Диапазон скоростей характеризует степень аэродинамического совершенства самолета. Величина диапазона скоростей определяет скорости горизонтального полета, на которых самолет может безопасно совершать горизонтальный полет. Чем больше этот диапазон, тем больше маневренные возможности самолета.
В связи с ограничением максимальной скорости до ?доп и минимальной до ?наив диапазон скоростей может быть:
--теоретическим --
;
--практическим --
Для увеличения диапазона скоростей необходимо или увеличить максимальную скорость, или уменьшить минимальную, или изменить одновременно обе. Увеличение максимальной скорости может быть достигнуто увеличением тяги двигателя и улучшением аэродинамики самолета. Минимальная же скорость может быть уменьшена путем применения механизации крыла.
Рис. 6 Изменение диапазона скоростей горизонтального полета с подъемом на высоту
Диапазон скоростей изменяется от различных внешних условий (высоты полета, температуры воздуха) и от эксплуатационных факторов (изменения веса и т. д.).
На рис. показано изменение диапазона скоростей с поднятием на высоту дозвукового самолета с ТРД.
Как видно из графика, диапазон скоростей до высоты 11км незначительно возрастает, а в дальнейшем уменьшается, и на высоте, соответствующей статическому потолку, обращается в нуль. На статическом потолке полет возможен только на одной скорости и на одном угле атаки - наивыгоднейшем. На этой скорости, как известно, аэродинамическое качество имеет максимальную величину, а потребная тяга минимальна.
ПЕРВЫЕ И ВТОРЫЕ РЕЖИМЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛЕТА
В установившемся горизонтальном полете тяга силовой установки должна уравновешивать лобовое сопротивление. Это значит, что в любом режиме полета, кроме Vмакс, летчику необходимо задросселировать двигатель (уменьшить обороты коленчатого вала), то есть уменьшить мощность до такой степени, чтобы она сравнялась с потребной мощностью.
Если после уравновешивания самолета в одном из режимов установившегося горизонтального полета скорость по какой-либо причине изменится, то поведение самолета в большей степени будет зависеть от соотношения приращения потребной мощности и располагаемой мощности задросселированного двигателя Nдр.
Интервал первых режимов - это все скорости от Vмакс до Vэк, для которых производные мощности от скорости полета больше производной мощности задросселированного двигателя от скорости . Интервал вторых режимов - это все скорости от Vэк до Vмин, для которых
Это значит, что увеличение скорости горизонтального полета на первых режимах сопровождается уменьшением избытка мощности, а на вторых режимах - увеличением избытка мощности. Границей первых и вторых режимов горизонтального полета является экономическая скорость горизонтального полета, при которой устанавливается равенство
Полет самолета на первых режимах выполняется на малых углах атаки, когда крыло обтекается установившимся ламинарным воздушным потоком, самолет хорошо устойчив и управляем. Поэтому обычно пользуются первыми режимами.
Для установившегося горизонтального полета на некоторой скорости V1 в области первых режимов (Рис. 6) двигатель должен быть задросселирован до характеристики Мдр1. При случайном увеличении скорости горизонтального полета возникает отрицательный избыток мощности, самолет будет двигаться с торможением и вернется к исходной скорости. При уменьшении скорости избыток мощности будет направлен вперед и самолет также восстановит скорость исходного режима. Для сохранения скорости на первых режимах от летчика требуется одно - выдерживать горизонтальный полет при помощи руля высоты. Если летчику по условиям полета необходимо перейти на новую, большую скорость, в пределах первых режимов на той же высоте, то, сохраняя горизонтальный полет, он должен увеличить мощность двигателя, а для перехода на меньшую скорость горизонтального полета - уменьшить мощность силовой установки (уменьшить частоту вращения коленчатого вала).
Рис. Первые и вторые режимы и диапазоны скоростей горизонтального полета
Полет на вторых режимах горизонтального полета происходит на больших углах атаки и на скоростях горизонтального полета, меньших, чем экономическая скорость, что связано с ухудшением обтекания крыла и понижением эффективности рулей, и тем самым ухудшением устойчивости и управляемости самолета, особенно поперечной. Поэтому летать на вторых режимах не рекомендуется. К ним прибегают лишь при некоторых тренировочных полетах и при выполнении посадки.
Рассмотрим влияние изменения скорости на выполнение горизонтального полета на вторых режимах. Пусть самолет выполняет горизонтальный полет на скорости V2. С увеличением скорости возникает положительный избыток мощности, и если летчик не изменит режим работы двигателя и будет выдерживать горизонтальный полет, то увеличение скорости будет продолжаться, пока не наступит равновесие на новой скорости Vi, лежащей в области первых режимов. При случайном уменьшении скорости избыток лобового сопротивления над тягой вызывает торможение самолета до минимальной скорости (самолет может сорваться в штопор).
Таким образом, на вторых режимах выдерживание постоянства высоты полета не обеспечивает сохранение скорости.
При выполнении длительного полета на вторых режимах для восстановления исходной скорости летчику необходимо либо изменением режима работы двигателя (при увеличении скорости тягу необходимо уменьшить, а при уменьшении скорости - увеличить), либо изменением угла наклона траектории полета восстановить заданную скорость горизонтального полета. Во втором случае траектория полета будет не прямолинейной, а волнообразной.
В области вторых режимов для увеличения скорости горизонтального полета необходимо сначала увеличить мощность двигателя, а затем, когда скорость начнет возрастать, уменьшить ее. Для уменьшения скорости горизонтального полета следует несколько задросселировать двигатель (уменьшить частоту вращения коленчатого вала), чтобы скорость начала падать, после чего увеличить мощность до потребной.
То есть на вторых режимах горизонтального полета требуется двойное движение рычагом управления дроссельной заслонкой карбюратора.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что допускать уменьшение скорости ниже экономической не следует. Иначе говоря, для самолетов Як-52 и Як-55 экономическая скорость является практически минимальной скоростью горизонтального полета.
Разность между скоростью VГП, которую летчик выдерживает в горизонтальном полете, и экономической скоростью называется запасом скорости V:
V=VГП-VЭК
В полете на малой высоте рекомендуется иметь запас скорости (для самолета Як-52 Vмин=170 км/ч), равный примерно 20...30% экономической скорости горизонтального полета.
Из сказанного ясно, что в летной практике запас скорости имеет большое значение. Имея достаточный запас скорости, летчик гарантирован от неожиданного попадания в интервал вторых режимов, следовательно, и от опасности потери скорости.
ЭВОЛЮТИВНАЯ СКОРОСТЬ ПОЛЕТА
Эволютивная скорость летательного аппарата - минимальная скорость, на которой самолет имеет возможность выполнять некоторые минимальные эволюции (маневры) Для неманевренных самолетов различают минимальную эволютивную скорость: при разбеге, взлете, посадке и при уходе на второй круг.
Запас скорости
Разность между скоростью VГП, которую летчик выдерживает в горизонтальном полете, и экономической скоростью называется запасом скорости V:
V=VГП-VЭК. (1.14)
В полете на малой высоте рекомендуется иметь запас скорости (для самолета Як-52 Vмин=170 км/ч), равный примерно 20...30% экономической скорости горизонтального полета.
Из сказанного ясно, что в летной практике запас скорости имеет большое значение. Имея достаточный запас скорости, летчик гарантирован от неожиданного попадания в интервал вторых режимов, следовательно, и от опасности потери скорости.
ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ НА ВЕЛИЧИНУ СКОРОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛЕТА
В горизонтальном полете
С увеличением высоты полета плотность воздуха ?Н уменьшается, следовательно, для сохранения равенства Y=G при постоянных значениях G, Су и S необходимо уменьшение плотности воздуха компенсировать увеличением потребной скорости VГП так, чтобы скоростной напор остался неизменным.
Таким образом, с увеличением высоты потребная скорость горизонтального полета увеличивается, а скоростной напор сохраняется неизменным. В данном случае рассматривается увеличение потребной скорости для горизонтального полета на определенной высоте, а не вообще скорости полета самолета, которую он способен развить.
Установим зависимость между потребной скоростью горизонтального полета на высоте и потребной скоростью у земли при неизменном полетном весе самолета и постоянном коэффициенте подъемной силы.
Обозначив потребную скорость для горизонтального полета и плотность воздуха на высоте Н через VН и ?Н, а у земли V0 и ?0, получим формулу изменения потребной скорости для горизонтального полета с изменением высоты полета
Поделив почленно первую формулу на вторую, получим
Формула служит для пересчета приборной скорости полета с подъемом на высоту в истинную скорость полета самолета.
Приборная скорость полета -- это скорость, измеряемая показаниями стрелки прибора УС-450К и обозначается VПР. Поскольку разметку шкалы указателя скорости осуществляют по величине плотности воздуха у земли ?0, т.е. на нулевой высоте, то приборная скорость у земли VПР будет равна истинной воздушной скорости V0 и тогда истинная скорость на высоте может быть определена по формуле
Такое определение справедливо только при условии, если скоростной напор замеряется по стрелке без искажения и инструментальная поправка равна нулю. В действительности в показания прибора приходится вносить инструментальную и аэродинамическую поправки. Для определения инструментальной поправки каждый указатель скорости тарируется в лаборатории и к нему прикладывается график инструментальных поправок.
Приборная скорость, исправленная на инструментальную поправку, называется исправленной приборной скоростью.
Появление аэродинамической поправки к указателю скорости объясняется тем, что приемник воздушного давления (ПВД) воспринимает не атмосферное давление, а несколько отличное от него. Одной из причин этого является искажение потока самим приемником ПВД. Еще больше сказываются на величине воспринимаемых приемником ПВД давлений (особенно в статических отверстиях приемника) возмущения, создаваемые в воздухе самолетом. Эти возмущения существенно зависят от места установки ПВД на самолете. На самолетах Як-52 и Як-55 ПВД установлен в зоне наименьшего возмущения воздушного потока на левом полукрыле.
Поправка к показаниям прибора обусловливается указанными выше обстоятельствами и называется аэродинамической поправкой, обозначается через ?Vа:
Приборную скорость, исправленную на инструментальную и аэродинамическую поправки, называют индикаторной земной скоростью и обозначаются через V13.
Для определения величины аэродинамической поправки указатель скорости тарируется в полете на мерной базе при испытаниях самолета.
Аэродинамические поправки самолетов различных типов могут быть различными как по величине, так и по знаку, и даже у самолетов одного и того же типа могут быть колебания в величине аэродинамических поправок, что объясняется практически неизбежными отличиями в установке ПВД на различных экземплярах самолетов.
У большинства самолетов величина аэродинамической поправки зависит от скорости полета (рис.). На рисунке приведен усредненный график аэродинамических поправок к указателю скорости, установленному на самолетах Як-52 и Як-55.
График аэродинамических поправок к указателю скорости самолетов Як-52 и Як-55
ВЛИЯНИЕ МАССЫ САМОЛЕТА НА ПОТРЕБНЫЕ СКОРОСТИ
Удельная нагрузка на крыло в полете меняется в зависимости от количества горючего (его расхода).
Рассмотрим горизонтальный полет самолета Як-52 при изменении нагрузки, но при одинаковом угле атаки и на одной высоте.
Пусть полетный вес уменьшается, но условие горизонтального полета сохраняется (Y=G), поэтому соответственно необходимо уменьшить подъемную силу. Это можно выполнить либо уменьшением угла атаки, либо путем уменьшения скорости до величины V1.
Если известна потребная скорость V при расчетном весе G, то вычислить потребную скорость при новом весе можно по формуле
разделив второе выражение на первое и сократив, получим
Из формулы видно, что при уменьшении полетного веса потребная скорость уменьшается пропорционально квадратному корню отношения весов (плотность воздуха неизменна). При уменьшении веса на самолетах Як-52 и Як-55 потребная скорость горизонтального полета уменьшается.
Задача. 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 1 Определим вес самолета без израсходованного горючего. Он составляет 1160 кгс.
2 Определим необходимую скорость для сохранения горизонтального полета по формуле