Тема 2.1. Режимы горизонтального полета

Горизонтальным полетом называется прямолинейный полет с постоянной скоростью на постоянной высоте.

Рис. 6.1 Схема сил, действующих на самолет

В горизонтальном полете

На рис. 6.1. показаны силы, действующие на самолет:

Y - подъемная сила;

Х - лобовое сопротивление;

G - вес самолета;

Р - сила тяги двигателя.

Все силы необходимо считать приложенными к центру тяжести самолета.

Равновесие моментов летчик создает соответствующим отклонением рулей управления.

Из рисунка видно, что вес самолета G уравновешивает подъемная сила самолета Y, а лобовое сопротивление Х - сила тяги Р.

Для горизонтального полета необходимы два условия:

Y-G=0 или Y=G (условие постоянства высоты H=const);

Р-Х=0 или Р=Х (условие постоянства скорости V=const).

При нарушении этих равенств движение самолета станет криволинейным и неравномерным.

Пользуясь этими равенствами, можно определить скорость, тягу и мощность, потребные для горизонтального полета.

Характеристики горизонтального полета

- Скорость, необходимая для создания подъемной силы, равной весу самолета при полете самолета на данном угле атаки и данной высоте полета, называется потребной скоростью горизонтального полета.

По определению горизонтального полета У=G:

Решив это уравнение, найдем скорость, потребную для горизонтального полета:

Из формулы следует, что величина потребной скорости зависит:

- от веса самолета;

-площади его крыла;

- высоты полета;

- коэффициента подъемной силы Су.

При полете на постоянной высоте(ρ= const) с заданной полетной массой скоростьV_потр определяется только величиной коэффициента подъемной силы C_y и зависит от угла атаки α.

Потребной тягой для горизонтального полета называется тяга, необходимая для установившегося горизонтального полета.

Условиями горизонтального полета являются: Y=G, Р_п=Х. Тогда, разделив первое равенство на второе, получим

^или

Из формулы следует, что чем меньше вес самолета и чем больше его качество К, тем меньшая тяга потребуется для горизонтального полета. Из формулы также видно, что потребная тяга горизонтального полета зависит от квадрата скорости.

Потребной мощностью для горизонтального полёта называется мощность, необходимая для горизонтального полета на данном угле атаки.

Определяется по формуле:

N_потр=P_потрV_потр= .

Формула показывает, что потребная мощность зависит от тех же факторов, от которых зависят потребная тяга и скорость полета: от высоты полета (плотности воздуха), веса самолета, аэродинамического качества самолета и коэффициента подъемной силы.

Потребная мощность тем больше, чем больше вес самолета, меньше плотность воздуха и хуже аэродинамическое качество К. При условии G=const и H=const потребная мощность зависит только от угла атаки и, как следствие, от скорости полета.

Влияние веса на горизонтальный полет. С увеличением веса самолета скорость, потребная для горизонтального полета, также увеличивается пропорционально G1/2, то есть если масса увеличивается в 4 раза, то потребная скорость увеличивается в 2 раза.

Потребная тяга также увеличивается пропорционально массе самолета:

P_{потр 2}=Р_потр1( G₂ / G₁ ) ,если G₂>G₁.

Потребная мощность N_потр увеличивается пропорционально G^3/2.

Задача 1. Определите скорость горизонтального полёта вблизи земли, если коэффициент Су=0,8, а удельная нагрузка на крыло равна 160 кгс\м².

Решение: V_потр= =20 м/с.

Задача 2. Определите тягу, потребную для горизонтального полета при угле атаки 5° и полетном весе 870 кгс

Решение. По поляре самолета находим, что при угле атаки 5° коэффициенты имеют значения. Су=0,39, Сх=0,045, следовательно, качество равно

Тогда потребная тяга будет иметь значение:

Задача 3. Летчик выполняет перелет на высоте 500 м. Первоначальный полетный вес составлял 1240 кгс Скорость полета V=240 км/ч. К концу перелета израсходовано 80 кгс горючего. Какова величина необходимой скорости горизонтального полета при том же угле атаки и той же высоте полета.

Решение Определим вес самолета без израсходованного горючего. Он составляет 1160 кгс.

Определим необходимую скорость для сохранения горизонтального полета по формуле:

Ответ: Потребная скорость составляет 225,6 км/ч.

Влияние высоты на горизонтальный полет. Скорость полета измеряется прибором (указателем скорости, cм. рис. 2.7 ), чувствительный элемент которого (манометрическая коробка) реагирует на изменение скоростного напора . Прибор измеряет не скорость полета, а значение скоростного напора.

Скорость, соответствующая скоростному напору q, называется приборной скоростью V_пр..

Скорость самолета относительно воздушной среды называется истинной скоростью V_ист..

Поскольку плотность воздуха ρ изменяется с высотой полета, то одному и тому же скоростному напору q= при различных высотах соответствуют различные значения истинной скорости V_ист .

Прибор градуируется в стандартных условиях у земли. Поэтому значение приборной скорости соответствует скоростному напору = .

Чтобы установить связь между V_пр и V_ист, следует воспользоваться равенством:

= ,

где ρ₀ - плотность воздуха у земли;

ρ_H - плотность воздуха на текущей высоте H .

Из равенства следует:

V_ист= V_{пр ,} где

- отношение плотности на высоте к плотности у земли.

Это отношение называется высотной поправкой.

В таком же соотношении находятся потребные скорости горизонтального полета на текущей высоте V_H и у земли V₀:

V_H= V_{0 =} V_{0 .}

Таким образом, на данном угле атаки истинная потребная скорость V_потр с увеличением высоты полета увеличивается, в то время как приборная скорость от высоты не зависит а зависит только от угла атаки и коэффициента Су.

С увеличением высоты полета уменьшение плотности r приводит к увеличению потребной скорости полета пропорционально высотной поправке.

Потребная сила тяги от высоты полета не зависит, так как Р_п=Х, но сила лобового сопротивления при увеличении высоты горизонтального полета, на данной приборной скорости, не изменяется, следовательно, Р_H=Р₀ .

Потребная мощность с увеличением высоты полета увеличивается пропорционально потребной скорости: N_н=P_нV_н; N₀=P₀V₀.

Разделив первое уравнение на второе, получим: N_потр/N₀= P_нV_н/ P₀V₀= _.

Тогда N_н= N_{0 .}

Следовательно, так же, как скорость горизонтального полета, потребная мощность с увеличением высоты возрастает пропорционально высотной поправке.

Влияние угла атаки на горизонтальный полет. Если изменять угол атаки, будет изменяться коэффициент подъемной силы Су. Чем меньше Су, тем больше должна быть скорость полета, и наоборот.

При максимальном коэффициенте C_ymax ,т.е. на критическом угле атаки V_потр достигает минимального теоретического значения:

Vmin = .

Полет на Vmin не допустим из-за появления тряски, нарушения устойчивости и возможности перехода самолета в штопор. Поэтому в практических условиях вводится ограничение по минимально-допустимой скорости V_minдоп, обеспечивающей безопасность полета.

На минимальном угле атаки α_Cxmin, когда коэффициент лобового сопротивления C_x минимальный, можно достичь максимальной скорости горизонтального полета. Из уравнений движения можно вывести формулу максимальной скорости горизонтального полета:

Vmax= .

Формула показывает, что максимальная скорость достигается при работе двигателя на максимальном режиме ( при максимальной потребной тяге Pmax).

На практике Vmax имеет ограничение по сравнению с теоретически достижимой, так как при максимальном скоростном напоре конструкция летательного аппарата испытывает действие больших нагрузок, опасных для прочности.

Вывод: Каждому углу атаки при данной полетной массе и высоте полета соответствуют определенные скорость, тяга и мощность горизонтального полета.

Эти зависимости изображаются с помощью графиков - кривых Жуковского.