4.3.1 Поведение самолета в турбулентной атмосфере

При практической оценке интенсивности турбулентности атмосферы используются следующие показатели:

- скорость вертикальных потоков воздуха W, м/сек;

- частота турбулентности , гц;

- величина вертикальной перегрузки п_у, испытываемой самолетом и летчиком;

- вероятность выхода на критические углы атаки _кр;

- изменение высоты полета самолета;

- устойчивость работы двигателя.

При штормовой болтанке перегрузки от вертикальных порывов достигают значений от -2 до +4,1. Это может вызвать деформацию тяжелого самолета. Кроме того, при полете в условиях болтанки возникает опасность выхода самолета на критические углы атаки и сваливания на крыло.

Характеристики болтанок приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Шкала оценки интенсивности болтанки

Обозна- чение	Оценка, балл	Характеристика болтанки	Описание поведения самолета	Величина перегрузки nу
б1	1	Слабая	Самолет слегка покачивает. Слабые отдельные толчки	0,8 < nу <1,2 nу < 0,2
б2	2	Умеренная	Покачивание усиливается Толчки более частые и сильные	0,5 < nу <1,5 nу < 0,5
б3	3	Сильная	Самолет иногда проваливается. Сильные толчки. Пассажиров подбрасывает или прижимает к сиденьям.	0 < nу < 2 nу < 1
б4	4	Штормовая	Самолет непрерывно бросает Пассажиров сильно прижимает к сиденьям или отрывает от них	nу < 0 nу > 2 nу > 1

4.3.2. Влияние различных параметров на величину перегрузки при болтанке.

Для оценки влияния различных параметров на величину перегрузки при болтанке воспользуемся выражением (4.19), которое запишем в таком виде:

, (4.20)

где а — скорость звука.

Величина зависит от числа М, геометрических и аэродинамических характеристик крыла – удлинения , стреловидности  и др.

Примерная зависимость и от М для самолетов приведена на рис. 4.7.

В соответствии с изменением величины по числу М полета изменяется и перегрузка п_у при болтанке.

Вначале, с ростом числа М, перегрузка несколько увеличивается, а затем, в сверхзвуковой области, - уменьшается.

П

Рис. 4.7. изменение величин и от М полета.

ри достаточно больших скоростях полета, когда М  1, 4, коэффициент демпфирования k и перегрузка при болтанке практически не зависят от числа М:

(4.21)

С увеличением стреловидности  и уменьшением удлинения  величина уменьшается. Поэтому у самолета со стреловидным крылом небольшого удлинения реакция на воздушный порыв и величины перегрузок при полете в болтанку оказываются всегда меньше, чем у самолета с прямым крылом большого удлинения.

С увеличением высоты полета плотность воздуха падает и перегрузка при болтанке (при прочих равных условиях) уменьшается.

до чисел М = 1...1,5 с увеличением скорости V полета перегрузка возрастает. Для уменьшения ее при полете в неспокойном воздухе скорость нужно снижать. Однако чрезмерное снижение последней также нежелательно, так как при этом самолет переводится на большие углы атаки, а в условиях полета в болтанку это опасно из-за возможности выхода при восходящем порыве на закритические углы атаки и сваливания на крыло.

Т аким образом, при полете в турбулентной атмосфере скорость самолета по условиям прочности нужно снижать, а по условиям безопасности полета — увеличивать. Эти взаимоисключающие требования приводят к появлению двух границ V = f (w), определяющих режим полета самолета (рис. 4.8).

Граница по условиям прочности может быть рассчитана по формуле (4.19) при

n_у = n_yдоп,

где n_yдоп - максимально допустимое значение перегрузки.

Г

Рис.4.8. Определение оптимальной скорости полета самолета в болтанку

раницу по условиям безопасности можно рассчитать, используя зависимость:

, (4.22)

г де _б.п - безопасный угол атаки при полете самолета в турбулентной атмосфере;

_доп - допустимый угол атаки, соответствующий допустимому коэффициенту подъемной силы.

Отсюда

. (4.23)

Оптимальная скорость полета в болтанку соответствует абсциссе точки пересечения указанных двух кривых (рис. 4.8).

Н

Рис. 4.9. Зависимость nу и от веса G самолета для различных значений скорости порыва Wi

а больших высотах диапазон углов атаки, на которых может быть сбалансирован самолет, уменьшается. Поэтому возможности для уменьшения перегрузок за счет снижения скорости полета здесь ограничены. В этом случае рекомендуется переводить ВС на снижение с последующим уменьшением скорости полета.

Если полет выполняется на малых высотах, то при встрече с зоной повышенной турбулентности, напротив, может потребоваться перевод самолета на большую высоту полета, определяемую условиями безопасности.

Если М > 1, как уже отмечалось, перегрузка при болтанке практически не зависит от скорости полета.

С увеличением удельной нагрузки на крыло G/S самолет стано­вится менее чувствительным к вертикальным порывам и перегрузки уменьшаются.

С увеличением полетного веса самолета при полете в болтанку перегрузка уменьшается (см. формулу 4.19), но нагрузка крыла возрастает, так как

. (4.24)

Зависимость n_у и Y от веса G самолета при различных значениях скорости порыва Wi приведена на рис. 4.9, а. Очевидно, что нагрузка от порывов не должна превышать максимальную нагрузку ymах, на которую рассчитана конструкция крыла.

Полагая Y = ymах для заданного режима полета (V, ) и порыва (W_i) можно из (4.24) определить максимально допустимый вес самолета G_max при полете в болтанку.

При уменьшении полетного веса нагрузка крыла падает, но возрастает перегрузка, а это влечет за собой пропорциональное увеличение сил R = g_агр (рис. 4.9, б), действующих на узлы подвески агрегатов (баков, двигателей, обо­рудования и пр.) к каркасу. Это обстоятельство также должно учитываться при снаряжении самолета.

Для транспортных самолетов нагрузка крыла при болтанке опасна с точки зрения общей прочности. Поэтому, если ожидается полет в болтанку, загружать самолет следует по возможности меньше.

Пример. Определить нагрузку Y крыла и усилие R в узлах крепления топливного бака (подвешенного под центром тяжести самолета) при полете в болтанку у земли для нормального полетного веса G = 55 000 кгс и перегрузочного вариан­та G_п = 70 000 кгс. с^а_у = 4,6; V = 690 км/ч; S = 200 м²; вес бака с топливом G_m = 2000 кгс; W = 12м/с.

Согласно выражению (4.19), для нормального варианта

;

Y = n_yG = 3,4  55 000 = 187 000 кгс; R = n_yG_T = 3,4  2000 = 6800 кгс.

для перегрузочного варианта

y= 2,970 000 = 203 000 кгс; r_п = 2,92000 = 5800 кгс.

Таким образом, Y_n>Y, a R_n<R.

Сваливание на крыло. С учетом влияния сжимаемости воздуха при увеличении скорости полета критический угол атаки _кр уменьшается более интенсивно, чем увеличивается скорость. С увеличением высоты полета _кр достигается при меньших значениях W. Сваливание самолета на малых высотах (при большой плотности воздуха) и при большой перегрузке происходит более резко, и поэтому оно более опасно.

Диапазон скоростей при болтанке сужается: минимальную скорость полета увеличивают, чтобы исключить опасность сваливания самолета, а максимальную скорость уменьшают из-за опасности возникновения перегрузок выше допусти­мых эксплуатационных.

Полет в болтанку в вертикальных потоках воздуха требует особого внимания.

При полете в кучево-дождевых облаках при попадании самолета из нисхо­дящего потока в восходящий, где скорость воздуха > 20…30 м/сек, возможен резкий бросок вверх (до 1000…1800 м). При этом подъемная сила на стаби­лизаторе увеличивается, в результате чего самолет приобретает тенденцию к пикированию (рис. 4.10).

П ри попадании в нисходящий поток воздуха появляется тенденция к кабрированию. В болтанку кратковременные нагрузки на штурвале достигают 30…80 кГ с частотой до 30 раз в минуту, на педалях - до 55 кГ; появляется крен - до 25°, рыскание по курсу - до 6—8°.

П

Рис. 4.10 Траектория полета самолета при полете в болтанку

оследствия болтанки. Болтанка опасна тем, что наступает утомление лет­чика, вызываемое необходимостью строго следить за поведением самолета и своевременно противодействовать опасным тенденциям. В результате возникает опасность потери управляемости самолета. Кроме того, возможно повреждение и разрушение самолета.

Болтанка может привести к самовыключению двигателя в полете, особенно на больших высотах, где двигатель более чувствителен к изменению расхода воздуха. В зоне вертикальных потоков получается косой вход воздуха в двига­тель, что приводит к уменьшению расхода воздуха, помпажу и самовыключению двигателя.

На летчика неблагоприятно влияет не только перегрузка, но и её частота. Частота перегрузок при скорости полета 500…800 км/ч составляет в среднем 0,7…2 гц. Однако в полете возможны случаи возникновения перегру­зок с частотой 4…5 гц, которые тяжело переносит летчик, так как этому диапазо­ну соответствуют собственные частоты колебаний тела человека.

Экипаж должен обязательно пользоваться плечевыми и поясными ремнями. Летчик должен все внимание сосредоточить на управлении и удержании самолета в горизонтальном положении. Не разрешается делать резких исправлений высоты полета, действия рулями должны быть энергичными, но не резкими, так как они вызывают дополнительные нагрузки.