Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Павловский К.М. Практическая аэродинамика и динамика полета летательных аппаратов учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
30.10.2023
Размер:
13.41 Mб
Скачать

- 222 -

надо иметь

в виду, что при

сделанных допущениях 1 уср - ]/нач.

При малых приборных скоростях минимальная

потеря высоты,

получаемая

при Пу = Пур ,

почти не зависит от

скорости,так

как fh/p

пропорциональна

У* • На больших же скороотях

она значительно зависит от скорости и может достигать неоколь— ких километров. Поэтому выполнять переворот можно только на­ чиная с определенной выооты. Она тем больше, чем выше началь­ ная скорость и хуже маневренные качества аппарата.

При увеличении веса потеря выооты за переворот уменьшается,а при уменьшении веса-увеличивается.Это объясняется уменьшением • угла атаки при уменьшении.веса,что влечет уменьшение и силы лобового сопротивления ф .Последнее обстоятельство вызывает

воарастание продольного ускорения соглаоно

формулн (б .1 3 ).В

итоге окороотьУ и связанная с ней величина

АН увеличиваются.

§ 71. БОЕВОЙ РАЗВОРОТ

 

Боевой разворот является пространственным маневром, обес­ печивающим энергичный набор выооты С одновременным разворо­

том горизонтальной проекции

траектории на

угол У =180°.

В начале и в конце маневра траектория

горизонтальна.

Разворот в горизонтальной

плоскости достигается созданием

крена. Чем больше крен при заданной перегрузке, тем меньше набираемая за маневр высота. Можно установить такой крен,

при

котором боевой разворот превращается в вираж.

С другой

стороны, при нулевом крене получается

полупетля в

вертикаль­

ной

плоскости.

 

 

 

 

Чем выше перегрузка при маневре,

тем больше угловая ско­

рость поворота траектории

, а

поэтому время его

выполнения уменьшается.

В связи с этим невозможно удовлетворить одновременно тре­ бованиям максимального набора выооты и минимального времени выполнения боевого разворота.

Для получения максимального набора высоты за маневр целе­

сообразно

угол

крена в

первой половине маневра плавно увели­

чивать

до

90°, а

во второй - уменьшать до нуля.

- 223 -

Для сокращения же времени угол крена надо непрерывно уве­ личивать вплоть до окончания разворота, когда он значительно превосходит 90° и самолет находится как бы в перевернутом положении. При этом можно выдерживать довольно большую Пу перегрузку, что будет облегчать выход в горизонтальный полет путем быстрого поворота самолета вокруг продольной оси в конце маневра.

Максимальное сокращение времени достигается при выполнении плоского разворота, т.е.боевого разворота в плоскости, наклонен­

ной

к горизонту под углом у

(рис. 6 .2 4 ).

Для

этого необходимо, чтобы

были взаимно уравновешены все

силы, нормальные к плоскости разворота. Крен по отношению к этой плоскости должен быть постоянным. Обеспечение этого усло­

вия требует на протяжении всего маневра

увеличивать крен по

отношению к горизонту. К концу маневра,

когда

угол поворота

 

 

 

 

траектории

 

 

 

 

У »

180°

 

 

 

 

угол

крена j (

 

 

 

 

увеличивается

 

 

 

 

на

2

^ .

 

 

 

 

Например, при

 

 

 

 

f

=45°

он

 

 

 

 

увеличивается на

 

 

 

 

90°.

 

 

 

 

 

 

Практика

пока­

 

 

 

 

зывает,

что

 

 

 

 

выдерживание

 

 

 

 

Ну - c o n s t '

на протяжении всего маневра затруднительно, а при больших

наборах высоты иногда даже невозможно. Если

40°

,

то

болое реальным является разворот с постоянной перегрузкой

только

на участие 1-2, когда угол (f

меняется от

0 до 90°,

т .е .

//у

= const.

 

 

 

 

 

На участке 2-3 fly постепенно ушныпается так, чтобы угловая

 

- 224 -

скорость разворота

оставалась постоянной и равной

В этом случав приближенный расчет основных характеристик раз­ ворота выполняется по следующим формулам;

-средняя угловая скорость для участка 1 -2 :

 

 

ш _

d ' f _

д ( ф у * ~ COS*f -

 

0,70? Sin У ) 1

<

 

 

^

 

 

 

V i

( ф ф

- с т

ф

-

s i n f )

 

(6*53)

-угловая скорость

на участке

2-3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 ( t t r L - с « V ) .

 

 

 

 

 

 

 

V,

 

-COS1? - s i n f )

(6.54)

-перегрузка

 

 

 

 

 

cosY

+2sinfcoslj+C0Stf

(6>55)

 

 

h

-

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Скорость }

- m 9' f - Sinf :

; ( ф ^ -cos1^ '+ sin 9 m

tfj

(6.56)

V = v —

Ц ф - C O ^ f

 

 

 

 

 

 

 

 

4-5 vl

 

 

,

то

данная

формула

при вы­

Поскольку в точке

 

3

e o s f - - i

числении

скорости

 

\/3

значительно

упрощается

( в

числителе

получается квадрат

разности).

 

 

 

 

 

 

перегрузка в точке 3 достигает минимального значения. Набор высоты за маневр

(6.5?)

Пример. Самолет выполняет плоский боевой разворот с углом наклона плоскости разворота к горизонту 45°. Скорость в начале разворота 1260 км/час (350 м /сек),

а перегрузка/ 7 ^ =3. Определить набор высоты за маневр, скорость и перегрузку в конце разворота, а также время, потребное для маневра.

Решение.

*

>п

По формуле (6.57) :

^ з Щ т )

Г ^ Ш м .

 

 

 

-

22Г:

 

 

 

 

По формуле

(6 .56)

с учетом

того, что в

точке

3

cot9 = -

I ;

v ,= v ;

flyf-g-cossl>

350-

l i s L j w ^

' ЧАС

гз vi

. 45-

~

киисек

По формуле

(6.55)

при угле

(f

=180°

 

 

 

 

Ч= /( у T^-Oj' -£■(!,w if+0,5 = ^

Для расчета продолжительности маневра сначала находим угловые скорости на участках маневров:

По формуле

(6.53)

_______>

 

 

 

 

__

9 , Н \ 4 ъ* - 0,5

— QfW t . 0,101 f

i ,

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

350 ( / р г J s -

^ т

)

= о f i n сек *

По формуле

(6.54)

 

 

 

 

 

(U

 

W ( S l -0,5)

 

е

{

 

* ~ 3

"*■ ь и Ц 3 * - 0 /

-0,107)

~ ^

 

Продолжительность маневра :

 

 

 

 

 

 

f

= £ / J _ + -1 _ ) = £ / _ i _

 

 

1

Я ''(У *.*

W ,.3 /

,2

 

/

■ \ '';•^■

"г •'>' t , ' ■

Й;. г.

Щ 'Ь;.

 

\

Л*

 

\

 

 

 

.

.Цг,

 

ГА

 

 

У.'Afi-K

/Vri*:ш

гг;

У-:

. .• . .Г" V

у, Щу:;у -

"Ч :

- 227 -

ГЛАВА 7

ВЗЛЕТ И ПОСАДКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

§ 72. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗЛЕТА И ПОСАДШ

Маневры валета и посадки являются переходными этапами между состоянием покоя и основным режимом полета. Характер этих маневров и техника пилотирования зависят от предназначе­ ния, аэродинамических и динамических свойств аппаратов, а также используемых средств для улучшения взлетных в посадоч­ ных характеристик.

В главе 2 было показано, что крылья оо стреловидной перед­ ней кромкой, особенно треугольные, имеют невысокие коэффициен­ ты С утак , хотя и допускают безопаоное использование зна­ чительно больших углов атаки, чем прямые. Эти углы не могут быть полностью использованы; из-за опасности задеть хвостовой частью фюзеляжа за полосу и из-за ухудшения обзора вперед. В результате этого современные скоростные самолеты имеют, как пра­ вило, большие скорости отрыва и посадки, что удлиняет соответ­ ствующие дистанции. Особенно это характерно для самолетов с ТРД, у которых отсутствует дополнительный обдув крыла винта­ ми.

Для того чтобы взлетно-посадочные характеристики удовлет­ воряли тактико-техническим требованиям, на современных са­ молетах требуются и широко применяются различные средства, предназначенные улучшить взлетно-посадочные характеристики.

На самолетах с ТРД из-за отсутствия струи от винтов ухуд­ шается эффективность продольного управления при разбеге. Ввиду этого большую часть разбега приходится выполнять в стояночном

228 -

положении. Использование шасси с передней стойкой вызывает интенсивное нарастание кабрирующего момента после отделения носового колеса, что требует иной техники пилотирования, чем на самолете бея носовой стойки.

 

Стреловидное крыло обладает, как отмечалось в главе 3,

большой

поперечной устойчивостью при больших углах атаки,

которые

используются,в

частности,при взлете.

Это вызывает

также важные

особенности выполнения взлета.

 

 

 

Если тяговооруженность летательного аппарата меньше едини­

цы и он управляется в

воздухе аэродинамическими рулями, то

такой аппарат

выполняет взлет с разбегом.

 

 

 

Траектория взлета

может быть

разделена на два

этапа:

равбег и разгон с набором высоты. Сумма длин этих этапов

до выхода на высоту 25

м (стандартное пряпятствие)

составля­

ет

длину взлетной дистанции

j_взп = [_Р + [_нв ,

 

где

Lp- длина разбега; Lhb- дистанция набора

высоты с разго­

ном.

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично этому и траектория посадки делится на два

этапа: воздушный участок, начинающийся с высоты 25

м, и про­

бег по земле. Сумма длин

этих участков составляет

посадоч-

ну. днстанщ .

L n o C = L m w + L ар ■

 

 

 

Перейдем к рассмотрению отдельных этапов взлета и посадки.

 

 

 

§ 73. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПРИ РАЗБЕГЕ

И

 

 

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗБЕГА

 

 

 

В первой фазе разбега самолет движется на трех колесах

со.стояночным углом атаки.

Затем

переднее колесо приподнима­

ет, угол атаки увеличивается и плавно доводится до угла отры­

ва с / о т р

Если

разбег происходит при безветрии, а поверхность взлет­

ной полосы горизонтальна, то на самолет действует аэродинами­ ческие силы Y и Q , сила тяги Р , которую обычно

 

 

 

 

- 229 -

 

 

очитают

направленной по оси

ТРД, вес

Q

и опорные реакции,

приложенные к колесам: F - суммарная касательная сила (сила

трения)

и

Л/ -

суммарная сила нормального давления

(рис. 7

.1 ).

Можно

считать ,

что все

силы,

кроме опорных реак­

ций, приложены в центре масс.

Спроектировав силы на каса­ тельную и нормаль, по­ лучаем урав­ нения движе­ ния:

Рис. 7.1

ж - = Р г ( № ) - (7 Л ) $ = Р у +У + А/. (7 .2)

Поскольку угол атаки обычно мал, то можно принять J^ = P co s^P

иРу = Psind^PoC.

Из уравнения (7 .1) получаем ускорение разбега:

/

= d L

Px~(Q+F)

 

OP

d t

(? .3 )

При отрыве сила N =0. Тогда уравнение (7 .2) приобретает вил*

C -Ру + Y „ -P .

Отсюда получаем скорость отрыва

 

Чтр ] j r l/flTp Я ,У ( i ~ ~ Q

~ ' cL0 T p ) ' ■

(7.^)

Проанализируем формулу ускорения

(7 .3 ).

 

Из механики известно, что сила трения пропорциональна

нормальной реакции

опоры: F = f Я

, где коэффициент про­

порциональности

f

.называемый

коэффициентом трения

каче­

ния, зависит от

состояния поверхности аэродрома и давления

в пневматиках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

230

-

 

 

 

 

 

 

Для сухого бетовар0,0е * 0,03?

для твердого

грунта - 0,04+

0,06? для слабого грунта -

0 ,2 ;

для очень

слабого грунта

 

(песок,пахота,грязь) - 0,3+0,4.

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку при.разбеге сила X

уменьшается,

что видно из

 

уравнения

(7»2),

то

уменьшается и сила

F .

 

 

 

 

Переменными являются также

силы

и

Q .

Поэтому для

расчета среднего ускорения разбега берут средние значения

слагаемых в

формуле (7 .3 ).

При этом принимают

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

"

КР' Рэф

 

 

 

(7 .5)

 

где

п р ~

P S

у *

 

 

 

 

 

 

коэффициент,

учитывающий изменение тяги

 

 

К

Я Р .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при разбеге; если воздухозаборник дозвуковой

,

то можно

 

п р и н я т ь - =0,95,

а при сверхзвуковом

он может быть и больше

единицы;

 

 

?эф~ эффективная тяга,

т .е . статическая,

 

тяга

с учетом

входных и выходных потерь.

 

 

 

( Q + F

 

 

Величина

отношения суммарного сопротивления

)

силе

веса

может быть представленав виде

некоторого коэффи­

циента

 

, называемого приведенным коэффициентом трения.

При разбеге

по бетону

/ > /

(примерно

0 ,0 6 ),

а

при разбеге

по вязкому

грунту

 

^

 

и достигает значения 0,2*0,3.

 

После подстановки

в формулу

(7 .3)

получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7 .6 )

 

Чем выше тяговооруженность

самолета и меньше

у

, тем

боль

ше ускорение.При некотором оптимальном.угле атакиdL0m суммар

ное

сопротивление

(Q + F )

минимально, а среднее ускорение

максимально. При этом угле

атаки коэффициент подъемной силы

 

 

 

СЧоп?

Т ^ ~ ) -

(7 .7)

 

С ростом скорости в процессе разбега тяга и коэффициент

Кр

уменьшаются.

Коэффициент индуктивности увеличивается.

В итоге

Су опт

уменьшается. Однако оптимум по углу атаки

весьма плавный. При крыле

малого удлинения

коэффициент Д

велик,

что снижает

<^дцт

и он приближается

к стояночному.По

- 22!

этой причине разбег выполняется, в основном, при стояночном угле атаки.

При переходе на грунтовые аэродромы коэффициент трения £ возрастает.Это влечет увеличение оптимального угла и ^ j gnT.

Несмотря на то, что при разбеге по бетону оптимальные углы меньше, чем при разбеге по грунту, в конце разбега в обоих слу­ чаях угол атаки доводится до значения угла отрываоСОТр .

Проанализируем теперь формулу скорости отрыва ( 7 .4 ) .Ив этой формулы видно,что для уменьшения^ необходимо Су 0ТР и тягу

Р увеличивать, а удельную нагрузку на крыло онижать. Коэффициент Суотрзначительно меньшеС^ так как уголсС при любом непроизволь­ ном его увеличении должен оставаться меньше критического угла с^Днапример, при порыве ветра). Компоновка современных сверх­ звуковых самолетов такова, что не удается р еали зо вать * ^, близкий. кЫ№.Так,прис(^2{>т250 и болееоС ^е превышает обычно

11-12° . Поэтому для увеличения(уотр приходится использовать раз­ нообразные средства механизации крыла и управление пограничным слоем.

Составляющая тяги Ру при отрыве достигает таких значений, чт°У1лра счет нее уменьшается на 5 ♦ 6 %, а на форсаже - и боль­ ше. У сверхзвуковых самолетовУвтрдостигает 250-300 км/час и бо­

лее.

Поэтому составляющая тяги Ру снижаетУ на 20-30 км/час,

что

весьма существенно.

Скорость отрыва зависит также от давления и температуры.

Приближенно можно считать, что повышение температуры

воздуха

на 10° увеличивает VflTP на

1,75

%, а снижение давления

на 10 мм

р т .ст . увеличивает ее на

0,65

%.

 

Увеличение взлетного

веса

на I % увеличиваетУ0Т||примерно на

0,5 %. Приведенные приближенные величины можно использовать для расчетов при небольших изменениях/)и G • не превышающих 20-30%. Если же эти изменения более значительны, т о \/н ад о рассчитывать по (7 .4 ).

Среднее ускорение и скорость отрыва определяют еще две важ­ нейшие характеристики разбега:время и длину дистанции разбега. Если представить разбег как равноускоренное движение с ускорен

niteuL

,то при безветрии время разбега будет: f

-^ S IL , (7 .8)

/Рср

Р

JPOP

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ