Горизонтальный полет

Наука, изучающая движение летательного аппарата, называется динамикой полета. Движение летательного аппарата может быть установившимся и неустановившимся. При установившемся движении отсутствуют ускорения (за исключением ускорения силы тяжести). Основными видами движения, рассматриваемыми в динамике полета, являются горизонтальный полет, набор высоты, снижение, взлет, посадка и внраж.

Горизонтальный полет — прямолинейный полет в вертикальной плоскости на постоянной высоте. В горизонтальном полете на самолет действуют сила веса С, приложенная в центре тяжести, подъемная сила У и сила лобового сопротивления Сприложенные в центре давления, сила тяги Р, направленная по оси двигателя. Для удобства будем считать, что все силы приложены в центре тя

жести (рис. 3.1). Это условие б дем распространять на все ра сматриваемые режимы полета, Условие иолета самолета постоянной высоте — равенст! подъемной силы и веса: Y= = G, или cyS(pV2/2) = G. Услов* равномерности движения — р венство сил тяги и лобового С(

у / ¦ / ¦.¦¦ противления: Р=ХВ, или Р=

^=Cx&am

(pV^/2). «Если не обеспечи

Рва 3.1. Схема сил, действующих на вается равенство подъемной СИЛ! самолет в горизонтальном полете и веса, то самолет буде

подниматься (Y>G) или сни жаться (прит. е. произойдет искривление траектории. Есл

тяга двигателя будет превышать силу лобового сопротивлени Р>Ха, то скорость самолета будет увеличиваться, а при Р<ХЛ ско рость будет уменьшаться.

Из уравнения постоянства высоты полета можно получить формулу для определения скорости, потребной для выполнения горизонтального полета:

Vr.n =/207(^6».

Из формулы видно, что потребная скорость горизонтального поле-j та зависит от значения G, плотности воздуха р, площадки крыла «S и коэффициента подъемной силы су. Поскольку каждому значению угла атаки соответствует единственное значение коэффициен-1 та су (см. рис. 2.12 и 2.13), то

это значит, что каждой скорости по-! лета соответствует определенное значение угла атаки. Данная формула позволяет вывести выражение для теоретически минимальной скорости полета самолета на заданной высоте, т. е. наименьшей скорости, которая позволяет совершать горизонтальный полет

‘ min =

/2Щс у так

Минимальная скорость полета может быть получена при полете на критическом угле атаки а = аКр, которому соответствует максимальный коэффициент подъемной СИЛЫ Су = С1/тах. Однако выполнять полет на теоретически минимальной скорости не рекомендуется, так как на критических углах атаки полет неустойчив, поскольку незначительное увеличение угла атаки сверх критического приводит к уменьшению значения су, а значит, к падению подъемной силы. Практически минимальная скорость полета несколько больше, чем теоретическая (VWпр» l,30VmIn), а полет должен выполняться на углах атаки а<Сокр.

Из уравнения постоянства скорости можно получить формулу для силы тяги, потребной для горизонтального полета, рг.п = = cXas(?v j2), а так как = 2G/{cyS?), т0, подставляя в формулу ЭТО выражение, получим ^г.и = G(CxJc!)) ¦- OjK.

Как следует из формулы, потребная тяга зависит от значения G (с увеличением G требуется большая тяга при том же угле ата

ки) и аэродинамического качества самолета. Минимальной потребная тяга будет при полете на наивыгоднейшем угле атакиг т с. с максимальным качеством: Рг.пт1п = 0/ктлх.

При расчетах летных данных самолета удобно пользоваться, графическими зависимостями тяг от скорости и высоты полета. Они получили название кривых Н. Е. Жуковского. При построении, кривых потребных тяг используют уравнения установившегося горизонтального полета. Исходные данные для расчета — поляры самолета, построенные для различных чисел М, площадь крыла,, масса самолета, заданные высоты полета самолета. Расчет обычно начинают для высоты Н=О в следующем порядке:

задаются рядом значений чисел М (соответственно значениям У=М а);

из уравнения, определяющего условие постоянства высоты полета, находят значение су, соответствующее полету на данной высоте и скорости;

по поляре самолета для выбранного числа М и полученного значения Су определяют значение сХд, а затем и К=су/сХа;

подсчитывают значения потребных тяг РТЛ=С/К. Затем строят зависимости Ргп=}(У), на которых откладывают значения углов атаки (рис. 3.2, а).

Аналогично рассчитывают Рг.п=/(У) для других высот. При этом с возрастанием высоты полета из-за уменьшения плотности воздуха кривые смещаются вправо с увеличением наклона правой ветви.

Летные данные самолетов рассчитывают^ри одновременном сопоставлении кривых потребных Яг,п=/:(V) и располагаемых тяг {V)• Последние представляют собой зависимости тяги двигателя на максимальном режиме работы от скорости полета самолета и высоты.

По кривым

потребных и располагаемых тяг рассмотрим характерные скорости горизонтального полета. Крайняя левая точка кривой потребной тяги соответствует минимальной (теоретиче-

Рис. 3.2. Зависимость потребных и располагаемых тяг (а) и мощностей (б) от

скорости полета

ской) скорости полета VWn- Точка пересечения кривых потреби! и располагаемых тяг соответствует максимальной скорости поле Ушах/ т- е. наибольшей скорости, достигаемой самолетом в гор зонтальном полете при максимальной тяге двигателя. Скорое! которая соответствует минимальной потребной тяге, называет наивыгоднейшей скоростью горизонтального полета VHB. Разнос между максимальной и минимальной скоростями полета назыв ется диапазоном скоростей. С увеличением высоты полета мин мальная скорость увеличивается, а максимальная, как правил уменьшается.

Для расчета летных данных самолетов с поршневыми и турб винтовыми двигателями удобнее пользоваться методом сравнен! потребных и располагаемых мощностей. Мощность, потребная aj горизонтального полета,

Nr.n=Pr.nVF.n=(GVr.u/K).

Построение кривой потребных мощностей аналогично построй нию кривой потребных тяг. На полученный график наносится кривая располагаемых мощностей силовой установки NVBLCn=:f (V]

Наивыгоднейшую скорость полета можно определить по графи ку N=f(V), для чего из начала координат проводят касательну! к данной кривой (точке касания будет соответствовать Унв). Дей ствительно, из формулы, определяющей потребную мощность, вид но, что

^r.nmln — (^r.n/^r.nXnln ~1

где ф — угол наклона касательной.1

Скорость полета, при которой потребная мощность наимены шая V называется экономической скоростью V3K.j