Влияние ф изическ их харак теристик на взлет и пос адку самолетов

 

Чт обы анализироват ь влияние атмосферных условий на взлет и посадку, необходимо хорошо представлят ь силы, действующие на самолет в полете.

Полная аэродинамическая сила (R), дейст вующ ая на самолет, может быть выражена формулой:

 

R = CR S

r V 2

 

, (3.1)

 

где: CR - коэффициент полной аэродинамической силы;

S - площадь крыла в плане;

r - массовая плотность возд уха;

V - скорост ь полета относительно воздуха (воздуш ная скорость само лета).

 

Из формулы видно, чт о величина полной аэродинамической силы прямо пропорциональна

r V 2

плотности возд уха. Выражение

-называют скоростным напором. Иными словами -

эт о кинетическая энергия единицы объема возд уха: чем больше плотность возд уха, тем больше масса единицы объ ема и т ем б ольше скоростной напор.

Для иллюстрации влияния температ уры, давления и плотности воздуха на полет

рассмотрим случай уст ановившегося горизонтального д вижения (рис. 3.1).

 

 

Рис. 3.1. Силы, действующие на самолет при установившемся горизонтальном полете

 

В э том случае на самол ет дейст вуют следующие силы:

Х - сила лобового сопротивления;

Р - сила тяги двигателей;

У - подъ емная сила;

G - вес самолета;

a – угол атаки крыла.

 

Силы лобового сопротивления и подъемная являются проекциями полной аэродинамической силы, соот вет ственно, на направление движения самолет а и на направление, перпендикулярное траект ории полет а, и выражаются следующими формулами:

 

V 2

X = C х S r

 

, (3.2)

r V 2

У = С у S

 

где: C х - коэффициент лобового сопротивления;

С у -коэ ффициент подъемной силы.

 

, (3.3)

 

В сл уч ае установившегося горизонтального движения самолет а все силы находятся в равновесии:

 

У = G, (3.4)

 

Х = P. (3.5)

 

Подст авляя выражение (3.4) в (3.3), получаем ту воздушную скорость, при которой выполняется равновесие сил:

 

r 2

C у S

V = G,

 

 

 

Vпотр =

2 G. (3.6)

C у S r

 

Эта скорость называется потребной (V потр). Из формулы видно, чт о потребная скорость об ратно пропорциональна плотности воздуха. Так как плотность возд уха с высотой уменьшается, потребная скорость при прочих равных условиях с высот ой увеличивается. На высот ах в С А около 9 км пот ребная скорость горизонтального полета примерно на 60% б ольше потребной скорости на уровне моря. Так как в полете высота выдерживает ся по б арометрическому высотомеру (Р = соnst), то потребная скорость зависит т олько от т емпературы воздуха. Под ставляя значение плотности возд уха из уравнения состояния газов в формул у (3.6), получим:

 

Vпотр

= 2 GRT. (3.7)

C у SР

 

Из данного выражения следует, что чем выше температура воздуха, тем больше должна быть потреб ная возд ушная скорост ь горизонтального полета.

Для взлета необходимо, чт обы подъемная сила была больше веса самолета, иначе говоря, чтобы скорост ь отры ва (V отр) равнялась

 

 

Vотр

= 2 GRT, (3.8)

Cуотр S Р

 

где: Cуотр

- коэффициент подъемной силы, соответствующий углу атаки, при котором самолет может безопасно от орваться от земли.

 

Полученное уравнение показывает, что увеличение т емпературы воздуха влечет за собой увеличение скорости отрыва, а рост давления - уменьшение скорости отрыва. Изменение скорости от рыва приводит к изменению длины разбега и взлет ной дистанции. Это особенно важно иметь в вид у при взлете с горных аэродромов. Например, при повышении т емпературы на 10°С по сравнению со стандартной у б ольшинства реактивных самолет ов при неизменных об оротах двигателя длина разбега увеличивает ся на 13%, а понижение т емпературы на 10°С уменьш ает д лину разб ега на 10%.

Длина разбега (L разб) с учетом изменения плотности возд уха выражается следующей формулой:

 

L разб

= L разб. ст

D3

 

, (3.9)

 

где: L разб. ст - длина разбега в стандарт ных условиях;

D - относительная плот ност ь возд уха, равная отношению фактической плотности к ст анд артной.

 

Согласно формуле (3.9), изменение плот ност и на аэродроме значит ельно сказывает ся на длине разбега. Эт о влияние особенно ощ ут имо на горных аэ родромах. Если аэродром расположен на высоте 1000 м над уровнем моря, то здесь за счет изменения плот ности воздух а при прочих равных условиях д лина разбега самолета на 33% б ольше, чем на аэ родроме, находящемся на уровне моря со стандартной плотностью воздуха. Влияние изменения плотности воздуха на длину р азбега самолета с поршневыми двигателями меньше, чем для реактивного.

Посадка самолета также зависит от атмосферных условий. Температура и д авление сказывается на посадочной скорости (V пос), длине пробега и посадочной дистанции самолета. Посадочная скорость выражается формулой, аналогичной (3.8), т.е.:

 

 

Vпос =

2 GRT

, (3.10)

C у пOС SP

 

где: C у пOС

- коэффициент подъемной силы, соответствующий условиям безопасной посадки.

 

Чем выше температура воздуха и меньш е ат мосферное давление, тем больше посадочная скорость.

Изменение длины пробега по сравнению с ее стандарт ным значением выражается формулой:

 

=

Lпроб

T Lпроб. ст Т ст

Рст, (3.11)

Р

 

где: Lпроб и Lпроб. ст

- длина пробега при фактической (Т) и ст андартной (Тст) температуре;

Р и Рст - фактическое и ст анд артное давление.

По расчет ам отклонение температ уры воздуха от стандарт ной на 10°С изменяет длину пробега на 3,5%.