех этапов: 1 - разбег, 2 - начальный набор высоты 10 м и увели- чение скорости до безопасной, 3 - разгон ЛА до высоты и скорости уборки механизации крыла, 4 - окончание перехода ЛА к полетной конфигурации. Этап разбега заканчивается отрывом от ВПП колес основных опор шасси. На этапе начального набора высоты с целью уменьшения ло- бового сопротивления уборка шасси производится с предваритель- ным подтормаживанием колес. Если ЛА не оборудован системой автоматического подтормаживания колес, эту операцию выполняет экипаж с использованием системы основного торможения. В конце третьего этапа взлета производится уборка закрылков до промежу- точного положения. Поэтапная уборка закрылков позволяет экипа- жу своевременно парировать последствия несинхронного выпуска 494 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов закрылков. На последнем этапе взлета производится полная уборка крыла и перестановка стабилизатора в полетное положение. Основными скоростными характеристиками взлета являются: V о - скорость ЛА на старте (при использовании методики взлета без остановки на ВПП, V o ≠ 0); V 1 V V - скорость принятия решения о прекращении взлета; V R V V - скорость подъема (отрыва от ВПП) колес передней опоры шасси; V отр - скорость отрыва ЛА (скорость отрыва от ВПП колес основных опор шасси); V 2 V V – безопасная (эволютивная) скорость полета; j рср j - среднее ускорение ЛА при разбеге. Основными геометрическими характеристиками взлета являются: L р - длина разбега; L ву - длина воздушного участка взлета; L взл - взлетная дистанция. Кроме названных геометрических характеристик в инженерных расчетах элементов полета используются такие характеристики, как располагаемая длина разбега (РДР) и располагаемая дистанция прер- ванного взлета (РДПВ). Скорость подъема колес передней опоры шасси V R V V зависит от ско- рости отрыва ЛА и равна (0,6-0,75) V отр. Ускорение при разбеге может быть выражено в виде j р j =g = =/G-[X/G [[ + G f + (1- ff Y/G)] , (22.1) где P- сила тяги; G - вес ЛА; G X - сила лобового сопротивления; f - коэффициент трения; Y - подъемная сила. Учитывая, что силы, действующие на ЛА в процессе разбега, изме- няются с возрастанием скорости, можно использовать в выражении (22.1.) средние значения этих сил j р.ср j = g P ср /G-[X [[ ср /G+f + (1- ff Y ср /G) р ] . (22.2) Среднее значение силы тяги P ср определяется путем введения по- правочного коэффициента K раз 495 Летно-техническая эксплуатация двигателей... P ср = K раз ×P o , (22.3) где P о - сила тяги при работе двигателя на месте. Средние значения K раз для различных типов двигателей следую- щие: для ТРД K раз = 0,93-0,95, для ТВД K раз = 0,8-0,9. Скорость отрыва ЛА V отр определяется из условия равенства подъ- емной силы и веса ЛА в момент отрыва ЛА (22.4) Откуда имеем для скорости отрыва ЛА (22.5) где m - масса ЛА; C у.отр - коэффициент подъемной силы в момент отрыва ЛА; r - массовая плотность воздуха; r S - площадь крыла. S Безопасная (эволютивная) скорость взлета связана со скоростью сваливания V с соотношением V 2 V V =1,15V с . До достижения безопасной скорости ЛА из-за неблагоприятного стечения таких факторов, как порывы ветра, отказ двигателя, ошибочные действия штурвалом мо- жет выйти на режим сваливания. Другое название этой скорости свя- зано с тем, что только после ее достижения допускаются эволюции ЛА для изменения его пространственного положения. Длина разбега является основным показателем взлетных качеств ЛА и определяется как путь, пройденный ЛА при прямолинейном ускоренном движении L р =V² V V отр /2 // j 2 р.ср j , (22.6) L p =L p.o ·K r ·K w ·K i K ·K G K ·K f K . f (22.7) Влияние эксплуатационных факторов на взлетные характери- стики ЛА. 496 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов На процесс взлета ЛА оказывают влияние различные факторы, конструктивные (форма крыла в плане, тип шасси и давление в пнев- матиках колес, количество и расположение двигателей и др.); экс- плуатационные, не зависящие от пилота (тяга двигателя, масса ЛА, температура и давление атмосферного воздуха, состояние аэродрома, направление и скорость ветра, величина и направление уклона ВПП); эксплуатационные, зависящие от пилота (угол атаки при отрыве, ско- рость при подъеме колеса носовой опоры шасси или хвостового ко- леса, техника выдергивания направления ЛА при разбеге и др.). Плотность воздуха зависит от высоты аэродрома над уровнем моря, а на одном и том же аэродроме – от температуры воздуха и атмосферного давления. При увеличении температуры или умень- шении атмосферного давления (при увеличении высоты аэродрома) плотность воздуха уменьшается, а истинная скорость отрыва увели- чивается. Отрыв ЛА на одном и том же угле атаки с заданной полет- ной массой происходит на одной и той же приборной скорости, так как 2 2 V остается величиной постоянной. Длина разбега зависит от взлетной массы ЛА, температуры и дав- ления воздуха, тяги двигателя, вида и состояния ВПП, от уклона ВПП, направления и скорости ветра, высоты расположения аэродро- ма и др. При изменении различных эксплуатационных факторов дли- ну разбега можно выразить с учетом поправочных коэффициентов p m p f i W p0 l = k k k k k l , (22.8) где k m – коэффициент, учитывающий изменение взлетной массы ЛА; k p – коэффициент, учитывающий изменение температуры окружа- ющего воздуха и давления; k f k – коэффициент, учитывающий изменение состояния ВПП; f k i k - коэффициент, учитывающий величину и знак уклона ВПП; k W – коэффициент, учитывающий скорость и направление ветра; W l p0 l - длина разбега, подсчитанная для стандартных условий. 497 Летно-техническая эксплуатация двигателей... 22.1.2. Режимы взлета В практике летной эксплуатации ЛА с ГТД применяются следую- щие режимы взлета: традиционный (в нормальных условиях), с крат- ковременной остановкой на взлетно-посадочной полосе, без оста- новки на взлетно-посадочной полосе. Традиционный режим взлета предполагает взлет с тормозов. При этой методике взлета обеспечивается качественный контроль пара- метров работы двигателей и систем ЛА, а также минимальная дли- на разбега. После получения разрешения на взлет командир ЛА дает команду о начале взлета и сообщает скорость принятия решения о прекращении взлета. После вывода двигателей на взлетный режим плавно отпускаются тормоза и начинается разбег ЛА. Направление разбега выдерживается разворотом передних колес и несинхронным подтормаживанием колес основных опор шасси, а затем, по мере увеличения скорости разбега, и отклонением руля направления. На современных ЛА с ГТД разбег начинается на угле атаки, близком к стояночному. При достижении скорости V R V V командир ЛА взятием штурвала на себя начинает подъем передней опоры шасси. Отрыв ЛА от взлетно-посадочной полосы переходит с зафиксированным углом тангажа 7 - 8º при достижении скорости отрыва. После отрыва ЛА производится разгон с набором высоты таким образом, чтобы с до- стижением высоты 10 м скорость была не менее безопасной скорости взлета. Для уменьшения лобового сопротивления на высоте 5 - 10 м производится уборка шасси с предварительным подтормаживанием колес. После достижения скорости начала уборки механизации кры- ла производится поэтапная уборка закрылков, а затем уборка пред- крылков и перестановка стабилизатора. При уборке механизации крыла усилия на штурвале снижаются триммированием руля высоты или стабилизатора до нулевых значений. После уборки механизации крыла ЛА разгоняется до наивыгоднейшей скорости набора высоты и на высоте круга уменьшается режим работы двигателей. Традиционный режим взлета обеспечивает максимально возможное сокращение длины разбега и взлетной дистанции, поскольку с самого начала разбега ЛА приобретает наибольшее возможное ускорение. Режим взлета с кратковременной остановкой на взлетно-посадоч- ной полосе предусматривает остановку ЛА на исполнительном стар- те на несколько секунд для выполнения завершающих контрольных и 498 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов технологических операций по подготовке к взлету. Вывод двигателей на взлетный режим производится на начальной стадии разбега. Так как разгон ЛА начинается на режиме работы двигателей меньше взлетно- го, несколько увеличивается длина разбега и взлетная дистанция. Режим немедленного взлета (Rollinqsturt) обеспечивает допол- нительную экономию топлива за счет использования имеющейся к моменту увеличения тяги двигателей начальной скорости разбега. Однако применение режима немедленного взлета требует выпол- нения ряда технологических и контрольных операций (выполнение взлетно-посадочного режима управления разворотом передних ко- лес, контроль сигнала готовности к взлету и др.) после выруливания ЛА на ось взлетно-посадочной полосы, что отрицательно сказывает- ся на безопасности взлета. При использовании режимов взлета с кратковременной остановкой на взлетно-посадочной полосе и немедленного взлета устанавливает- ся контрольная скорость разбега, к моменту достижения которой дви- гатели должны выйти на взлетный режим. Если к моменту достиже- ния контрольной скорости не поступил доклад бортинженера «Режим взлетный», командир ЛА немедленно прекращает взлет. Для обеспе- чения безопасного прекращения взлета скорость должна быть на 15 - 20% меньше скорости принятия решения о прекращении взлета. Применение нетрадиционных режимов взлета позволяет сокра- тить непроизводительные затраты топлива при работе двигателей на предварительном и исполнительном стартах. 22.1.3. Управление двигателями и системами ЛА при взлете Взлет ЛА выполняется на взлетном или номинальном режимах работы двигателей. Перед выводом двигателей на взлетный режим они должны быть прогреты. С целью экономии топлива и времени работы двигателей для прогрева используется время руления на ис- полнительный старт. Взлет на номинальном режиме разрешается без предварительного прогрева. С точки зрения безопасности полетов, экономии топлива и уменьшения шума взлет на номинальном режи- ме работы двигателей является более предпочтительным. Прогрев двигателей при использовании взлетного режима не- обходим для избежания значительных температурных напряже- ний из-за неравномерности прогрева «горячей» части двигателя. 499 Летно-техническая эксплуатация двигателей... Неравномерность прогрева лопаток и дисков турбина приводит к разрушению и образованию на них термоусталостных трещин, де- формации. На исполнительном старте по команде пилотирующего бортин- женер переводит РУД на взлетный режим. Для исключения помпа- жа вывод двигателей на взлетный режим при всех способах взлета (нормальный, немедленный, взлет с кратковременной остановкой на ВПП) производится поэтапно: сначала двигатели плавно и синхрон- но выводятся на обороты перестройки механизации компрессора и погасания табло «КЛАПАНЫ ПЕРЕПУСКА», «СНА ПРИКРЫТ», затем после выдержки 2 - 3 с вес РУД плавно переводятся в положе- ние «ВЗЛЕТ». После вывода двигателей на взлетный режим бортин- женер удерживает РУД в положении взлетного режима, контролируя работу двигателей по приборам и светосигнализаторам. Процесс вы- хода двигателей на взлетный (номинальный) режим контролируется по синхронности изменения идентичных параметров и по своевре- менному срабатыванию светосигнализаторов. Параметры контроли- руются по горизонтали слева направо по каждому ряду индикаторов. Нормальной работе двигателей должно соответствовать одинаковое заданное в соответствии с режимом и внешними условиями положе- ния стрелок идентичных приборов и отсутствие предупредительных световых и звуковых сигналов. На многодвигательных ЛА оценка па- раметров производится методом сравнения показаний индикаторов всех двигателей. Контроль начинают с проверки состояния светосиг- нализаторов критических режимов работы двигателя, а затем оце- нивают показания тахометров и термометров. При обнаружении от- ключения одного из индикаторов от нормального значения маршрут контроля изменяется для оценки показаний вертикального ряда ин- дикаторов. Если при выполнении взлета произойдет загорание любо- го сигнального табло двигателя (кроме табло «ФИЛЬТР ЗАСОРЕН» одного двигателя) на скорости, меньшей скорости принятия реше- ния, экипаж обязан прекратить взлет. При эксплуатации турбовинтовых двигателей обязательным усло- вием является постановка воздушного винта перед взлетом на упор. Развиваемая двигателем мощность контролируется по давлению мас- ла в измерителе крутящего момента. При взлете бортинженер контролирует работу функциональных систем. Система контролирования воздуха в процессе взлета требует 500 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов минимального объема контроля и управления, так как с целью обе- спечения беспомпажной работы двигателей взлет производится без отбора воздуха от двигателей. Контролируются также наличие давления в гидросистеме (прежде всего в системе аварийного торможения колес), процессы уборки шасси, механизации крыла и перестановки стабилизатора. Деятельность экипажа по контролю и управлению режимами ра- боты двигателей и системы ЛА можно представить в виде цикло- граммы как одной из наиболее наглядных форм изложения комплек- са контрольных и технологических операций, выполняемых на опре- деленных этапах полета или при определенных условиях (например, при отказах функциональных систем), когда такой комплекс связан с жесткой последовательностью действий членов экипажа. 22.1.4. Набор высоты По расходу топлива этот этап полета занимает важное место в об- щем балансе расхода топлива за полет. Установившимся набором вы- соты называется равномерное и прямолинейное движение ЛА вверх по наклонной траектории. Кроме того, в режиме набора высоты наи- более часто проявляются недостатки, связанные с некачественной подготовкой ВС к полету и нарушениями технологии эксплуатации систем в полете. Из схемы сил, действующих на ЛА при наборе высоты (рис. 22.1.), вытекают условия установившегося набора высоты: 1) условие прямолинейного полета Y =G в = mg·cosq = C r S (rV 2 V V н.в .) /2, (22.9) где θ – угол набора высоты; 2) условие равномерного движения (22.10) 501 Летно-техническая эксплуатация двигателей... Рис. 22.1. Схема сил, действующих на ЛА при наборе высоты Выражения (22.9) и (22.10) приведены в предположение, что подъ- емная сила и сила лобового сопротивления приложены в центре тя- жести ЛА (хотя они приложены в центре давления), а сила тяги дви- гателей проходит через центр тяжести (хотя боковые проекции оси двигателей и оси фюзеляжа не совпадают). Основными характеристиками набора высоты являются: угол траектории набора высоты - θ; скорость набора высоты -V н.в. ; вертикальная скорость - V у ; время набора высоты - Т н.в. ; путь, пройденный в наборе высоты - L н.в ; расход топлива в наборе высоты - G т Величина потребной скорости набора высоты определяется из ус- ловия прямолинейного полета (22.11) Для большинства ЛА угол траектории набора высоты не превышает 10-15º. Поэтому величина в выражении (22.11) приблизительно равна 1, и потребная скорость для набора высоты приблизительно рав- на потребной скорости горизонтального полета на том же угле атаки. Значение вертикальной скорости определяется избытком тяги для заданной полетной массы. X G G r G B Y B Y r Y P Θ Θ 502 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов Из выражения (22.11) следует, что для того чтобы выполнять набор высоты, надо увеличить тягу двигателей или уменьшить скорость набора высоты и увеличить угол атаки. Скорость по траектории, по которой достигается наибольшая скороподъемность, называется наи- выгоднейшей скоростью набора высоты. Характеристики времени, пути и расхода топлива в наборе высоты определяются по номограммам РЛЭ и зависят от взлетной массы ЛА, температуры воздуха и высоты эшелона горизонтального полета. Для каждого типа ЛА используют несколько режимов набора вы- соты, которые характеризуются параметрами приборной скорости (числа М) и вертикальной скорости набора высоты. Так, например, для самолета Ил-96 рекомендовано набор высоты производить на скорости V приб V = 560 км/ч до высоты 8800 м, на которой достигается число М = 0,78. Дальнейший набор высоты производится на посто- янном числе М = 0,78. Основными режимами набора высоты являются: режим макси- мальной скороподъемности и максимальный крейсерский режим (скоростной). При использовании режима максимальной скороподъемности уве- личивается рейсовое время и общий расход топлива на набор высо- ты. Скорость по траектории, при которой достигается максимальная скороподъемность, называется наивыгоднейшей скоростью набора высоты. Режим максимальной скороподъемности применяется для прохождения зоны интенсивного воздушного движения, обледене- ния, атмосферной турбулентности, облачности, при наборе высоты в зоне аэродрома и при быстрой смене эшелона. Максимальный крейсерский режим набора высоты характеризуется значительно большей приборной скоростью (отсюда название «ско- ростной»), которая остается постоянной в течение всего времени набо- ра высоты. Применение этого режима обеспечивает удельный расход топлива, близкий к минимальному, и сокращение рейсового времени. Сравнительную характеристику обоих режимов набора высоты можно формализовать следующим образом: 503 Летно-техническая эксплуатация двигателей... Кроме рассмотренных выше режимов может использоваться специальный режим набора высоты, обеспечивающий снижение уровня шума на местности. Для набора высоты на ЛА с ГТД в нормальных условиях исполь- зуют номинальный режим работы двигателей. В процессе набора высоты производится комплексная оценка двигателей по светосиг- нальным табло и приборам. Кроме основных параметров (частоты вращения роторов и температуры выходящих газов) проверяется давление топлива перед форсунками, давление и температура масла, расход топлива, уровень вибрации. После набора заданной высоты открываются краны отбора воздуха от двигателей, импульсами увеличивается расход воздуха до 7 - 8 еди- ниц, и работа системы кондиционирования воздуха переводится в ав- томатический режим. Контролируется скорость изменения давления в кабине, которая не должна превышать 3 м/с. В случае превышения этой величины увеличивается расход воздуха по включенной системе кондиционирования. После набора заданного эшелона проверяется высота в гермокабине, которая на максимальном эшелоне не должна превышать 2400 м, и перепад давления «кабина – атмосфера». В слу- чае отклонения перепада давления от нормы корректируется положе- ние ручки задатчика «избыточное давление» на командном приборе. В процессе набора высоты периодически (через каждые 15 минут) контролируется работа топливной системы по сигнальным лампам насосов подкачки и перекачки, указателям количества топлива в ба- ках. В случае нарушения программы выработки топлива или отказа топливных насосов топливная система переводится на ручной режим управления. Особое внимание уделяется контролю работы топлив- ной системы, выполненной по принципу питания всех двигателей из одного расходного бака, так как отказ в системе перекачки топлива в расходный бак может привести к выключению двигателей в полете. Противообледенительная система включается перед входом ЛА в об- лачность или по сигнализации о наличии обледенения. При включе- нии противообледенительной системы происходит повышение темпе- ратуры выходящих газов на 30 - 40ºС. При включении электронагрева- тельных элементов противообледенительной системы контролируется потребление тока в системе электроснабжения. После выхода из зоны обледенения проверяется отсутствие обледенения лопаток компрессо- ров двигателей путем измерения уровня вибрации каждого двигателя. 504 Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов |