Аэродинамика самолета. Тема 1
 Скачать 3.35 Mb.
|
|
ХАРАКТЕРНЫЕ ОШИБКИ, ДОПУСКАЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ВИРАЖА При выполнении виражей наблюдаются следующие ошибки: - несоответствие мощности силовой установки величине крена - самолет теряет или набирает высоту (увеличивает или уменьшает скорость); -.перетягивание ручки управления на себя - увеличивается перегрузка, самолет теряет скорость, возможен срыв в штопор или штопорное вращение; - капот самолета не удерживается педалями по горизонту - излишне отклоняется педаль в сторону виража, что вызывает опускание капота самолета, увеличивается скорость и теряется высота; малое отклонение педали в сторону виража приводит к подъему капота самолета, уменьшается скорость и набирается высота; - некоординированные действия рулями управления при вводе в вираж и выводе из него - возникает внутреннее или внешнее скольжение и изменяется высота и скорость; резкий ввод самолета в вираж и резкий вывод из него - не выдерживается скорость и высота; неточный вывод по направлению. При выполнении виража необходимо знать, что при перетягивании ручки управления срыв самолета происходит без предупредительной тряски. Поэтому при загорании лампочки «Срыв» на самолете Як-52 необходимо уменьшить тянущее усилие на ручке управления, что приведет к уменьшению углового вращения и перегрузки. Небольшие отклонения по крену в процессе виража следует парировать отклонением ручки управления и педалей. При опускании капота самолета и нарастании скорости необходимо сначала вывести самолет из крена, затем взятием ручки управления на себя - в горизонтальный полет. Если при выполнении виража произошел срыв самолета, то ручку управления необходимо отклонить от себя, вывести самолет в горизонтальный полет, после чего вновь ввести в вираж. СПИРАЛЬ Спиралью называется полет самолета по винтовой линии (траектории) с заданным креном и скоростью. Спираль представляет собой длительный вираж на планировании или подъеме. Если спираль применяется для набора высоты, она называется восходящей, если для потери высоты - нисходящей.Если АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 156 крен небольшой величины и радиус спирали довольно большой, спираль называется пологой. Если крен спирали больше 45°, а радиус малой величины, спираль называется крутой. Если скорость, угол крена и угол наклона траектории с течением времени не изменяются, спираль называется установившейся. Установившаяся спираль называется правильной, если она выполняется без скольжения. СХЕМА СИЛ И УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ НА СПИРАЛИ Схема сил, действующих на самолет при выполнении спирали, показана на Рис. 186. Рассмотрим восходящую спираль. Она может выполняться как с тягой силовой установки, так и без нее. Рассмотрим выполнение спирали с тягой силовой установки на малом газу. Самолет снижается с постоянным углом к горизонту по траектории, представляющей цилиндрическую винтовую линию. Движение центра тяжести состоит из двух движений: вниз с вертикальной скоростью V У =Vsin θ и в горизонтальной плоскости по окружности со скоростью Vx=Vcos. θ Вес самолета G раскладывается на две составляющие, лежащие в вертикальной плоскости: Gcos θ и G sin θ . Подъемная сила Y наклонена вперед и в сторону и раскладывается на две составляющие: Y cosy - лежащей в вертикальной плоскости и наклоненной вперед и Y sin γ -лежащей в горизонтальной плоскости. Неуравновешенная сила Y sin θ является центростремительной силой, искривляющей траекторию движения самолета. Составляющая веса Gcos θ уравновешивается составляющей подъемной силы Ycos γ , а составляющая G sin θ и тяга силовой установки Р - уравновешивает лобовое сопротивление X. Рис. 186 Схема сил на спирали Управления движения самолета на установившейся нисходящей спирали имеют вид: условие постоянства скорости 0 sin = − − θ G P X ; (11.25) условие постоянства угла наклона траектории 0 cos cos = − θ γ G Y ; (11.26) условие искривления траектории r mV Y θ γ 2 2 cos sin = . (11.27) ПЕРЕГРУЗКА НА СПИРАЛИ Перегрузка на спирали, действующая по направлению подъемной силы Y, определяется из условия постоянства угла наклона траектории полета (11.26): cos cos γ θ = = G Y n У (11.28) АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 157 Полная перегрузка на спирали с учетом центростремительной силы Рцс определяется по формуле ) cos ( 1 2 2 θ γ tg n П + = (11.29) Из формул (11.28) и (11.29) следует, что перегрузка на спирали меньше, чем на вираже при том же угле крена, потому что составляющая Ycos γ уравновешивает не полный вес самолета, как на вираже, а его составляющую Gcos θ . Чем меньше угол наклона траектории полета, тем меньше потребная перегрузка. Потребная перегрузка на спирали всегда больше единицы, так как угол наклона траектории θ меньше угла крена самолета γ СКОРОСТЬ НА СПИРАЛИ Потребная скорость на спирали определяется из уравнения (11.26) условия постоянства угла наклона траектории ( θ γ cos cos G Y = ). Подставив вместо подъемной силы Y ее развернутое выражение, получим , cos cos 2 2 θ γ ρ G S V Cy СП = , 2 2 y СП n G S V Cy = ρ откуда при Cy=const 2 y ГП y СП n V n S Cy G V = = ρ (11.30) Из формулы (11.30) следует, что скорость, потребная для выполнения спирали, больше потребной скорости для горизонтального полета при одинаковом угле атаки. При выполнении спирали скорость остается, как правило, постоянной, а изменяется угол атаки. Коэффициент подъемной силы Су в диапазоне летных углов атаки прямо пропорционален углам атаки, а так как Су отличается от Cу СП на величину перегрузки n у(Су СП Су ГП n у), то, следовательно, и углы атаки на спирали отличаются от углов атаки горизонтального полета на ту же величину, т. е. У ГП СП n α α = (11.31) Из формулы (11.31) следует, что при выполнении спирали на постоянной скорости угол атаки увеличивается пропорционально перегрузке. РАДИУС СПИРАЛИ Как уже говорилось, что траектория спирали представляет собой цилиндрическую винтовую линию, следовательно, радиусом спирали можно считать радиус цилиндра. Из уравнения (11.27) - условия искривления траектории - находим СП r mV Y θ γ 2 2 cos sin = , откуда , sin cos 2 2 γ θ gY GV r СП = (11.32) Из формулы (11.32) следует, что с увеличением скорости радиус спирали возрастает, а с увеличением угла крена и угла снижения - уменьшается. Радиус спирали всегда меньше радиуса виража, так как cos θ АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 158 ШАГ СПИРАЛИ Высота, которую теряет самолет (или набирает) за один виток спирали, называется шагом спирали. Для определения шага спирали необходимо рассмотреть прямоугольный треугольник развертки одного витка спирали (Рис. 187). Из рисунка следует, что θ π tg r h СП 2 = (11.33) и sin 064 , 0 cos 2 2 2 γ θ θ γ θ π tg V tg tg g rV h CП = = (11.34) Из формулы (11.34) следует, что при увеличении скорости и угла наклона траектории полета θ шаг спирали увеличивается. Наивыгоднейшая спираль на планировании. Спираль, за один виток которой самолет теряет наименьшую высоту, называется наивыгоднейшей. Вертикальная скорость Vy при выполнении наивыгоднейшей спирали имеет наименьшую величину. Минимальная вертикальная скорость на планировании получается при выполнении полета на экономическом угле атаки. Для наивыгоднейшей спирали требуется крен 45° и скорость, превышающая экономическую соответственно крену. Эти спирали были исследованы советским ученым В. П. Ветчинкиным. При исполнении наивыгоднейшей спирали запас скорости фактически отсутствует. Следовательно, ошибка в пилотировании самолета может привести к срыву самолета в штопор. Выполнять наивыгоднейшую спираль необходимо только на безопасной высоте. Рис. 187 К определению шага спирали Минимальный шаг спирали получается при крене γ=45°, так как sin 2 γ имеет при этом максимальное значение, т. е, выполнение спирали с креном более или менее 45° ведет к увеличению шага спирали. Если крен на спирали менее 45°, та время выполнения спирали (одного витка) увеличивается, соответственно увеличивается и потеря высоты за один виток. Если крен на спирали более 45°, то вследствие увеличения перегрузки и, как следствие, лобового сопротивления скорость уменьшается, поэтому для сохранения скорости необходимо увеличить угол траектории полета θ, что приводит к увеличению вертикальной скорости снижения, и потеря высоты также увеличится за один виток; увеличение аэродинамического качества приводит к уменьшению шага спирали; с увеличением перегрузки шаг спирали уменьшается. ТЕХНИКА ВЫПОЛНЕНИЯ СПИРАЛИ Спираль выполняется на скорости 180 км/ч и крене 45°. Перед выполнением спирали осмотреть воздушное пространство, особое внимание уделить стороне, в которую будет выполняться спираль, свободно ли воздушное пространство. В режиме планирования установить скорость 180 км/ч, при положении рычагов управления дроссельной заслонкой карбюратора - полностью на себя, шагом винта - полностью от себя. Плавным и координированным движением ручки управления и педалей ввести самолет в спираль. Заданный угол снижения θ и угол крена γ выдерживать по видимым частям фонаря кабины самолета и капота относительно горизонта, а также по авиагоризонту. По мере увеличения угла необходимо увеличить перегрузку с таким расчетом, чтобы при заданном крене составляющая подъемной силы Ycos γ уравновешивала составляющую G cos θ АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 159 По достижении заданного крена незначительным движением ручки управления и педалей в сторону, противоположную спирали, устранить стремление самолета к увеличению крена, угловой скорости и скорости по траектории. На спирали за счет разности подъемных сил внешнего и внутреннего полукрыльев самолет стремится увеличить угол крена. Также при выполнении правой спирали за счет гироскопического момента силовой установки самолет стремится увеличить угол крена и тангажа, а на левой спирали, наоборот - уменьшить. Выдерживание заданной скорости на спирали производить изменением угла наклона траектории, тем самым изменяя величину составляющей веса самолета Gsin θ (не допуская скольжения - шарик в центре). Внимание на спирали распределяется так же, как при выполнении виража. В процессе выполнения спирали контролировать температурный режим работы двигателя, не допуская понижения температуры головок цилиндров ниже 150° и температуры масла ниже 40°. Вывод из спирали производить координированными отклонениями ручки управления и педалей в сторону, противоположную крену. При этом во избежание потери скорости вначале убрать крен и угловое перемещение, а затем вывести самолет в горизонтальный полет. ХАРАКТЕРНЫЕ ОШИБКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СПИРАЛИ: некоординированный ввод в спираль - самолет разворачивается с внешним скольжением или внутренним; не выдерживается угол наклона траектории, продольной оси самолета относительно горизонта - увеличивается или уменьшается скорость; не поддерживается крен заданной величины - самолет опускает капот, увеличивается скорость и самолет входит в крутую спираль с увеличением скорости. При увеличении поступательной и вертикальной скорости и входе в крутую спираль необходимо: вывести самолет из крена; уменьшить угол снижения; вывести самолет в горизонтальный полет. ПИКИРОВАНИЕ Пикированием называется крутое снижение самолета по прямолинейной траектории с углами наклона 30° и более. Оно применяется для быстрой потери высоты и разгона скорости. При выполнении сложного и высшего пилотажа пикирование является составным элементом большинства фигур. Пикирование подразделяется на виды: пологое - с углом пикирования менее 8<45°; крутое - с углом θ =45...80°; отвесное - с углами θ =80...90°; отрицательное - с углами θ >90°. Пикирование состоит из трех элементов: ввода, прямолинейного участка и вывода. Ввод и вывод являются криволинейными маневрами. Ввод в пикирование. С точки зрения выполнения не представляет трудностей. Ввод в пикирование осуществляется с разворота и с прямой. Рассмотрим оба случая. Ввод в пикирование с разворота. Применяется для выполнения захода по стреле квадрата пилотажа. Пусть самолет летит в горизонтальной плоскости (в горизонтальном полете), все силы, действующие на самолет, находятся в равновесии. При вводе самолета в пикирование с разворота создается центростремительная сила, которая искривляет траекторию полета в горизонтальной и вертикальной плоскости. Схема сил, действующих на самолет при вводе с прямой, показана на Рис. 188. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 160 Рис. 188 Схема сил, действующих на самолет при пикировании Центростремительной силой, искривляющей траекторию полета в вертикальной плоскости, является разность между составляющей подъемной силы и составляющей веса самолета Центростремительной силой, искривляющей траекторию полета в горизонтальной плоскости, является неуравновешенная горизонтальная проекция подъемной силы Ввод в пикирование с прямой из горизонтального полета.Ввод может быть резким и плавным. Рассмотрим плавный ввод. Пусть самолет летит в горизонтальной плоскости (горизонтальном полете), силы, действующие на него, находятся в равновесии. Для ввода самолета в пикирование необходимо создать центростремительную силу, искривляющую траекторию полета вниз. Она создается отдачей ручки управления от себя, при этом уменьшается угол атаки и подъемная сила Y становится меньше веса самолета G, под действием центростремительной силы траектория полета искривляется вниз (см. Рис. 188). При отдаче ручки управления от себя на большую величину создаетcя момент, когда подъемная сила уменьшается до нуля и центростремительной силой является вес самолета G, а при увеличении угла пикирования - составляющая веса G sin θ . Другая составляющая G cos θ направлена по касательной к траектории полета, составляя разность с лобовым сопротивлением и сумму с тягой силовой установкой ( 0 cos > − + X P G МГ θ ), и является ускоряющей силой. По мере увеличения наклона траектории полета скорость на пикировании возрастает, так как составляющая веса G cos θ увеличивается, а составляющая веса G sin θ , центростремительная сила, уменьшается, траектория полета будет выпрямляться. С нарастанием скорости сила лобового сопротивления Х растет, тормозя движение. Как только угол пикирования достигнет заданной величины, ручку управления необходимо задержать и на большую величину взять на себя. В противном случае за счет уменьшения угла атаки до отрицательной величины самолет продолжает увеличивать угол пикирования. Резкий ввод в пикирование. Возникает при резкой отдаче ручки управления от себя, при этом угол атаки становится отрицательным и возникает отрицательная подъемная сила (-Y). В этом случае центростремительной силой является (при малом угле атаки и ввода) сумма веса самолета и отрицательной подъемной силы (G-Y), а при увеличении угла наклона траектории - (G sin θ -Y). Такой ввод уменьшает радиус кривизны траектории и применяется при выполнении акробатического пилотажа. Перегрузка при резком вводе в пикирование имеет отрицательную величину. При плавном вводе в пикирование летчик частично теряет ощущение весомости. По мере увеличения наклона траектории вниз возникает разница ускорений тела летчика и самолета. Ускорение самолета уменьшается вследствие роста лобового сопротивления воздуха, а ускорение тела летчика не испытывает сопротивления воздуха и стремится падать с большим ускорением (поэтому у летчика появляется стремление валиться на приборную доску). При резком вводе самолета в пикирование летчик под действием силы инерции отделяется от сиденья АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 161 ПРЯМОЛИНЕЙНЫЙ УЧАСТОК ТРАЕКТОРИИ ПИКИРОВАНИЯ Он характеризуется тем, что на нем происходит разгон скорости самолета. Ускорение на пикировании, как правило, положительно. Самолет на пикировании увеличивает скорость. Так как на прямолинейном участке пикирования скорость, а вместе с нею и подъемная сила возрастают, то для обеспечения постоянства подъемной силы и прямолинейности траектории необходимо постепенно уменьшать углы атаки отклонением ручки управления от себя. Вывод из пикирования. При выполнении пикирования подъемная сила имеет малую величину или отсутствует вообще (при отвесном пикировании), поэтому для вывода из пикирования необходимо увеличить подъемную силу, увеличив угол атаки отклонением ручки управления на себя. Возрастая, подъемная сила становится больше составляющей веса самолета Gcos θ . Под действием центростремительной силы Рцс=У-G cos θ траектория пикирования искривляется, переходя в горизонтальный полет. Чем больше взята ручка управления на себя, тем больше будет величина центростремительной силы - тем меньше радиус кривизны траектории и потеря высоты на выводе. При выполнении выхода из пикирования необходимо помнить, что чрезмерное взятие ручки управления на себя ведет к чрезмерному увеличению перегрузок. При выводе из пикирования скорость, перегрузка, а, следовательно, и радиус кривизны траектории- величины переменные. |