Контрольные вопросы:

1. Объясните принцип создания подъемной силы на выпукло-плоском профиле крыла (профиле Жуковского).

2. С какой целью на самолете устанавливается хвостовое оперение?

3. Что называют полярой крыла и в чем ее практическая значимость?

4. Что происходит при ?

5. Чем отличается угол тангажа от угла атаки?

6. Для чего предназначены основные составные части самолета?

7. Преимущества и недостатки вертолетов различных схем?

8. Каким образом реализуются вертикальный и укороченный взлет и посадка СВВП и СКВП?

9. Основные конструктивные особенности сверхзвуковых самолетов?

10. Преимущества и недостатки ЛА с ракетными двигателями?

11. От чего, в соответствии с уравнением Циолковского, зависит скорость разгона ракеты?

12. Назначение составных частей ракеты?

13. Почему космические ракетоносители делают многоступенчатыми?

14. Преимущества и недостатки многоразовых космических систем?

15. Возможные концепции многоразовых космических систем?

15. При каких условиях ИСЗ будет постоянно находиться над одной и той же точкой поверхности Земли (геоцентрическая орбита)?

16. При каких условиях реализуется баллистическая траектория полета КЛА?

Задача 1

Определить величину подъемной силы крыла если полная аэродинамическая сила – 12000 кгc., а аэродинамическое качество крыла – 22.

Задача 2

Какой скоростью должен обладать КЛА, для того чтобы оставаться на круговой орбите высотой 430 км?

Задача 3

Какими должны быть скорость ИСЗ и высота его круговой геоцентрической орбиты, если угловая скорость вращения Земли ?

2. Энергетические установки ЛА

2.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания

как силовые установки ЛА

Практически на всех ЛА, начиная с 1903 года до окончания Второй Мировой войны применялись винтовые силовые установки (СУ) на основе поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Принцип работы винтовой СУ заключается в том, что воздушный винт (ВВ) отбрасывает массу воздуха назад со скоростью большей скорости полета V ЛА, сообщая этой массе ускорение. Возникающая, в соответствие со вторым законом Ньютона, сила реакции R_ПД (тяга) воспринимается лопастями ВВ и через вал ДВС и узлы его крепления передается ЛА, разгоняя его. Следовательно, ВВ сообщает ЛА полезную мощность R_ПД V.

Эффективная мощность N_е, передаваемая воздушному винту от поршневого ДВС, должна быть больше полезной мощности RV на величину механических и гидравлических потерь в винтомоторной группе (ВМГ), учитываемых с помощью КПД ВМГ η_в, следовательно:

(2.1)

Кризис поршневых СУ ЛА

Послевоенное бурное развитие авиации требовало увеличения скоростей полета. Применяемые в то время винтовые силовые установки (СУ) на основе поршневых двигателей (ПД), при скоростях, превышающих ≈ 700…750 км/ч, теряли свою эффективность. Это объясняется тем, что с увеличением скорости полета V относительная скорость воздушного потока на периферии лопастей ВВ возрастает до сверхзвуковых скоростей, при этом резко падает кпд ВВ . Вследствие этого тяга ВВ ПД R_ПД быстро снижается (рис. 2.1).

Одновременно, с увеличением скорости полета растет сила аэродинамического сопротивления набегающего потока воздуха , на преодоление которой затрачивается тяга двигателя.

Минимальная потребная тяга R_потр для полета ЛА со скоростью V, должна равняться силе аэродинамического сопротивления Х при данной скорости полета:

, (2.2)

где c_x – коэффициент аэродинамического сопротивления; F_м– максимальная площадь поперечного сечения ЛА (сечение миделя); ρ – плотность воздуха.

У воздушно-реактивного двигателя (ВРД) тяга R_ВРД с ростом скорости полета падает менее значительно (см. рис. 2.1), чем у поршневой СУ. У ракетного двигателя тяга R_РД практически не зависит от скорости полета.

Рис. 2.1. Зависимость тяги двигателя от скорости

полета ЛА

При одной и той же аэродинамической схеме ЛА [зависимость R_потр(V)] максимальная возможная скорость полета ЛА с ВРД будет выше, чем ЛА с поршневой СУ (см. рис. 2.1).

Турбовинтовые двигатели (ТВД), относящиеся к классу ВРД непрямой реакции, при их установке на сравнительно низкоскоростных пассажирских и транспортных самолетах, так же имеют перед поршневыми силовыми установками существенные преимущества, такие как:

– меньшие габариты и вес при одинаковой развиваемой мощности;

– процесс горения в камере сгорания ТВД непрерывный, что снимает ударные нагрузки на элементы двигателя;

– отсутствие кривошипно-шатунного механизма (КШМ), необходимого в поршневых двигателях для превращения поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала, позволяет снизить механические потери.

Преимущества ТВД перед поршневыми СУ становятся особенно заметными при больших потребных мощностях двигателей.

На современных ЛА устанавливают реактивные двигатели различных типов, а поршневые силовые установки применяются в основном на легких пассажирских и спортивных самолетах, а так же легких вертолетах, где не требуется большая мощность двигателя.