книги из ГПНТБ / Донов А.Е. Динамика полета летательных аппаратов

тяги P N (фиг. 162,б) может быть сделана по величине, близкой

к составляющей веса GN, направление равнодействующей F

будет близко к направлению поверхности взлета. Поэтому в зависимости от направления и величины тяги и взлетного поло­ жения аппарата при точечном взлете могут получаться самые различные начальные углы атаки. Так, например, при точечном взлете пилотируемого самолета из нормального положения, изображенного на фиг. 162, а, получится большой отрицатель­

Фиг. 162

Так как при точечном взлете нормальное ускорение в началь­ ный момент движения всегда равно нулю, то рассмотренный выше резкий заворот траектории в начале воздушного участка движения, который может получиться при взлете с очень корот­ ких направляющих и приводит к потере устойчивости движе­ ния, в данном случае не будет иметь места.

Для обеспечения балансировки аппарата при точечном взлете необходимо, чтобы линия действия тяги проходила через центр тяжести аппарата или вблизи него.

Важной разновидностью точечного взлета, является взлет,

■" >■

В данном случае равнодействующая F будет параллельна поверх­ ности взлета (фиг. 163). Поэтому здесь начальное направление движения будет также параллельно поверхности взлета. В иде­ альном случае, когда используемая при взлете тяга мгновенно достигает значения, при котором соблюдается условие (434), рридавливания аппарата к поверхности взлета в процессе дви­

220

жения не происходит, хотя направление полета в начальный момент, параллельно поверхности взлета. Поэтому длина „направляющих" в этом идеальном случае не играет никакой роли.

Однако в реальном случае взлета вследствие наличия явле­ ния приемистости тяга всегда наращивается в течение более или менее продолжительного промежутка времени. В процессе этого наращивания наступает момент, после которого составляющая Ps

небречь небольшой подъ­ емной силой, которая мо­ жет развиться в процессе скольжения). Таким обра­

зом, мы видим, что в действительности здесь имеет место не точечный взлет, а взлет с направляющих. Минимальная длина этих направляющих будет определяться в данном случае величиной перемещения в процессе скольжения. Если длину направляющих сделать меньше этой величины, могут начать развиваться рас­ смотренные выше неблагоприятные явления, характерные для взлета с очень коротких направляющих.

Скольжение вдоль поверхности взлета может наблюдаться и в том случае, когда PN после окончания процесса наращивания

превышает 0Л, .

Вертикальный взлет

Вертикальный взлет, являющийся весьма важной разновид­ ностью точечного взлета, применяется как для беспилотных летательных аппаратов, так и для пилотируемых самолетов. Для беспилотных летательных аппаратов вертикальный взлет по существу является начальной фазой полета на активном участке, соответствующей движению аппарата вблизи поверхности земли. Для пилотируемых самолетов под вертикальным взлетом мы будем подразумевать весь процесс движения самолета от момента

221

вертикального отрыва от земли до момента вывода аппарата

вгоризонтальный или близкий к горизонтальному полет. Рассмотрим приближенный метод расчета вертикального

взлета са-молета, стартующего из вертикального положения и выводящегося в горизонтальный полет по траектории, изобра­ женной на фиг. 164. Для последней точки В этой траектории будем считать, что v = vminz.„, а су—суп.д-

Фиг. 164

Так как при вертикальном взлете могут использоваться мощные ускорители, вес аппарата в процессе взлета следует счи" тать переменным. Поэтому в рассматриваемом нами случае удобно использовать соотношение (283), выведенное нами при анализе активного участка. Так как в начальный момент взлета ■ц0= 0, это соотношение может быть записано следующим обра­ зом:

222

траекторию. В начале взлета, когда направление движения близко к вертикальному' и скорость невелика, основной состав­ ляющей, создающей центростремительную силу, является нор­ мальная составляющая тяги. Тягу мы, для простоты, будем считать направленной по хорде крыла. Для образования нор­ мальной составляющей тяги аппарату должен быть придан некоторый отрицательный угол атаки. В дальнейшем, когда траектория значительно искривится, основной составляющей центростремительной силы становится нормальная составляющая веса, потребность же в отрицательном угле атаки пропадает. При подходе к точке В угол атаки должен сделаться положи­ тельным, так как в этой точке вес должен уравновешиваться подъемной силой и нормальной составляющей тяги, а нормаль­ ное ускорение становится равным нулю.

В качестве простейшей программы движения для расчета может быть принята программа, рассмотренная нами при анализе активного участка. Применительно к условиям в точках А и В рассматриваемой траектории эта программа будет иметь сле­ дующий вид:

■к

(436)

2

При отработке этой программы большое значение имеет время отработки Т. Станем варьировать Т, считая при этом

будет меньше, чем суп.д. При уменьшении времени Т скорость в точке В будет уменьшаться, а коэффициент су расти и, нако­

223

§ 3. ПОСАДКА САМОЛЕТА

Общая картина посадки

Всякий пилотируемый летательный аппарат после полета возвращается на землю. Современные беспилотные летательные аппараты большей частью бывают одноразового действия и для них возвращение на землю не является характерным. Поэтому мы здесь рассмотрим процесс посадки на примере пилотируе­ мого самолета — самого распространенного типа летательного аппарата, осуществляющего посадку.

Наиболее характерной посадкой самолета является посадка с пробегом. Под посадкой с пробегом будем подразумевать неустановившееся движение самолета, в процессе которого он приближается к земле, приземляется и уменьшает скорость своего движения до нуля.

Посадке предшествует предварительный этап полета — вывод самолета на посадочную траекторию. Для того чтобы осущест­ вить этот вывод, летчик перед посадкой на достаточно большой высоте (обычно от 300 до 400 м) выпускает шасси, а затем (на

224

посадка полностью не автоматизирована), то есть намечает основные элементы предстоящей посадки и соразмеряет их между собой: определяет место приземления, расположение точки начала выравнивания и т. п.

За начало самого процесса посадки условно принимается момент времени, когда самолет 'в течение предпосадочного

планирования достигает высоты стандартного препятствия Н с т . п -

1

В общем случае весь процесс посадки может быть разбит на следующие участки (фиг. 166):

П л а н и р о в а н и е

1) участок планирования;

2) участок выравнивания;

3)участок выдерживания;

4)участок парашютирования;

5)пробег.

Участок планирования представляет собой установившееся прямолинейное снижение самолета, в процессе которого послед­ ний приближается к поверхности земли.

На участке выравнивания происходит процесс изменения

выдерживания заканчивается и начинается участок парашютиро­ вания.

Участок парашютирования характеризуется постоянным пре­ дельно допустимым значением угла атаки и продолжающимся торможением аппарата. Так как скорость движения на этом участке уменьшается, а коэффициент су не увеличивается, то происходит уменьшение подъемной силы У, которая становится меньше силы веса и полностью ее не уравновешивает. В резуль­ тате возникает вертикальное ускорение, направленное вниз, которое быстро уменьшает оставшееся расстояние между коле­ сами самолета и поверхностью земли. Самолет с легким толчком приземляется, и участок парашютирования заканчивается.

Участок пробега является участком движения самолета по земле. В процессе этого движения происходит торможение аппарата силами трения и силой лобового сопротивления до полной остановки самолета.

Планирование Выравнивание Выдерживание Парашютирование

Фиг. 167

Участки планирования, выравнивания и выдерживания вместе составляют воздушный участок посадки. Общее расстояние вдоль поверхности земли, пройденное самолетом при посадке, называется посадочной дистанцией и обозначается через Ьп.д- Скорость самолета в момент приземления называется посадоч­ ной скоростью и обозначается через vnoe.

В процессе выполнения воздушного участка коэффициент су является переменной величиной, зависящей от скорости или от времени:

Зависимости (441) мы будем называть программами воздушного участка посадки. На фиг. 167 изображен вид программы

Так как на участке планирования самолет движется прямо­ линейно с постоянной скоростью, то на этом участке

Су = const.

Это постоянное значение мы обозначим через супл.

226

На участке выдерживания для создания искривления траек­ тории коэффициент су должен быть увеличен по сравнению с супл. а затем опять уменьшен, так как по окончании выравни­ вания полет становится горизонтальным (или близким к горизон­ тальному), а скорость в процессе выравнивания изменяется мало из-за незначительной продолжительности участка выравнивания.

В процессе выдерживания коэффициент су растет из-за рас­ смотренного выше процесса роста угла атаки. На участке пара­ шютирования коэффициент су снова становится постоянным из-за постоянства угла атаки.

Для оценочных расчетов мы вместо действительной програм­ мы движения будем употреблять другую, близкую к ней, но схематизированную программу движения, показанную на фиг. 168 пунктиром.

Участок планирования

Основными параметрами планирования являются: коэффи' циент подъемной силы при планировании супл, скорость плани­ рования vnA, угол планирования Ъпл, вертикальная составляющая

Фиг. 168

скорости планирования vynA, длина участка планирования L„A (вдоль поверхности земли) и высота начала выравнивания Ншр, являющаяся высотой конца планирования (фиг. 168).

В процессе приближения самолета к земле начинают играть роль размеры самолета. Поэтому при анализе изменения высоты полета в качестве высоты следует брать не расстояние центра тяжести самолета от поверхности земли, как мы это делали до сих пор, а расстояние крайних точек основных колес от этой поверхности. Однако при определении скорости и ускорения упомянутых точек мы будем по-прежнему рассматривать дви­ жение одного центра тяжести аппарата, так как в процессе вы­ полнения посадки самолет вращается очень медленно, и соста­ вляющими скорости и ускорения, обусловленными вращением вокруг центра тяжести, можно в первом приближении прене­ брегать.

Из перечисленных выше шести параметров участка планиро­ вания независимыми являются только два. Остальные могут

227

быть ойредёлены при помощи различных соотношений, связы­ вающих рассматриваемые параметры. Независимыми параметрами мы будем в дальнейшем считать коэффициент супл и угол пла­

нельзя, так как при этом был бы полностью исчерпан запас су, вследствие чего невозможно было бы после прямолинейного участка планирования осуществить криволинейный участок вы­ равнивания.

Следовательно, коэффициент супл должен быть обязательно подчинен условию

Однако разница между значениями супд и супл не должна быть

очень велика, так как в противном случае коэффициент супл был бы мал и получилась бы большая скорость vnA, что затруд­ нило бы посадку и увеличило длину воздушного участка. Таким образом, мы видим, что существует какое-то оптимальное зна­ чение супл, заключающееся между нулем и супд . Этому опти­

мальному значению супл соответствует оптимальное значение скорости v„A, определяемой по формуле (442), оптимальное зна­

?28

Следовательно,

Формула (445) показывает, что, варьируя величиной тяги Рнл, можно в процессе планирования получить любое значение 6ЛЛ

между нулем и -Х-. При больших значениях Ьпл получится боль-

шее значение vynA1 затрудняющее выполнение участка выравнивания. При очень малых значениях этого угла для летчика будет

нулем и . Этому оптимальному значению Ьпл будет соответ-

ствовать оптимальное значение тяги Рпл, определяемой по фор­ муле

и оптимальное значение вертикальной составляющей скорости vynA, вычисляемой с помощью очевидного соотношения

Для определения Lnjt нужно иметь высоту начала выравнива­ ния Нвыр, которая при заданных значениях супл и в„л опреде­ ляется из расчета участка выравнивания.

Участок выравнивания

При расчете посадки по схематической программе, показан­ ной на фиг. 167, значение коэффициента су на участке выравни­ вания следует считать постоянным. Это постоянное значение мы примем равным суп д, полагая, что при искривлении траектории

полностью используется запас су .

Так как участок выравнивания весьма непродолжителен, то изменением скорости полета на нем можно пренебречь, считая скорость постоянной и равной vnjl. При сделанных допущениях подъемная сила У будет на всем рассматриваемом участке также постоянна. Не величина будет превосходить постоянное значение

229