Ограничения перегрузки

Перегрузка — это вектор, совпадающий по направлению с результирующей всех действующих на самолет внешних сил (кро­ме сил инерции и массы самолета), а по величине равный отноше­нию этой результирующей силы к полетной массе, умноженной на ускорение свободного падения.

В полете самолет испытывает перегрузки, направленные по всем его осям — продольной, вертикальной и поперечной. Наиболее зна­чительные перегрузки действуют на самолет в направлении вер­тикальной оси. Вертикальная перегрузка в полете может изме­няться при изменении угла атаки самолета вследствие отклонения руля высоты, при изменении положения закрылков, режима работы двигателей и при попадании самолета в вертикальный порыв воздуха.

Допустимые значения вертикальной перегрузки для самолета определяются тремя факторами:

— прочностью конструкции;

— физиологической выносливостью человека по отношению к перегрузке;

— выходом самолета на большие углы атаки, при которых возможны потеря управляемости и сваливание.

При увеличении аэродинамических сил растут нагрузки на эле­менты конструкции самолета. С увеличением подъемной силы Y растут изгибающий и крутящий моменты, действующие на крыло. При определенном значении подъемной силы крыло начинает раз­рушаться. Перегрузка, соответствующая этому значению подъем­ной силы для данной полетной массы, называется разрушающей:

n_{y разр}= Y _разр/m_пол · q

В полете не должна допускаться перегрузка, при которой от­дельные части самолета могли бы получить остаточную деформа­цию. Предельно допустимая величина эксплуатационной перегруз­ки n^э_{y доп} получается делением n_{у разр} на так называемый коэффи­циент безопасности f.

Для транспортных самолетов f=1,5—2,0.

Величина n^э_{y доп} зависит от m_пол самолета (рис. 3). Для самоле­та Як-40 максимально допустимая эксплуатационная перегрузка n^э_{y доп}=3,5

Рис. 3. Зависимость предельно допустимой величины эксплуатационной перегрузки от полетной массы

При маневрировании самолета в вертикальной плоскости и, в частности, при взятии штурвала на себя угол атаки самолета увеличивается, что вызывает соответствующее увеличение подъем­ной силы и вертикальной перегрузки. Приращение перегрузки Δn_у при вертикальном маневре пропорционально приращению коэффи­циента подъемной силы Δс_у и обратно пропорционально исходному значению этого коэффициента:

Δn_у = Δс_у /с_{у исх}

Таким образом, для каждой высоты и скорости полета суще­ствует вполне определенное значение приращения коэффициента подъемной силы, которое увеличивает значение коэффициента с_у до допустимой величины с_удоп, превышать которую нельзя.

Для малых высот и определенного диапазона скоростей допу­стимые приращения перегрузки довольно значительны и могут превосходить перегрузки, допустимые по условиям прочности кон­струкции. Для больших высот максимальные величины допустимой перегрузки существенно уменьшаются. Таким образом, ограниче­ния перегрузки на малых высотах связаны с прочностью конст­рукции самолета, а на больших высотах — с опасностью свалива­ния самолета.

Следовательно, допустимая перегрузка — это значение верти­кальной перегрузки при маневре, определяемое по данной полетной массе самолета и соответствующей величине допустимого коэффи­циента подъемной силы.

Отношение коэффициента подъемной силы сваливания к исход­ному называется располагаемой перегрузкой:

Δn_{у расп} = Δс_{у св} /с_{у исх}

Чем меньше угол атаки, на котором происходит полет, тем меньше исходный коэффициент и, следовательно, тем больше рас­полагаемая перегрузка, т. е. для вывода самолета на режим сва­ливания потребуется большая перегрузка при полете на большей скорости.

Величина приращения перегрузки, потребная для вывода само­лета на угол атаки сваливания, называется запасом перегрузки:

Δn_{у зап} = Δс_{у св} /с_{у исх} - 1

Если запас перегрузки в полете окажется равным 0, это озна­чает, что самолет выведен на угол атаки сваливания.