Принцип полёта

Принцип полёта определяется тем, каким образом и за счёт чего создаётся подъёмная сила. В настоящее время техническое значение имеют следующие принципы полёта, в которых подъёмная сила определяется:

• аэростатический — Архимедовой силой, равной силе тяжести вытесненной телом массы воздуха;

• аэродинамический — подъёмная сила создаётся через силовое взаимодействие движущегося сквозь воздушную среду летательного аппарата. Таким образом, сила тяжести преодолевается благодаря аэродинамической силе, как силе реакции на отбрасывание вниз части воздуха, обтекающего несущие поверхности летательного аппарата.

• инерционный — силой инерции летящего тела за счёт начального запаса скорости или высоты, поэтому такой полет называют также пассивным;

• ракетодинамический — реактивной силой за счёт отбрасывания части массы летящего тела. В соответствии с законом сохранения импульса системы возникает движение при отделении от тела с какой-либо скоростью некоторой части его массы;

В безвоздушном пространстве летательный аппарат может совершать инерционный полёт или на других физических принципах (например, с помощью солнечного паруса, на площадь которого оказывает давление звёздный ветер, либо получением ускорения после витка между относительно массивными планетами, выполнив гравитационный маневр .

Полет планера

• Планер не имеет силовой установки;

• Полет планера в спокойной атмосфере возможен только с постоянным снижением

Θ – угол между линией горизонта и вектором скорости V – угол снижения;

V ­- скорость планирования: ,

где Vx - горизонтальная скорость полета;

Vу ­­­- скорость снижения.

Движение планера вперед - под действием G₁ составляющей силы тяжести G: G₁= G sinΘ.

G₁ уравновешивает силу лобового сопротивления Xa, которая возникает вместе с подъемной силой крыла Ya, уравновешивающей составляющую G₂=G cosΘ силы тяжести.

Ya = G cosΘ Xa = G sinΘ Оценим траекторию полета: tgΘ = Xa / Ya = 1/Ka

Таким образом, при полете планера на создание подъемной силы и преодоление силы лобового сопротивления с потерей высоты расходуется Е_пот потенциальная энергия, которой обладал планер, доставленный на высоту начала планирования (с помощью наземной лебедки или самолета-буксировщика). Увеличить запас энергии для полета планер может, набирая высоту за счет энергии «термиков» - восходящих потоков теплого воздуха.

Т.о., большее Ka (аэродинамическое качество) обеспечивает большую пологость траектории и дальность полета. Т.е. тако планер более эффективно использует начальный запас энергии.

Для современных планеров аэродинамическое качество Кa = 40..50.

Полет самолета

Самолет совершает полет в атмосфере за счет силы тяги, создаваемой силовой установкой, и подъемной силы, создаваемой неподвижным относительно других частей самолета крылом.

Двигатель самолета создает силу тяги воздушным винтом или реакцией струи выхлопных газов, расходуя при этом химическую энергию топлива, находящегося в топливных баках, на совершение работы против сил аэродинамического сопротивления Xa или сопротивления трения при разбеге самолета по ВПП на взлете.

При полете самолета со скоростью V возникает подъемная сила Ya, противостоящая гравитационной силе (силе тяжести) G;

вместе с тем возникает и сила, оказывающая сопротивление движению самолета Xa, которая преодолевается силой тяги двигателя P.

Таким образом, для совершения горизонтального полета самолета необходимо выполнить условия:

G = Ya ; Р=Хa.

Отсюда сила тяги двигателя, потребная для совершения горизонтального полета,

P_потр = G Xa/Ya = G/Ka = mg/Ka

Энергетические затраты ЛА, реализующего аэродинамический принцип полета, на преодоление силы земного тяготения существенно меньше затрат ЛА, реализующего ракетодинамический принцип полета (где P_потр = mg).

У современных дозвуковых самолетов аэродинамическое качество - Ka =15…18,

У сверхзвуковых самолетов - Ka = 8…12.

Однако самолет (в традиционной конфигурации) не способен совершать вертикальный взлет и посадку, поскольку неподвижное крыло создает подъемную силу только при поступательном движении самолета.