Влияние температуры и давления на эксплуатационные характеристики воздушных судов Влияние физических характеристик на взлет и посадку самолетов

Чтобы анализировать влияние атмосферных условий на взлет и посадку, необходимо хорошо представлять силы, действующие на самолет в полете.

Полная аэродинамическая сила (R), действующая на самолет, может быть выражена формулой:

, (1)

где: С_Rкоэффициент полной аэродинамической силы;

Sплощадь крыла в плане;

 массовая плотность воздуха;

Vскорость полета относительно воздуха (воздушная скорость самолета).

Из формулы видно, что величина полной аэродинамической силы прямо пропорциональна плотности воздуха. Выражение называют скоростным напором. Иными словамиэто кинетическая энергия единицы объема воздуха: чем больше плотность воздуха, тем больше масса единицы объема и тем больше скоростной напор.

Для иллюстрации влияния температуры, давления, и плотности воздухана полет рассмотрим случай установившегося горизонтального движения (рис.а).

В этом случае на самолет действуют следующие силы:

Хсила лобового сопротивления;

Рсила тяги двигателей;

Уподъемная сила;

Gвес самолета;

 – угол атаки крыла.

Силы лобового сопротивления и подъемная являются проекциямиполной аэродинамической силы, соответственно, на направление движения самолета и на направление, перпендикулярное траектории полета, и выражаются следующими формулами:

, (2)

, (3),

где: C_Хкоэффициент лобового сопротивления;

C_Укоэффициент подъемной силы.

В случае установившегося горизонтального движения самолета все силы находятся в равновесии:

У=G, (4)

Х=P (5)

Подставляя выражение (4) в (3), получаем ту воздушную скорость, при которой выполняется равновесие сил:

,

V_потр = (6)

Эта скорость называется потребной (V_потр). Из формулы видно, что потребная скорость обратно пропорциональна плотности воздуха. Так как плотность воздуха с высотой уменьшается, потребная скорость при прочих равных условиях с высотой увеличивается. На высотах в СА около 9 км потребная скорость горизонтального полета примерно на 60% больше потребной скорости на уровне моря. Так как в полете высота выдерживается по барометрическому высотомеру (Р=соnst), то потребная скорость зависит только от температуры воздуха. Подставляя значение плотности воздуха из уравнения состояния газовв формулу (6), получим:

V_потр = (7)

Из данного выражения следует, что чем выше температура воздуха, тем больше должна быть потребная воздушная скорость горизонтального полета.

Для взлета необходимо, чтобы подъемная сила была больше веса самолета, иначе говоря, чтобы скорость отрыва (V_отр)равнялась

V_отр = (8)

где: С_{у отр}коэффициент подъемной силы, соответствующий углу атаки, при котором самолет может безопасно оторваться от земли.

Полученное уравнение показывает, что увеличение температуры воздуха влечет за собой увеличение скорости отрыва, а рост давления уменьшение скорости отрыва. Изменение скорости отрыва приводит к изменению длины разбега и взлетной дистанции. Это особенно важно иметь в виду при взлете с горных аэродромов. Например, при повышении температуры на 10°С по сравнению со стандартной у большинства реактивных самолетов при неизменных оборотах двигателя длина разбега увеличивается на 13%, а понижение температуры на 10°С уменьшает длину разбега на 10%.

Длина разбега (L_разб) с учетом изменения плотности воздухавыражается следующей формулой:

L_разб = (9)

где: L_{разб ст}длина разбега в стандартных условиях;

  относительная плотность воздуха, равная отношению фактической плотности к стандартной.

Согласно формуле (9), изменение плотности на аэродроме значительно сказывается на длине разбега. Это влияние особенно ощутимо на горных аэродромах. Если аэродром расположен на высоте 1000 м над уровнем моря, то здесь за счет изменения плотности воздуха при прочих равных условиях длина разбега самолета на 33% больше, чем на аэродроме, находящемся на уровне моря со стандартной плотностью воздуха.Влияние изменения плотности воздуха на длину разбега самолета с поршневыми двигателями меньше, чем для реактивного.

Посадка самолета также зависит от атмосферных условий. Температура и давление сказывается на посадочной скорости (V_пос), длине пробега и посадочной дистанции самолета.

Посадочная скоростьвыражается формулой, аналогичной (8), т.е.:

V_пос = (10)

где: С_{у пос}коэффициент подъемной силы, соответствующий условиям безопасной посадки.

Чем выше температура воздуха и меньше атмосферное давление, тем больше посадочная скорость.

Изменение длины пробегапо сравнению с ее стандартным значением выражается формулой:

L_проб =L_{проб ст} (11)

где: L_проб иL_{проб ст}длина пробега при фактической(Т) и стандартной(Т_ст) температуре;

РиР_стфактическое и стандартное давление.

По расчетам отклонение температуры воздуха от стандартной на 10°С изменяет длину пробега на 3,5%.