Авиационные приборы и системы (стр. 10 )

кг/ч.

Это значит, что часовой расход топлива ТРД значительно выше, чем для поршневых двигателей.

Максимальная скорость полета самолета с ТРД:

, км/ч, (2.36)

где a – скорость звука (м/с) на данной высоте; Mкрит – критическое число М начала волнового кризиса; ∆ – относительная плотность воздуха на высоте полета; Р – тяга двигателя на той же высоте.

Потолок полета самолета определяется ориентировочно по формуле:

, км, (2.37)

где Р0 – тяга у земли; Кмах – максимальное качество самолета, которое может быть равным 14 – 15 (К = Y/Q = Cy/Cx).

Дальность полета самолета:

, (2.38)

где vmax – максимальная скорость на данной высоте в км/ч; РН – тяга на данной высоте в кг; Се – удельный расход топлива в кг/кгтяги час; F1 – коэффициент, равный 1 для истребителя и 1,1 для бомбардировщика.

Длина разбега:

, м. (2.39)

Скорость посадки определяется по формуле:

, км/ч. (2.40)

Самолет с турбовинтовым двигателем.

Стремление найти оптимальный двигатель, который позволил бы летать со скоростью 700 … 900 км/ч, привело к созданию промежуточного двигателя частично со свойствами ВМГ и ТРД. Таким двигателем оказался турбовинтовой двигатель (ТВД).

Рис. 2.27. Зависимость мощности и тяги в ТВД от скорости полета: а – мощность винта; б – тяга винта

Мощность, отдаваемая ТВД, равна:

. (2.41)

Суммарная тяга такого двигателя (установки) равна:

.

По экономичности ТВД занимает промежуточное положение между ВМГ и ТРД. Например, при Се = 0,28 кг/л. с. час и N = 3000 л. с. часовой расход топлива равен

км/ч.

Самолет с жидкостно-реактивным двигателем

Что касается установки с жидкостно-реактивным двигателем (ЖРД), то он отличается от турбореактивного двигателя в основном тем, что работает на горючей смеси, окислитель которой находится на борту самолета. В связи с этим тяга его не зависит от высоты полета.

Рис. 2.28. Зависимость мощности (а) и тяги (б) ЖРД от скорости полета

Эти двигатели обладают крайне низкой экономичностью. При Се = 16 кг/кг тяги час и Р = 2000 кг часовой расход топлива равен

кг/ч,

В связи с этим такие двигатели используют короткое время (5…10 мин) в форсажных двигателях. Их преимуществом является независимость от высоты полета, легкость, компактность.

Судно на подводных крыльях

Эффект судна на подводных крыльях заключается в подъеме фюзеляжа судна из воды в воздух. Сопротивление движению судна в этом случае уменьшается пропорционально уменьшению плотности среды движения. Движение в воде заменяются движением в воздухе (в воде остаются только крылья) [26 – 27].

При этом подъемная сила и сила сопротивления возникают по законам аэродинамики по аналогии с самолетом:

, ,

где Сy и Cx – коэффициенты подъемной силы и силы лобового сопротивления, ρ – плотность среды, S – площадь крыла.

Плотность воды в 816 раз больше плотности воздуха при Н = 0 км. Скорость СПК = 60 – 70 км/ч (в 10 раз меньше скорости самолета).

Ограничение по скорости наступает из-за кавитации, ("закипания" воды) на поверхности подводного крыла при скорости 80 км/ч (ориентировочно). Однако это уже скорость почти автомобиля, почти 2 – 3 раза больше скорости движения обычных судов по воде.

Недостаток – слабая устойчивость при больших волнах. Поэтому морские СПК не нашли широкого распространения, хотя попытки к этому имеются.

Впервые СПК появились в Германии (инж. барон Ганс фон Шертель). В 1927 году Шертель организовал фирму "Сукромар Лимитед". В России выдающаяся роль принадлежит (1916 – 1980 гг.). В 1957 году было построено СПК "Ракета" на 66 мест, а потом "Волга", "Метеор", "Беларусь", "Чайка". Скорость движения расчетная – 60 ‑ 80 км/ч.

Судно на воздушной подушке

Экранопланы вместе с судами на подводных крыльях и на воздушной подушке образовали новый класс судов на динамических принципах поддержания движения. Эффект экраноплана заключается в использовании сверхмалой высоты полета, в использовании воздушной подушки, экранного эффекта. Оптимальная высота полета Н = 0,5 хорды крыла.

Самолеты и вертолеты тоже летают на малых высотах, особенно вертолет. Но для них малая высота не является оптимальной с точки зрения экономичности режима полета. Это полет по необходимости выполнения целевой задачи.

Одним из примеров использования экранного эффекта является судно на воздушной подушке (СВП).

Подъемная сила у СВП образуется благодаря повышенному аэростатическому давлению в пространстве между корпусом аппарата и опорной поверхностью (вода, Земля). Давление создается нагнетателями подъема. Для этого используется часть бортовой мощности (около 30 %) независимо от скорости. При этом давление на корпусе создается до 100 Па (0,75 мм рт. ст.).

Рис. 2.29. Принцип взлета СВП

К особенностям судна на воздушной подушке относятся: относительно высокая скорость полета (≈ 100 км/ч), способность летать над водой, над землей на малой высоте, отсутствие необходимости в дорогах, отсутствие необходимости в аэродромах, большая грузоподъемность, высокая экономичность, отсутствие вредного воздействия на воду, землю, высокая безопасность.

Экранный эффект – это очень крутая зависимость подъемной силы Y крыла от расстояния днища СВП до подстилающей поверхности ,

Рис. 2.30. Зависимость подъемной силы от относительной высоты полета

,

где H – высота полета. При ≥ 0,7 экранный эффект пропадает.

Экраноплан

Экраноплан – это летательный аппарат, который для перемещения использует статическую воздушную подушку на малых скоростях и динамическую воздушную подушку на больших скоростях.

Внешне ЭП (экраноплан) похож на самолет с крыльями малого удлинения, которые заканчиваются концевыми шайбами. Они имеют носовой и кормовой двигатели. При разгоне носовой двигатель работает в режиме поддува, направляя газовую струю под крыло для создания статической воздушной подушки. Она уменьшает гидродинамическое сопротивление. После отрыва судна от подстилающей поверхности поддув прекращается и статическая подушка заменяется при движении динамической подушкой за счет скоростного напора. Под крылом происходит подтормаживание воздуха, увеличение давления на нижнюю поверхность профиля. Так образуется динамическая воздушная подушка в отличие от статической подушки в СВП. При очень малых высотах полета давление может достигать давления скоростного напора , но практически используется 40 – 50 % его из-за колебаний поверхности под судном.

Попытка разработать летательный аппарат типа "экраноплан" была осуществлена еще в 30-х годах XX века. Однако практическое применение этот аппарат нашел только в 60-х годах благодаря усилиям ЦКБ под руководством в Нижнем Новгороде. Появились такие экранопланы как: См-5 (1963 г.) Км (1967 г.), Орленок (1979 г.), Лунь (1986 г.).

Условно все экранопланы делятся на группы:

Малые ЭП: длина судна до 10 м, дальность полета 300 – 500 км, скорость полета 100 – 200 км/ч, высота волны воды до 30 см, число пассажиров – несколько человек. Примером в этой группе может быть "Волга-2" со скоростью до 120 км/ч.

Средние ЭП: масса судна до 300 т, дальность полета до 2000 км, скорость полета до 200 км/ч, высота волны воды до 2 м, число пассажиров до 150 – 200 человек.

Большие ЭП: масса судна 500 – 550 т, дальность полета до 10000 км, скорость полета 600 – 800 км/ч, высота волны воды 6 – 8 м.

Этот новый вид судна, по мнению специалистов (особенно военных), имеет большие перспективы. Не случайно, что в США был объявлен конкурс по созданию морского ЭП со скоростью перемещения до 180 узлов с большой грузоподъемностью. С этой задачей пока не справилась ни одна фирма США.