Влияние температуры наружного воздуха

СХЕМА СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА САМОЛЕТ В НАБОРЕ ВЫСОТЫ.

Для осуществления набора высоты необходимо:

а) для выполнения полета с постоянным углом набора:

б) для выполнения набора высоты с постоянной скоростью:

Рис.22
Воспользовавшись первым условием:

определим скорость, потребную при наборе высоты:

Так как углы набора транспортных самолетов небольшие, то подъемная сила самолета практически равна полетному весу самолета. Учитывая это, скорость при наборе высоты практически равна скорости горизонтального полета и зависит от полетного веса самолета, угла атаки и плотности воздуха (температуры, давления и высоты полета). Воспользовавшись вторым условием P = X + G sinqн определим тягу, потребную при наборе высоты.

Для уравновешивания лобового сопротивления при наборе высоты необходима тяга такая же, как и в горизонтальном полете, т.е. Pгп = Х= G/К. Составляющую веса G sinθн уравновешивает избыток тяги ∆Р. Следовательно,


Как видно, тяга, потребная для набора высоты, больше тяги, потребной в горизонтальном полете, на величину Gsinqн=∆Р, причем, чем больше полетный вес и угол набора, тем требуется больше дополнительной тяги.

При выполнении набора высоты ∆Р =Gsinθн. Из этого выражения можно определить угол набора высоты:

Как видно из формулы, величина угла набора высоты зависит от избытка тяги ∆Р и веса самолета.

Наибольший угол набора самолет будет при угле атаки, близком к наивыгоднейшему, так как при этом избыток тяги максимальный.

Вертикальная скорость набора высоты – это высота, которую набирает самолет за 1 с. Из треугольника скоростей (см. рис.22):

Как видно из формулы, вертикальная скорость набора зависит от скорости набора, избытка тяги и веса самолета. Наибольшую вертикальную скорость имеет самолет при данном полетном весе на угле атаки, где (∆Р ×Vн)max.

Скорость полета, при которой самолет имеет Vу mах, называется наивыгоднейшей скоростью набора высоты Vнв.наб.

При уменьшении веса самолета потребная тяга горизонтального полета уменьшается, а избыток тяги увеличивается. Кроме того, при меньшем полетном весе его составляющая Gх=Gsinθн также меньше. Следовательно, самолет, имеющий меньший полетный вес, при одном и том же угле атаки имеет большую вертикальную скорость и угол набора высоты. С поднятием на высоту при любом угле атаки избыток тяги уменьшается, а значит, угол набора высоты и вертикальная скорость также уменьшаются.

Уменьшение избытка тяги происходит вследствие уменьшения располагаемой тяги с поднятием на высоту. Кроме того, при наборе высоты полетный вес самолета вследствие выгорания топлива уменьшается, благодаря чему несколько задерживается уменьшение избытка тяги, угла набора и вертикальной скорости.

Поляра скоростей набора высоты. Первые и вторые режимы набора.

Рис. 23 Поляра скоростей набора

Каждая точка поляры скоростей набора наглядно показывает скорость по траектории V (отрезок прямой, проведенной из начала координат в данную точку поляры), вертикальную скорость набора V_У (отрезок прямой, проведенной через данную точку поляры скоростей перпендикулярно к оси скоростей V) и угол набора - угол, заключенный между вектором скорости V и осью скорости полета.

Опускаясь из любой точки кривой на горизонтальную ось по дуге окружности с центром в начале координат, можно отсчитать скорость полета по траектории набора.

Поляра скоростей набора позволяет определить характерные режимы установившегося набора и соответствующие максимальный угол набора и максимальную вертикальную скорость набора.

Режим наиболее быстрого набора высоты – определяется проведением касательной к поляре скоростей набора параллельно оси скорости. Этот режим набора применяется в случае необходимости быстро набрать заданную высоту.

Режим наиболее крутого набора – определяется проведением касательной к поляре скоростей из начала координат. Этот режим набора применяется, когда необходимо «перетянуть» самолет через близко расположенное препятствие.

На поляре скоростей набора также можно найти режим максимальной теоретической скорости набора (определяется проведением касательной дуги к поляре скоростей набора с центром в начале координат).

Границей первых и вторых режимов набора, как и в горизонтальном полете, является наивыгоднейшая скорость.

Режимы набора в диапазоне скоростей от Vмин теор до Vнв, для которых , называются вторыми.

Первые режимы набора имеют место в диапазоне скоростей от Vнв до Vмакс, для которых .

Кроме особенностей, рассмотренных выше применительно к горизонтальному полету, для вторых режимов установившегося набора характерно так называемое обратное действие руля высоты, отклонение руля высоты вверх (взятие штурвала управления самолетом на себя) в конечном счете приводит не к увеличению, как в первом режиме, а к уменьшению угла наклона траектории.

При взятии штурвала управления на себя угол атаки увеличивается, подъемная сила Y возрастает и траектория сначала искривляется вверх, т. е. угол набора увеличивается. Однако самолет не имеет возможности уравновеситься на более крутой траектории, так как избыток тяги ∆P₁, имевшийся в исходном режиме полета и уравновешивающий составляющую веса G sin ₁, окажется недостаточным для уравновешивания возрастающей составляющей силы веса самолета  при новом увеличенном угле набора

Скорость, а значит, и подъемная сила начинают уменьшаться, а траектория, ставшая сразу после взятия штурвала управления на себя более крутой, будет постепенно (по мере падения скорости) отклоняться вниз. Так как на вторых режимах избыток тяги с уменьшением скорости уменьшается, то равенство ∆Р₂=Gsin будет достигнуто лишь при новом угле набора траектории .

На первых режимах набора взятие штурвала управления самолетом на себя сопровождается увеличением угла набора, так как уменьшение скорости (после взятия управления на себя) вызывает увеличение избытка тяги, а большему избытку тяги соответствует более крутой траектории набора самолета.
Потолок самолета

С подъемом на высоту избыток тяги уменьшается и на какой-то определенной высоте становится равным нулю. А это значит, что и вертикальная скорость установившегося набора тоже уменьшится до нуля. На этой высоте и выше самолет не имеет возможности совершать установившийся набор.

На теоретическом потолке избытка тяги нет, поэтому возможен только горизонтальный полет и только на наивыгоднейшем угле атаки (и только на наивыгоднейшей скорости), на котором наименьшая потребная тяга.

Диапазон скоростей при этом равен нулю.

Рис. 24

б - кривые потребных и располагаемых тяг на теоретическом потолке

При установившемся наборе самолет практически не может достигнуть теоретического потолка, так как по мере приближения к нему избыток тяги становится настолько мал, что для набора оставшейся высоты потребуется затратить слишком много времени и топлива. Из-за отсутствия избытка тяги полет на теоретическом потолке практически невозможен, потому что любые нарушения режима полета без избытка тяги нельзя устранить. Например, при случайно образовавшемся даже небольшом крене самолет теряет значительную высоту (проваливается). Поэтому кроме понятия теоретического (статического) потолка введено понятие так называемого практического потолка.

Условно считают, что практический потолок самолета есть высота, на которой максимальная вертикальная скорость набора равна 0,5 м/с.

Разница между теоретическим и практическим потолком у современных самолетов невелика и не превышает 200 м. Теоретический и практический потолки можно определить по графику (см. Рис. 24).

Современные самолеты при полете с большими скоростями полета обладают настолько большим запасом кинетической энергии, что могут использовать его для набора высоты. Причем если самолет летит вблизи практического потолка, то он за счет использования запаса кинетической энергии, сохраняя управляемость, может подняться на высоту, большую его теоретического потолка, даже при отсутствии избытка тяги.