Ограничения высоты полета

С увеличением высоты полета плотность воздуха уменьшается, что требует увеличения угла атаки для обеспечения соответствия подъемной силы полетной массе самолета.

При определенных высоте и скорости полета потребные значения угла атаки и коэффициента подъемной силы с_{у потр} станут равны­ми их допустимым значениям. При этом незначительное воздей­ствие на самолет (вертикальный восходящий порыв, случайное взятие штурвала на себя и т. п.) может вывести его на опасные углы атаки. Поэтому предельная высота полета ограничивается таким образом, чтобы при попадании на этой высоте в восходящий порыв с определенной вертикальной скоростью (V_у = 10 м/с) зна­чение с_{у потр} не превысило с_{у доп}. Максимальная высота полета для самолета Як-40 ограничивается величиной 8000 м. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности экипажа и пассажиров на са­молетах Як-40 с перепадом давления в гермокабине 0,3 кгс/см² максимальная высота полета в равнинной местности ограничивает­ся величиной 6000 м (за исключением случаев, когда осуществля­ется перегонка воздушного судна).

Влияние условий эксплуатации на взлетные характеристики самолета

Основными взлетными характеристиками воздушного судна являются: скорость подъема передней опоры самолета V_R, скорость отрыва V_отр, безопасная скорость взлета V₂ и длина разбега L_р. Скорость отрыва может быть определена по формуле

где m_взл/S — удельная нагрузка на крыло на взлете;

с _{у отр} — значение коэффицента подъемной силы в момент от­рыва;

ρ₀ — плотность воздуха при фактических значениях тем­пературы и давления на аэродроме.

Из приведенной формулы видно, что скорость отрыва само­лета с заданной взлетной массой при фактических условиях старта определяется значением коэффициента подъемной силы с_у. На самолете Як-40 для увеличения несущих свойств крыла применя­ются однощелевые выдвижные закрылки, отклоняемые на взлете на 20°.

Для улучшения продольной управляемости самолет Як-40 имеет управляемый стабилизатор, который на взлете отклоняется на определенный угол в зависимости от центровки самолета и раз­личных состояний ВПП, при этом образуется момент, облегчаю­щий управление самолетом по тангажу.

На величину с_у влияет, кроме того, так называемый эффект близости земли (экранный эффект). Сущность его заключается в том, что при движении воздушного судна в непосредственной бли­зости от ВПП воздушный поток между крылом и ВПП тормозит­ся, и давление на нижней поверхности крыла повышается (по сравнению с давлением вдали от земли). Это, в свою очередь, при­водит к дополнительному перетеканию масс воздуха снизу на верхнюю часть крыла, при этом местные скорости течения увели­чиваются, а давление уменьшается. В результате создавшейся до­полнительной разности давлений под крылом и над ним растет подъемная сила крыла.

Прирост подъемной силы вблизи земли зависит от расстояния между крылом воздушного судна и землей. Влияние близости зем­ли на подъемную силу крыла существенно сказывается в том случае, когда расстояние до земли меньше полуразмаха крыла, причем увеличение подъемной силы за счет экранного эффекта состав­ляет 20% и более.

Скорости принятия решения, подъема передней опоры самолета и отрыва зависят от взлетной массы самолета и определяются по графикам, помещенным в РЛЭ.

Наличие экранного эффекта значительно уменьшает длину раз­бега самолета и увеличивает посадочную дистанцию, а создание дополнительного кабрирующего момента приводит к уменьшению углов отклонения руля высоты вверх, опасности приземления воз­душного судна на малых скоростях с большим перелетом.

Длина разбега на взлете определяется по формуле:

L_р=V²_отр/2j_ср

где j_ср = ΔР /m — среднее ускорение на разбеге;

ΔР=Р—(X—F_тр) —избыток тяги;

т — взлетная масса самолета.

Из приведенных формул видно, что чем больше избыток тяги и меньше масса самолета, тем больше ускорение и меньше длина разбега самолета. Для стандартных условий при взлетной массе 16100 кг длина разбега самолета Як-40 составляет 715 м.

К числу эксплуатационных факторов, влияющих на длину раз­бега самолета, относятся скорость отрыва, взлетная масса, темпе­ратура и давление воздуха, скорость и направление ветра, сос­тояние и уклон ВПП. Рассмотрим влияние каждого из перечислен­ных факторов.

При взлете с боковым ветром для обеспечения достаточной пу­тевой устойчивости самолета скорость отрыва необходимо увели­чить на 10 км/ч, при этом длина разбега также возрастет. Измене­ние скорости отрыва на 1 % приводит к соответствующему измене­нию длины разбега на 2%.

При изменении взлетной массы меняется как скорость отрыва, так и тяговооруженность самолета. Изменение взлетной массы на 1% приводит к изменению длины разбега примерно на 2,5%.

Состояние атмосферы определяет путевую скорость воздушного судна и силу тяги двигателей и, таким образом, влияет на длину разбега. При увеличении температуры и уменьшении давления плотность воздуха уменьшается, что приводит к росту скорости отрыва самолета от ВПП и к уменьшению силы тяги двигателей. Таким образом, увеличение температуры и уменьшение давления воздуха приводят к увеличению длины разбега самолета. Можно считать, что изменение давления на 10 мм рт. ст. вызывает изме­нение длины разбега самолета на 3%, а изменение температуры воздуха на 5° вызывает изменение длины разбега на 6%. Предельно допустимая встречная составляющая ветра для самолета Як-40 равна 30 м/с, а попутная — 5 м/с.

В соответствии с НЛГС-2 для учета влияния ветра при опре­делении длины разбега встречная составляющая скорости ветра уменьшается на 50%, а попутная —увеличивается на 50%.

При встречном ветре со скоростью 5 м/с длина разбега само­лета уменьшается на 5,5% (110 м).

При попутном ветре со скоростью 5 м/с длина разбега само­лета увеличивается на 16,5% (230 м).

При боковом ветре со скоростью 15 м/с длина разбега самолета увеличивается на 10—11% (80 м).

Предельно допустимая боковая составляющая скорости ветра для самолета Як-40 равна 15 м/с.

При боковой составляющей скорости ветра более 5 м/с ско­рость подъема передней опоры самолета следует увеличить на 10 км/ч для увеличения путевой устойчивости воздушного судна на взлете.

Состояние ВПП характеризуется коэффициентом сцепления, ве­личина которого уменьшается при наличии на ВПП снега, слякоти, воды и т. п. Например, на ВПП, покрытой снегом, длина разбега самолета увеличивается в среднем на 50—60%.

Осадки на ВПП осложняют выдерживание направления на разбеге, так как вследствие неравномерного распределения осад­ков по поверхности ВПП появляются рыскание и раскачка са­молета.

При взлете с ВПП, имеющей уклон, на самолет будет действо­вать дополнительная сила, равная проекции массы воздушного судна на направление движения. При движении самолета под ук­лон длина его разбега будет меньше, а при движении на подъем — больше, чем длина разбега на ровной ВПП. Можно считать, что уклон в 0,01 приводит к изменению длины разбега самолета на 8%.