Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Силы, действующие на самолет в полете и при движении по земле. Горизонтальный установившийся полет. Понятие перегрузки. Нормальная, продольная и поперечная компоненты полной перегрузки. Условие невесомости и возможности выполнения «мертвой петли». Полет на дальность. Формула Бреге.
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА САМОЛЕТ В ПОЛЕТЕ:
Подъемная сила
Подъемная сила достигается за счет особой формы (профиля) крыла.
Крыло самолета сконструировано таким образом, что при его движении в воздухе, поток над крылом движется быстрее потока под ним. Медленный поток создает большее давление, нежели быстрый, разница в давлении создает подъемную силу.
Подъемная сила изменяется, и зависит от скорости движения самолета в воздухе.
Угол атаки
Подъемная сила также сильно зависит от угла между продольной осью самолета и направлением его движения. Этот угол называется углом атаки.
Угол атаки является важной величиной в полете, он сильно влияет на поток воздуха обтекающий крыло. Так как разные самолеты имеют разные крылья, то, соответственно, у каждого самолета свои предельные величины угла атаки. Если превысить максимально допустимый угол атаки крыла, это может привести к срыву воздушного потока на одном или обоих крыльях, что, в свою очередь, приведет к сваливанию самолета. Сваливание самолета возможно не только на критически низких, но и на довольно больших скоростях.
Тяга
На самолете тяга создается пропеллером, турбовентилятором или потоком газов (в реактивном двигателе). Вращающийся пропеллер или турбовентилятор, или поток реактивных газов заставляют самолет двигаться вперед. Чем больше тяга, тем больше скорость. Тяга может изменяться пилотом за счет уменьшения / увеличения подачи топлива в двигатель.
Сопротивление воздуха
Когда самолет движется вперед, он сталкивается со встречным воздухом. В то же время, воздух, который обтекает самолет создает трение. Все это называется сопротивлением.
Обтекаемые формы самолета позволяют максимально снизить сопротивление воздуха, однако некоторые факторы могут его увеличить, например, большой угол атаки, выпущенные закрылки и шасси, бомбы или ракеты размещенные снаружи.
Гравитация
Гравитация или сила притяжения Земли действует на все предметы находящиеся в гравитационном поле планеты. Когда человек стоит на земле на него действует сила гравитации равная единице. На пилота и на сам самолет в полете гравитация может действовать с разной силой в зависимости от маневра. Таким образом гравитация может быть положительной или отрицательной.
Высота полета
В зависимости от высоты полета изменяются тяга и сопротивлении воздуха. Это является следствием того, что на разной высоте разная плотность воздуха.
На небольшой высоте, где воздух более плотный, например, пропеллер толкает большую воздушную массу, создавая большую тягу. В то же время более плотный воздух создает большее сопротивление.
На большой высоте, где воздух менее плотный, пропеллер толкает меньше воздуха за то же время, что создает меньше тяги. К тому же меньшее количество кислорода на большой высоте снижает эффективность двигателя. Однако плюсом менее плотного воздуха является меньшее его сопротивление.
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА САМОЛЕТ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО ЗЕМЛЕ:
- сила тяги двигательной установки Р; в начале разбега ее величина максимальна, а затем по мере увеличения скорости постепенно уменьшается; у самолетов с поршневыми двигателями уменьшение тяги на разбеге более значительно, чем у самолетов с ТРД;
- сила веса самолета Q; по величине неизменна, направлена вниз;
- подъемная сила У; в начале разбега равна нулю, а в конце разбега, при отрыве, достигает величины веса самолета;
- сила лобового сопротивления Q;возрастает по мере разбега от нуля до некоторого значения (в зависимости от угла атаки, скорости, высоты полета);
- нормальная сила реакции земли N; в начале разбега равна весу самолета, а по мере нарастания скорости и увеличения подъемной силы уменьшается до нуля при отрыве;
- сила трения шасси о грунт F; зависит от коэффициента трения колес о землю и от силы N.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПОЛЕТ САМОЛЕТА
Полет самолета от взлета до посадки представляет собой сочетание различных видов движения. Наиболее продолжительным видом движения является прямолинейный полет.
Установившимся прямолинейным полетом называется такое движение самолета, при котором скорость движения с течением времени не изменяется по величине и направлению.
К установившемуся прямолинейному полету относятся горизонтальный полет, подъем и снижение самолета (планирование).
УСТАНОВИВШИЙСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПОЛЕТ
Установившимся горизонтальным полетом называется прямолинейный полет с постоянной скоростью без набора высоты и снижения.
На Рис. 1 показаны силы, действующие на самолет в горизонтальном полете без скольжения, где
Y - подъемная сила;
Х - лобовое сопротивление;
G - вес самолета;
Р - сила тяги двигателя.
Все эти силы необходимо считать приложенными к центру тяжести самолета, так как его прямолинейный полет возможен лишь при условии, что сумма моментов всех сил относительно центра тяжести равна нулю.
Необходимое 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 установившегося горизонтального полета необходимы два условия:
Y-G=0 (условие постоянства высоты H=const); (4.1)
Р-Х=0 (условие постоянства скорости V=const). (4.2)
Эти равенства называются уравнениями движения для установившегося горизонтального полета. При нарушении этих равенств, движение самолета станет криволинейным и неравномерным.
Пользуясь этими равенствами, можно определить скорость, коэффициент подъемной силы, тягу и мощность потребные для горизонтального полета.
Рис. 1 Схема действующих сил на самолет в установившемся полете
ПОНЯТИЕ ПЕРЕГРУЗКИ
Перегрузкой - называется отношение суммы всех сил, кроме силы веса, действующих на самолет, к весу самолета, и определяется по формуле:
n = (P+R) / G,
где P – тяга двигателя, R – суммарная аэродинамическая сила.
Стрелки над символами в формуле указывают, что учитывается направление действия сил, поэтому силы нельзя складывать алгебраически.
Перегрузка показывает, во сколько раз силы, определяющие траекторию движения, больше или меньше силы тяжести самолета или (что то же самое) во сколько раз ускорение движения самолета в каком-либо направлении больше или меньше ускорения земного тяготения.
НОРМАЛЬНАЯ, ПРОДОЛЬНАЯ И ПОПЕРЕЧНАЯ(БОКОВАЯ) КОМПОНЕНТЫ ПОЛНОЙ ПЕРЕГРУЗКИ
Существуют три вида перегрузки: нормальная, продольная и боковая.
Нормальная перегрузка ny определяется в первую очередь подъемной силой и определяется по формуле:
ny = Y/G,
где Y - подъемная сила.
На заданной скорости и высоте полета изменить нормальную перегрузку можно путем изменения угла атаки. Как показано на рисунке с уменьшением скорости полета предельные нормальные перегрузки возрастают, а с увеличением высоты - уменьшаются. При отрицательном угле атаки возникают отрицательные перегрузки.
Продольная перегрузка nx определяется отношением разности сил тяги двигателя (Р) и лобового сопротивления (Q) к весу самолета:
nx = (P-Q) / G.
Продольная перегрузка положительна, если тяга больше лобового сопротивления, и отрицательна, если тяга меньше лобового сопротивления или если тяги вообще нет.
Таким образом, знак продольной перегрузки зависит от соотношения величин тяги двигателя и лобового сопротивления самолета.
С увеличением высоты полета положительные продольные перегрузки nх уменьшаются, т.к. уменьшается избыточность тела. Зависимость продольной перегрузки от высоты и скорости полета изображена на рисунке.
Боковая перегрузка nz возникает при несимметричном обтекании самолета воздушным потоком. Это наблюдается при наличии скольжения, либо при отклонении руля направления.
УСЛОВИЯ НЕВЕСОМОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ «МЕРТВОЙ ПЕТЛИ».
Если тело вместе с опорой свободно падает, то a = g, то из формулы
P = m(g – a) следует, что P = 0.
Исчезновение веса при движении опоры с ускорением свободного падения только под действием силы тяжести называется невесомостью.[2]
Есть два вида невесомости.
Потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из-за ослабления притяжения, называется статической невесомостью. А состояние, в котором находится человек во время полёта по орбите, – динамической невесомостью.
Проявляются они совершенно одинаково. Ощущения человека одни и те же. Но причины разные.
Мёртвая петля в авиации — фигура сложного пилотажа в виде замкнутой петли, в России известная также как «петля Нестерова». Представляет собой замкнутую петлю в вертикальной плоскости. Петля называется правильной, если все точки её траектории лежат в одной вертикальной плоскости.
Своё название — «мёртвая» — получила из-за того, что некоторое время была рассчитана только теоретически на бумаге и практически не выполнялась. До П. Н. Нестерова даже горизонтальные развороты на самолётах делали без крена «блинчиком». Его заслуга в том, что он начал использовать подъёмную силу крыла для манёвра и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. Он так доверял своим расчётам, что перед выполнением «мёртвой петли» даже не пристегнулся ремнями к самолёту. Расчёты оказались правильными и в верхней точке петли он не выпал, как предостерегали некоторые — центробежная сила прижимала лётчика к сиденью. Первые попытки выполнить эту фигуру пилотажа осуществлялись на заре авиации на самолетах, которые не выдерживали возникающих при этом перегрузок и разрушались, пилоты обычно не выживали. Впервые в мире выполнена 27 августа (9 сентября) 1913 года в Киеве над Сырецким полем П.Н. Нестеровым на самолёте «Ньюпор-4» с двигателем «Гном» в 70 л. с. Этим манёвром Нестеров положил начало высшему пилотажу.
ПОЛЕТ НА ДАЛЬНОСТЬ. ФОРМУЛА БРЕГЕ.
Дальность полета является важнейшей летно-тактической характеристикой самолета. Под дальностью полета понимают расстояние от места вылета до места посадки вдоль маршрута полета по земной поверхности.
Обычно рассматриваются следующие виды дальности: техническая, практическая и тактическая.
Техническая дальность - дальность полета одиночного самолета до полного израсходования топлива.
Практическая дальность- дальность полета с учетом гарантийного 7 - 10% остатка топлива (от полной заправки).
Тактическая дальность - дальность полета с учетом запаса топлива на выполнение задания, не связанного с продвижением по маршруту.
Траектория полета самолета на дальность состоит из трех участков: набора высоты, горизонтального полета на заданной высоте и снижения с этой высоты.
Дальность определяются, прежде всего, запасом топлива и режимом полета (высотой и скоростью). Каждому режиму полета соответствует определенный расход топлива на один километр пути и за один час полета. Так, например, при полете самолета Л-29 на высоте 5000 м без подвесных баков с полным запасом топлива 775 кг при номинальном режиме работы двигателя техническая дальность равна 625 км. А при полете на высоте 9000 м на режиме максимальной дальности техническая дальность равна 880 км. Таким образом, от того, какой режим полета установил летчик, будет зависеть дальность полёта.
Основными величинами, определяющими дальность, являются километровый и часовой расходы топлива. Зная километровый и часовой расходы топлива при данном варианте заправки самолета, можно рассчитать дальность и продолжительность полета.
Для расчёта дальности L полёта с постоянной скоростью и постоянным значением Cy (подъёмная сила) в изотермической атмосфере (на высоте 11000—20000 м) используется формула Л. Бреге:
коэффициент Бреге B = KV/C является функцией скорости и коэффициента подъёмной силы (здесь K — аэродинамическое качество, С — удельный расход топлива, m1 и m2 — масса летательного аппарата в начале и конце рассчитываемого участка полёта).