6. Возмущения, действующие на летательный аппарат в полете

На летательный аппарат в полете постоянно воздействуют различные возмущающие силы и моменты, которые стремятся изменить ориентацию его в пространстве и траекторию движения. С точки зрения их влияния на движение ЛА основным признаком является характер изменения возмущений с течением времени. В соответствии с этим различают возмущения следующего вида:

• постоянные возмущения, возникающие внезапно и не меняющиеся в течении некоторого промежутка времени

• медленно изменяющиеся возмущения

• кратковременные возмущения, имеющие характер импульсных нагрузок

• возмущения, имеющие случайный характер изменения во времени

К первой группе относятся возмущения, возникающие при внезапном изменении веса и положения центра масс ЛА (например, при сбрасывании или перемещении груза, отбрасывании отработавших ступеней ускорителей) при появлении несимметричности тяги двигателей, входе (или выходе) в зону струйного потока воздуха.

Причинами появления возмущений второй группы являются выгорание топлива, изменение режима полета, связанное с набором высоты или снижением, разгоном или торможением. Обычно такие возмущения сопровождаются изменением динамических характеристик ЛА как объекта регулирования.

Основной причиной возмущений третьей группы являются внезапные порывы ветра.

Большое значение при решении вопросов стабилизации и управления ЛА имеет четвертая группа возмущений. Наибольшее влияние на параметры движения ЛА из этой группы оказывают

• случайные возмущения, вызываемые колебаниями топлива в баках

• случайные возмущения, связанные с эффектом косой обдувки

• случайные возмущения, обусловленные турбулентностью атмосферы

Рассмотрим физическую картину возникновения момента косой обдувки на примере ЛА с передним расположением рулевых поверхностей (схема “утка”). Для этого ЛА момент косой обдувки имеет наибольшее значение. Пусть ЛА движется под некоторым углом атаки в потоке воздуха. Тогда, как следует рис.1.9.

Рис. 1.9.

на поверхности крыла можно выделить участки, находящиеся в зоне потока, обтекающего рули. Если рули находятся в нейтральном положении, то обтекание крыла возмущенным потоком симметричное (рис.1.10,а). При отклонении руля (рис.1.10,б) изменяет направление в поток воздуха за ними. В результате заштрихованные участки крыла оказываются под дополнительным углом атаки. Если отметить центры давления на

Рис. 1.10

заштрихованных площадях, то можно записать

где - приращение подъемной силы на верхней и нижней полуплоскостях крыла,

- соответствующие центры давления.

В случае, когда

Момент косой обдувки действует относительно оси OX и вызывает крен летательного аппарата. Поскольку отклонения рулей в полете и изменения угла атаки носят случайный характер, момент косой обдувки является случайным возмущением.

Характеристики возмущений, обусловленных турбулентной составляющей ветра, во многом зависят от времени года, состояния погоды, времени суток, рельефа местности, высоты полета и других факторов. Поэтому влияние этого рода возмущений можно учесть лишь приблизительно. На практике обычно используют среднестатистическое описание случайных порывов ветра. При этом применяется следующее выражение для спектральной плотности

где - среднеквадратическое значение турбулентной составляющей

- скорость полета

- масштаб турбулентности, характеризующий длину волны в пространстве

Для удобства исследования турбулентную составляющую ветра раскладывают на вертикальную и горизонтальную составляющие. Для них формула (1.1) не теряет своего значения. Исследования показывают, что наибольшее возмущающее воздействие на летательный аппарат оказывает вертикальная составляющая случайных порывов ветра. Поэтому динамические характеристики летательного аппарата по отношению к этой составляющей в дальнейшем будут получены отдельно. Для вертикальной составляющей лежит в пределах 1-3 м/с, а масштаб турбулентности на высотах более 200-300 м – в пределах 200-1000 м.