Аэродинамика самолета. Тема 1
 Скачать 3.35 Mb.
|
|
СКОРОСТЬ ОТРЫВА Скорость, которую самолет должен иметь для обеспечения безопасного отделения самолета от земли, называется скоростью отрыва. Скорость, при которой самолет уже может лететь, есть минимальная скорость, соответствующая критическому углу атаки, когда коэффициент подъемной силы Су достигнет максимума. Вследствие того, что здесь самолет неустойчив и плохо управляем, отрыв производится на скорости больше минимальной приблизительно на 15% (Vотр==1,15 Vмин). Для самолета Як-52 Vмин==104 км/ч, скорость отрыва Vотр==120 км/ч, для Як-55 Vмин==80 км/ч, скорость отрыва Vотр==100 км/ч. В момент отрыва нормальная реакция земли равна нулю, поэтому условие отрыва будет иметь вид , 2 2 S V Cy Y G ОТР ОТР ρ = = (7.18) откуда 2 S Cy G V ОТР ОТР ρ = (7.19) Из формулы (7.19) видно, что скорость отрыва тем больше, S G чем больше удельная нагрузка на крыло - и чем меньше плотность воздуха и коэффициент подъемной силы при отрыве. Плотность воздуха определяется атмосферными условиями и зависит от высоты расположения аэродрома над уровнем моря. Летом плотность воздуха меньше, следовательно, и скорость отрыва больше, чем зимой. На высокогорном аэродроме плотность воздуха меньше, поэтому скорость отрыва здесь больше, чем на аэродроме, расположенном на уровне моря. Величина Су ОТР определяется по значению взлетного угла атаки, на котором происходит отрыв, с учетом влияния близости земли. Так как взлетный угол атаки меньше критического, то Су ОТР < Су, МАКС примерно на 15%. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 92 При взлетном угле атаки коэффициент подъемной силы с учетом влияния земной поверхности составляют для самолета - Як-52 Су ОТР = 1,26 при скорости отрыва Vотр=120 км/ч и для самолета - Як-55 Су ОТР = 1,3 при скорости отрыва Vотр = 100 км/ч. ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ВЗЛЕТ САМОЛЕТА Взлет самолета, как правило, выполняется против ветра, так как встречный ветер сокращает разбег и взлетную дистанцию и облегчает управление самолетом. Скорость отрыва самолета Як-55 составляет Vотр = 100 км/ч, а самолета Як-52 = 120 км/ч. Это значит, что крылья самолетов будут обдуваться встречным потоком с соответствующими скоростями, на этих скоростях подъемная сила уравновесит вес самолета, который в данный момент оторвется от земли. Рассмотрим взлет самолета при встречном ветре U=36 км/ч. Это значит, что когда самолет стоит на старте, то он уже обдувается встречным потоком воздуха со скоростью 36 км/ч. Так как для отрыва самолета от земли необходима скорость Vотр = 100 км/ч (Як-55) и Voтp =120 км/ч (Як-52), то, следовательно, не хватает скорости для самолета Як-55, равной разности (100-36=64 км/ч), для Як-52-(120-36=84 км/ч). Таким образом, при разбеге против ветра самолет оторвется уже в тот момент, когда его скорость относительно земли будет составлять 64 км/ч для самолета Як-55 и 84 км/ч - для Як 52. При взлете с попутным ветром картина будет обратная. Когда самолет достигнет скорости 36 км/ч относительно земли, то относительно воздушного потока его скорость будет равна нулю (V=0). А так как для отрыва необходима скорость Voтp = 100 км/ч (Як-52) и Voтp = 120 км/ч (Як-55), то самолет должен увеличивать скорость, и поэтому его скорость относительно земли будет равна (100+36=136 км/ч) для самолета Як-55 и (120+36=156 км/ч) -для Як-52. Формула длины разбега с учетом попутного или встречного ветра будет иметь вид ( ) , 2 СР ОТР ОТР ix U V L ± = (7.20) где знак минус говорит о том, что взлет производится против ветра. Как видно из задачи, длина разбега против ветра меньше, чем по ветру. Длина других этапов взлетной дистанции при взлете против ветра тоже уменьшает путевую скорость самолета, а во втором - увеличивает. При взлете против ветра самолет лучше управляется, чем при безветрии, так как уже в самом начале разбега обдувается встречным воздушным потоком. При взлете по ветру, наоборот, в начале разбега самолет плохо слушается рулей, так как обдув встречным потоком начинается лишь спустя некоторое время после начала разбега (когда скорость движения самолета по земле станет равной или больше скорости ветра). Кроме того, попутный ветер ослабляет эффект обдувки рулей струёй от воздушного винта до тех пор, пока скорость самолета достаточно не возрастет. Это обстоятельство, а главным образом увеличение длины разбега, приводит к непригодности взлета по ветру, а иногда и опасным. Поэтому взлет необходимо осуществлять против ветра, особенно если ветер сильный. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 93 ВЗЛЕТ САМОЛЕТА Як-52 ПРИ БОКОВОМ ВЕТРЕ На самолете Як-52 взлет при боковой составляющей ветра более 6 м/с (под углом 90°) запрещается. Боковой ветер 2 м/с не вызывает осложнений в технике выполнения взлета. При боковом ветре более 2 м/с выполнение взлета имеет некоторые особенности и требует повышенного внимания, своевременных и правильных действий со стороны летчика. При боковом ветре во время разбега самолет испытывает боковое давление, т. е. движется относительно воздушного потока со скольжением. Угол скольжения обозначается β (Рис. 110). В результате действия бокового давления на самолет действует боковая аэродинамическая сила Ζ б и кренящий момент М КР (М Х β ). Боковая сила Ζ б приложена в боковом фокусе самолета позади центра тяжести. Она стремится искривить траекторию движения (по ветру) и создает путевой момент M y β , разворачивающий самолет навстречу ветру. Разные силы трения левого и правого колес создают путевой момент M Утр . В данном случае Fтр >Fтр пр за счет момента крена М Х β . Момент My тр направлен в противоположную сторону моменту М Х β . При разбеге М Х β > Му тр , причем при увеличении скорости М Х β растет, a My тр уменьшается и самолет все сильнее стремится развернуться против ветра. Стремление самолета развернуться против ветра летчик парирует в первой половине разбега раздельным торможением Рис. 110 Схема сил, действующих на самолет Як-52 при разбеге с боковым ветром Рис. 111 Схема сил, действующих на самолет при устранении сноса скольжением колес, а во второй половине разбега - отклонением руля направления АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 94 Кренящее воздействие бокового ветра летчик парирует отклонением ручки управления (элеронов) в ту сторону, откуда дует ветер. Отклонение элеронов создает путевой момент за счёт разных лобовых сопротивлений полукрыльев, который помогает моменту от руля направления. По мере увеличения скорости и повышения эффективности элеронов ручка управления возвращается к нейтральному положению (во избежание отзыва самолета с одного колеса). Боковая аэродинамическая сила Z б на разбеге частично уравновешивается боковой силой реакции трения колес Zn, .а при отклонении летчиком руля направления для парирования разворота самолета еще и силой Zк. По мере увеличения скорости Z б растет, a Zк уменьшается (Zк.=Zл+Z ПР )- Движение самолета при разбеге будет сохраняться прямолинейным до тех пор, пока с ростом скорости боковая аэродинамическая сила не достигнет максимального значения боковой силы колес. Скорость разбега, соответствующая равенству Z б = Zк МАКС называется скоростью скольжения. Для разбега без сноса скорость скольжения должна быть больше скорости отрыва, так как при подъеме переднего колеса и увеличении угла атаки скорость скольжения резко падает. При значительном боковом ветре (3...5 м/с) целесообразно переднее колесо поднимать не на скорости 90 км/ч, а на скорости 105...110 км/ч. После отрыва снос самолета устраняется созданием скольжения в сторону, откуда дует ветер (Рис. 111). Крен выдерживается таким, чтобы погасить снос (Ysin γ +Z Н -Z δ = 0). Стремление самолета к развороту парировать нажимом на педаль, противоположным крену (М у β -М ун = 0). После уборки шасси (с высоты 30 м) снос самолета компенсируется введением поправки на курс, равной величине угла сноса. СХЕМА СИЛ И УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ВЗЛЕТА При разбеге на самолет действуют аэродинамические силы: - подъемная сила крыла Y; - сила лобового сопротивления X; - вес самолета G; - сила тяги силовой установки Р; - нормальная реакция земли N=N 1 +N 2 ; - сила трения колес о земную поверхность F=F 1 +F 2 (Рис. 112). Как уже говорилось ранее, в аэродинамике и динамике полета самолета рассматривается движение центра тяжести относительно внешней среды и движение частей самолета вокруг центра тяжести. В данном случае рассмотрим движение центра тяжести. Уравнения движения центра тяжести самолета при разбеге имеют вид: Условие разгона , 0 > = − − dt dV g G F X P (7.21) Рис. 112 Схема сил, действующих на самолет Як-55 (а) и самолет Як-52 (б) на взлете условие прямолинейного разгона Y+N-G=0. (7.22) АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 95 В уравнении (7.21) сила тяги должна быть больше лобового сопротивления и силы трения колес вместе взятых или произведение массы - g G - на прирост скорости должно быть больше нуля. В уравнении (7.22) вес самолета должен быть равен сумме подъемной силы и реакции земли. Силу тяги следует считать направленной по скорости движения. Силу трения определяют через нормальную реакцию N и коэффициент трения f F=Nf. (7.23) Коэффициент трения f при разбеге на колесах по бетонной ВПП равен 0,03...0,05, а по травянистому грунту - 0,1...0,12. По мере увеличения скорости полета подъемная сила растет, а нормальная реакция земли уменьшается. Когда подъемная сила становится равной весу самолета, то он отрывается от земли. На этапах разгона и подъема на самолет действуют следующие силы: подъемная сила Y; вес самолета G; сила тяги Р (Рис. 112). Уравнения движения центра тяжести самолета при разгоне с подъемом имеют вид: условие разгона ; 0 sin > = − − dt dV g G G X P θ (7.24): условие прямолинейности полета Y-Gcos θ =0. (7.25) В уравнении (7.24) тяга двигателя Р должна быть больше суммы лобового сопротивления и составляющей силы веса самолета, а в уравнении (7.25) -подъемная сила Y должна быть равна составляющей веса самолета G cos θ Уравнения движения (7.24) и (7.25) показывают, что самолет движется прямолинейно (Y=Gcos θ ) и с ускорением. Ускорение равно 0 sin > ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = G G X P g i θ ДЕЙСТВИЯ ЛЕТЧИКА ПРИ ВЗЛЕТЕ НА САМОЛЕТЕ Як-52 Перед выруливанием со стоянки проверить работу двигателя и оборудования самолета. Запросить разрешение на выруливание. Получив его, проверить работу тормозов и, убедившись, что рулению ничто не мешает, отпустить тормоза и увеличить обороты двигателя настолько, чтобы самолет начал движение. Во время руления тормозами следует пользоваться плавно, нажимая на гашетку тормозов импульсивными движениями. При рулении самолет стремится развернуться вправо за счет действия реакции воздушного винта. Это стремление парируется отклонением руля направления влево. Перед выруливанием на линию предварительного старта осмотреть пространство впереди, слева и справа. Запросить у руководителя полетов разрешение занять предварительный старт. Далее осмотреть пространство в той же последовательности, запросить разрешение, занять исполнительный старт. Получив разрешение, вырулить на взлетную полосу, прорулить 10...15 м для установления переднего колеса по линии взлета. Нажать на гашетку тормозов. Проверить правильность установки триммера руля высоты, показания АГИ-1К, радиокомпаса АРК-15М и по ГМК - курс (курс должен соответствовать взлетному). Проверить стопорение привязных ремней. Запросить разрешение на взлет. Получив разрешение на взлет, плавно увеличить обороты двигателя и отпустить тормоза, начать разбег. В первой половине разбега, когда эффективность руля направления мала, прямолинейность движения самолета выдерживать с помощью тормозов основных колес (короткими импульсами), во второй половине (по достижению скорости 60 км/ч) - с помощью руля направления. Ручку управления до начала подъема переднего колеса держать в нейтральном положении. При достижении скорости 90 км/ч плавным движением ручки управления на себя поднять переднее колесо до взлетного положения (10...15 см от земли) и сохранять это положение до отрыва самолета от земли. Самолет на разбеге стремится отклониться вправо, что парируется отклонением левой педали. Отрыв самолета происходит плавно при скорости полета, равной 120 км/ч по прибору. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 96 После отрыва самолет не имеет тенденции к взмыванию и сваливанию на крыло, рули и элероны эффективны. После отрыва перевести взгляд на землю (влево от продольной оси самолета под углом 15...20° и вперед на 30...40 м). Выдерживание и набор скорости производится с постепенным удалением самолета от земли. В процессе разгона с подъемом следить за набором высоты и направлением на выбранный ориентир. На высоте 20...25 м проверить скорость, которая должна быть равна 170 км/ч, убрать шасси и перевести самолет в набор высоты. ХАРАКТЕРНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ВЗЛЕТЕ НА САМОЛЕТЕ Як-52 Выше были рассмотрены этапы нормального взлета самолета Як-52. Однако при взлете могут возникнуть следующие ошибки в технике пилотирования: уклонение самолета от курса взлета; несвоевременный подъем переднего колеса; отрыв самолета на малой скорости. Самолет уклоняется от направления взлета при разбеге. Причины: не установлено колесо (переднее) по курсу взлета; летчик неправильно пользуется тормозами; недостаточное отклонение руля направления влево (для компенсации момента реакции воздушного винта); неправильное распределение внимания. При отклонении самолета от заданного направления в момент начала разбега следует использовать тормоза колес, установить самолет по линии взлета и продолжать разбег. При значительном отклонении от заданного направления в момент начала разбега прекратить взлет. Несвоевременный подъем переднего колеса. Летчик рано и резким движением или поздно и очень осторожным движением ручки управления поднимает переднее колесо. Особенно опасен резкий и излишний подъем переднего колеса, что может привести к преждевременному отрыву самолета от земли и сваливанию на крыло. Отрыв самолета на малой скорости. Если это произойдет, то необходимо не допускать резких кренов и резкого перевода самолета в набор высоты. При повторном касании земли необходимо создать нормальный взлетный угол атаки (угол подъема переднего колеса) до набора скорости отрыва. При отрыве самолета на малой скорости и при резком переходе в набор высоты уменьшить угол набора до заданного, не допуская кренов. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 97 ПОСАДКА САМОЛЕТА Посадка является завершающим этапом полёта и представляет собой замедленное движение самолета с высоты 25 м до полной остановки после пробега по земле. Посадка самолета, как правило, состоит из следующих этапов (Рис. 113): - планирования (снижения); - выравнивания; - выдерживания; - приземления (парашютирования); - пробега. Рис. 113 Схема посадки самолета Рис. 114 Схема "круга" над аэродромом перед посадкой Посадка - сложный и ответственный маневр, завершающий полет. Ему предшествуют выход к аэродрому и заход на посадку. Маневр захода на посадку производится в непосредственной близости к аэродрому и имеет целью подготовку самолета к выполнению посадки. При визуальном заходе на посадку нормальным является движение самолета по прямоугольному маршруту, представляющему сочетание отрезков прямых и разворотов на 90 0 - так называемый ”круг” (“коробочка”). “Круг” перед посадкой выполняется на определенной для каждого типа летательных аппаратов высоте (Рис. 114). Расчетными являются 3-й и 4-й развороты, выполняя которые на определенной высоте и точке маршрута, летчик производит предварительный расчет на посадку. Уточнение расчета на посадку, учет ветра производятся на участке от 3-го и 4-го разворота. После 4-го разворота самолет должен двигаться вдоль оси взлетно-посадочной полосы (ВПП). До высоты 50 м должны быть выпущены закрылки (щитки), шасси, установлена необходимая скорость по траектории снижения и летчик должен быть убежден в точности расчета. С высоты 30 м летчик переносит взгляд на землю. Начинается выполнение первого этапа посадки - планирование. ПЛАНИРОВАНИЕ САМОЛЕТА ПРИ ПОСАДКЕ Посадка самолета начинается со снижения самолета. Угол установившегося планирования определяется по формуле 1 k tg = θ (8.1) Предпосадочное планирование выполняется с выпущенными шасси и закрылками (щитками), поэтому аэродинамическое качество невелико. Угол планирования и вертикальная скорость при этом значительно увеличиваются, что усложняет технику выполнения выравнивания. При наличии тяги угол планирования и вертикальная скорость уменьшаются, поэтому на современных скоростных самолетах АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 98 планирование осуществляется, как правило, с некоторой тягой, тем более что в этом случае облегчается уход на второй круг. При планировании летчик рассчитывает место приземления. Для этого сразу же после четвертого разворота летчик устанавливает заданную скорость планирования и наклон траектории планирования. Прямолинейное снижение выводит самолет в точку начала выравнивания (точка А на Рис. 113), находящуюся на высоте 6 - 10 м. Положение прямой А В (траектории снижения) относительно посадочной полосы задается расстоянием х, определяющим удаленность точки В от края ВПП. Для каждого типа самолета, планера величина х связана с их аэродинамическими характеристиками и в первую очередь с аэродинамическим качеством. На планировании перед посадкой желательно, чтобы скорость по траектории и вертикальная скорость снижения были по возможности уменьшены. С этой целью применяются закрылки, щитки или другие виды механизации крыла, которые увеличивают коэффициент подъемной силы и уменьшают потребную скорость планирования. Тем самым упрощается техника выполнения посадки и повышается ее безопасность. При увеличении веса самолета увеличивается его скорость по траектории. Угол планирования при этом практически остается неизменным. Планирование самолета до высоты начала выравнивания является одним из ответственных этапов в обеспечении нормальной посадки. Практикой установлено, что наибольшее количество ошибок в технике пилотирования совершено на этапе предпосадочного планирования и при выходе из него. Основной причиной этих ошибок является то обстоятельство, что летчик, отвлекая внимание от пилотирования самолета для наблюдения за землей, уточнения расчета на посадку и правильности захода по оси посадочной полосы, теряет скорость и нарушает координацию отклонения рулей. |