Тема 2 Аэродинамика самолета

2.0 Введение

Требования к двигателю для самолёта зависят от габаритов летательного аппарата, дальности полёта и выбранной скорости, также зависят от аэродинамических характеристик самолёта и профиля пути. В этой теме описаны наиболее важные аэродинамические параметры гражданского самолёта, необходимые для дальнейших исследований. Кратко основные параметры двигателя можно выразить, анализируя режимы взлёта, посадки и крейсерского режима. При анализе можно заметить, что крейсерский режим необходимо осуществлять на максимальных скоростях и высотах, что облегчит вычисление дальности полёта. Знание качества крыла необходимо для полной оценки требуемой тяги.

2.1 Параметры крыла

Элементы самолёта должны иметь компромиссные возможности для осуществления быстрого полёта на крейсерском режиме и относительно медленного движения во время взлёта и посадки. Некоторые изменения формы и площади крыла применяются при взлёте и посадке (например, отклонения предкрылков и закрылков), но их использованию и применению существует практический предел. Как упомянуто ранее, допускается возможность обращения к безразмерным величинам всякий раз, когда это необходимо. Коэффициент подъемной силы определяется как:

,

(2.1)

где L - подъёмная сила, которая действует в направлении перпендикулярном направлению полёта. В установившемся полёте подъемная сила равна весу летательного аппарата. При определении подъемной силы кроме коэффициента подъёмной силы C_L используются величины плотности воздушного потока ρ, площадь крыла A и скорость полёта V.

На рисунке 2.1 изображена зависимость коэффициента подъёмной силы самолёта от изменения угла атаки при низких скоростях (например, при взлёте). Из графика видно, что величина C_L изменяется почти линейно, доходя до точки пика (максимального значения угла атаки), после чего плавно падает. Это падение происходит, когда пограничный слой отделяется от верхней поверхности крыла. Для самолёта, находящегося вблизи поверхности земли, это было бы критическим явлением, поэтому необходимо удостовериться, что скорость летательного аппарата достаточна для совершения взлёта и величина коэффициента подъёмной силы не достигает своего максимального значения.

Полностью загруженный самолёт имеет высокую массу и, перемещаясь с большой скоростью по земле, он представляет потенциальную опасность. Необходима длинная полоса, чтобы самолёт мог набрать скорость необходимую для совершения взлёта, и замедлить её при совершении посадки; кроме проблемы с созданием взлётно-посадочной полосы, существует проблема с перегревом шин (при эксплуатации на высоких скоростях или в течение длительного промежутка времени).

Рисунок 2.1. Кривая, характеризующая коэффициент подъёмной силы для дальнемагистрального дозвукового самолёта при низких скоростях полёта

Поэтому скорость самолёта на ВПП при отрыве шасси от земли не должна превышать 90 м/сек (т.е. 200 миль/час или 324 км/час).

Поскольку подъёмная сила на взлете пропорциональна плотности воздуха, не исключено возникновение проблемы, связанной с повышенной температурой воздуха или высотой расположения аэропорта. Аэропорт города Иоганнесбурга, с этой точки зрения, находится в очень трудном положении, он размещён на высоте 5 557 футов, что составляет 1 694 м. В жаркий день температура может подниматься до значения в 35ºC, при таких условиях плотность будет меньше 80 % от стандартного состояния.

Упражнение 2.1

а) Если коэффициент подъемной силы для ДМС на взлете не превышает 1.6 и скорость полета на старте (то есть, когда на взлете L (подъемная сила) только равна весу самолета) не превышает 90 м/с (177 узлов), найти нужную площадь крыла, принимая значения стандартной атмосферы на уровне моря. (Это должно соответствовать приблизительно сведениям в таблице по величине площади крыла для ДМС.)

(Ответ: 784 м²)

б) авиаконструкторы часто определяют нагрузку на единицу площади. Найдите ее для крыла в состоянии взлета. Сравните с оценкой веса автомобиля, разделенного на площадь горизонтальной проекции.

(Ответ: 7.95 кН/м²)