(Л9) 2.18. Основні види руху літального апарату. Горизонтальний політ літака [1], c. 47-50

Наука, що вивчає рух літального апарата, називається динамікою польоту. Рух літального апарата може бути сталим або несталим. При сталому русі відсутні прискорення (за винятком прискорення сили тяжіння). Основними видами руху, які розглядаються в динаміці польоту, є горизонтальний політ, набір висоти, зниження, зліт, посадка, віраж та ін.

Горизонтальний політ (ГП) це прямолінійний політ у вертикальній площині на постійній висоті. У горизонтальному польоті на літак діють сила ваги G, прикладена в центрі тяжіння, піднімальна сила Y і сила лобового опору Х прикладені в центрі тиску, сила тяги Р, направлена по осі двигуна. Для зручності будемо вважати, що всі сили прикладені в центрі тяжіння (рис. 2.68). Цю умову будемо поширювати також на інши режими польоту, що будемо розглядати.

Рис. 2.68. Горизонтальний політ.

Умовою польоту літака на постійній висоті (Н = const) є рівність ваги і піднімальної сили G = Y = с_у∙ S∙.

Умовою рівномірності руху (V = const) є рівність сил тяги і лобового опору

Р = Х = с_х∙ S∙.

Якщо не забезпечується рівність Y і G, то при Y > G літак буде підніматися, а при Y < G знижуватися, тобто відбудеться скривлення траєкторії у вертикальній площині. Якщо Р > Х, то швидкість літака буде збільшуватися, а при Р < Х зменшуватися.

З рівняння с_у∙ S∙ = G можна отримати формулу для визначення швидкості горизонтального польоту V_гп, потрібної для його виконання: V_гп = .

З формули видно, що потрібна швидкість горизонтального польоту V_гп залежить від ваги G, густини повітря ρ, площі крила S і коефіцієнта піднімальної сили с_у. Оскільки кожному значенню кута атаки α відповідає єдине значення коефіцієнта с_у, то це значить, що кожному значенню α відповідає певне значення V_гп.

Використовуючи формулу V_гп = , можна знайти теоретично мінімальну швидкість польоту на заданій висоті, тобто найменшу швидкість, яка дозволяє здійснювати ГП:

V_мин = .

Мінімальна швидкість польоту може бути отримана при польоті на критичному куті атаки α = α_кр, якому відповідає максимальний коефіцієнт піднімальної сили с_у = с_{у max}. Проте виконувати політ на теоретично мінімальній швидкості не рекомендується, оскільки на критичних кутах атаки політ нестійкий, тому що незначне збільшення кута атаки понад критичний приводить до зменшення значення с_у, а значить, до падіння піднімальної сили Y. Практично мінімальна швидкість польоту трохи більше, ніж теоретична (V_{min пр.} ≈ 1,3V_min), а політ повинен виконуватися на кутах атаки α < α_кр.

З рівняння Р = Х = с_х∙ S∙ можна знайти силу тяги P_гп, потрібну для виконання ГП:

P_гп = с_x∙ S∙.

Оскільки V²_гп = 2G/(с_у∙ S∙ ρ) то, підставляючи в попередню формулу цей вираз, отримаємо

Р_гп = G (с_х / с_у) = G / К.

Як випливає з формули, потрібна тяга P_гп залежить від значення G (зі збільшенням G потрібна більша тяга при тому ж куті атаки) і аеродинамічної якості літака К.

Мінімальною потрібною тяга буде при польоті на найвигіднішому куті атаки, тобто з максимальною якістю: Р_{гп min} = G / K_mах.

При розрахунках льотних даних літака зручно користуватися графічними залежностями тяги від швидкості і висоти польоту. Вони отримали назву кривих М.Є. Жуковського. При побудові кривої потрібної тяги використовують рівняння сталого горизонтального польоту.

Льотні дані літаків розраховують при одночасному зіставленні кривих потрібних Р_потр і розташовуваних Р_розт тяг. Ці криві являють собою залежності тяги (потужності) двигуна на максимальному режимі його роботи від швидкості і висоти польоту літака (рис. 2.69 і рис. 2.70).

Рис. 2.69. Криві М.Є. Жуковського для тяги.

По кривих потрібних і розташовуваних тяг розглянемо характерні швидкості горизонтального польоту. Крайня ліва точка кривій Р_потр відповідає мінімальної (теоретичної) швидкості польоту V_min (α = α_кр). Точка перетинання кривих Р_потр і Р_розт відповідає максимальній швидкості польоту V_max, тобто найбільшої швидкості, що досягається літаком у ГП при Р = Р_mах. Різниця між V_max і V_min називається діапазоном швидкостей. Швидкість, що відповідає Р_{потр. міn.}, називається найвигіднішою швидкістю горизонтального польоту V_нв (α = α_нв). Для літака Ту – 154 максимальна швидкість ГП при польотній масі 77,5 т на висоті 10 км становить 960 км/год, а крейсерська швидкість польоту - 850 – 920 км/год.

Зі збільшенням висоти польоту мінімальна швидкість збільшується, а максимальна, як правило, зменшується.

Для розрахунку льотних даних літаків з поршневими і турбогвинтовими двигунами зручніше користуватися методом порівняння потрібних і розташовуваних потужностей (рис. 2.70). Потужність, яка потрібна для виконання ГП,

N_гп = P_гп∙ V_гп=(G∙ V_гп/ K).

Рис. 2.70. Криві М.Є. Жуковського для потужності.

Швидкість польоту, при якій потрібна потужність найменша називається економічною швидкістю V_ек. Це швидкість найбільшої тривалості горизонтального польоту.

Боінг – 777-300 (горизонтальний політ)

Іл – 78м та Су- 24 (горизонтальний політ)

Аеробуси (горизонтальний політ)