Авиационные приборы и системы (стр. 12 )

Чтобы вывести спутник на круговую орбиту, ему нужно придать такую скорость движения по орбите, чтобы центробежное ускорение спутника уравновесилась притяжением его к Земле. Тогда спутник окажется в состоянии невесомости и будет двигаться по траектории, для которой выполняется условие равновесия [30]:

, (2.48)

где v – линейная скорость движения спутника по орбите, так называемая первая космическая скорость; Н – высота спутника над уровнем Земли; g – ускорение силы тяжести на этой высоте; R – радиус Земли. принимается, что ускорение силы тяжести обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли:

, (2.49)

где g0 – ускорение у поверхности Земли, тогда:

, (2.50)

или . (2.51)

Если перейти к угловой скорости ω вращения спутника по круговой орбите, то:

. (2.52)

Период одного оборота:

. (2.53)

Положив в (2.51) Н=0, получим первую космическую скорость у поверхности Земли:

. (2.54)

Подставляя в (2.51) и (2.52) различные высоты Н, получим таблицу скоростей (таблица 2.6) движения спутников по круговым орбитам на различных высотах.

Таблица 2.6

Н, км	0	100	200	300	400	500	1000	10000	35870
v, км/с	7,91	7,84	7,78	7,72	7,66	7,61	7,34	4,76	3,06
ω, об/сутки	17,0	16,6	16,2	15,8	15,5	15,2	13,8	3,8	1

Из таблицы видно, что при Н = 35870 км спутник будет делать один оборот в сутки, т. е. он будет вращаться синхронно с Землей. Он будет "висеть" над определенной точкой Земли.

Чтобы спутнику покинуть Землю, он должен иметь скорость большую, чем первая космическая скорость:

, (2.55)

где Н – высота, с которой спутник уходит от Земли.

Если спутник стартует с поверхности Земли (Н = 0), то:

. (2.56)

Чем больше Н, тем скорость w меньше. В связи с этим спутник выгоднее запускать с тяжелых спутников Земли, которые вращаются вокруг Земли на расстоянии от нее Н.

Пока спутники запускаются только с космодромов, расположенных в определенных точках Земли и вращаются на орбите, наклоненной под определенным углом к плоскости экватора. Наши российские космодромы Байконур, Плесецк и Свободный слишком удалены от экватора. Поэтому наклонение орбит спутников были не менее 51 градуса.

Американские космодромы находятся ближе к экватору и ближе к океану, куда можно сбрасывать отработанные ступени аппаратов.

"Северность" наших космодромов вынуждает больше тратить топлива при выводе аппаратуры, так как меньше работает эффект вращения Земли. Это приводит к удорожанию запусков спутников. В связи с большими наклонениями орбит наших спутников южные широты Земли нами не могут контролироваться. Там полное господство американцев. Тут можно усмотреть коммерческий и военный аспекты вопроса. С этим Россия мириться не может и поэтому идет поиск выхода из этой ситуации.

Сейчас во всем мире идет борьба за обладание мотором будущего, гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем – ГПВРД. Победитель приобретет мощное оружие и дешевое средство для вывода грузов на низкие орбиты. Конструктивно двигатель ГПВРД представляет собой открытую с двух сторон трубу с сужениями по сечению. С помощью вспомогательного "движка" он разгоняется до большой скорости и воздух в сужении сильно сжимается без всякой турбины. В нужном месте впрыскивается топливо и ГПВРД развивает фантастическую тягу, способную разгонять аппарат до скорости с М = 15 - 35, тогда как даже самые быстроходные ракеты достигают М = 6 – 7.

Аппарату с таким двигателем не нужно с собой возить окислитель (кислород) для горения топлива на малых высотах. Этим он отличается от аппарата с ЖРД.

Горючим в ГПВРД служит экологически чистое топливо – жидкий водород, выхлоп от сгорания которого – водяной пар. Сдерживающим фактором в разработке ГПВРД является отсутствие средств разгона воздуха или самого аппарата в процессе исследований до скорости более М = 10.

А пока НПО "Молния" во главе с его главным конструктором Глебом Лазино-Лазинским предлагает проект МАКС – уникальную систему, способную с малыми затратами осваивать ближний космос. В качестве носителя-разгонщика предлагается использовать самолет Ан-225 (Мрия).

В заключение второй главы приведем схему диапазонов скоростей рассмотренных летательных аппаратов (рис. 2.32)

Рис. 2.32 Диапазоны скоростей летательных аппаратов

Глава 3

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ВЫСОТЫ ПОЛЕТА

3.1. Общие определения

Современный самолет оборудован множеством технических устройств для определения его местоположения, для управления воздушным движением, для решения светотехнических задач, а также для контроля работы силовой установки. В [4] даются общие определения оборудования по назначению.

Комплекс – совокупность информационных систем, вычислительно-програм­миру­ющих средств, систем индикации, сигнализации и управления, предназначенных для совместного выполнения группы задач общего функционального назначения. Примером комплекса может быть информационный комплекс высотно-скоростных параметров (ИКВСП) для самолета Як-42.

Система – совокупность взаимосвязанных изделий авиационной техники, предназначенных для выполнения заданных функций. Характерным примером системы может быть система воздушных сигналов – СВС.

Прибор – устройство, имеющее самостоятельное эксплуатационное значение и обеспечивающее измерение и индикацию одного или нескольких параметров. Характерными примерами являются указатель скорости УС-2, измеряющий и индицирующий (указывающий) значение приборной скорости; указатель угла атаки и перегрузки УАП-5. Показания прибора воспринимаются человеком с помощью органов чувств.

Индикатор – средство отображения информации о количественном или качественном значении информации. Примером количественного индикатора может быть циферблат со шкалой и стрелкой как у прибора УС-2. Примером качественного индикатора может быть индикатор, отображающий информацию по принципу "не более заданного", "не меньше заданного", "находится в пределах заданного". Такая индикация применяется в системе безопасности СПКР. Силуэт самолета на фоне неподвижной шкалы тоже является качественной индикацией.

Сигнализатор – прибор, обеспечивающий отображение о соответствии или несоответствии параметра, системы или объекта требуемому значению или состоянию в виде визуальных, звуковых и тактильных сигналов. Примерами могут быть светосигнализаторы ТС-3, ТС-5, содержащие в своих табло определенные надписи.

Датчик – измерительное устройство для выработки сигнала о текущем значении измеряемого параметра. В отличие от прибора сигналы датчика воздействуют на звенья системы, минуя человека.

Основное оборудование – обязательное оборудование, необходимое для обеспечения основных заданных функций в ожидаемых условиях эксплуатации.

Резервное оборудование – обязательное оборудование, необходимое для обеспечения нормального выполнения ограниченного количества функций с приемлемыми точностными характеристиками при отказе отдельных видов основного оборудования или невозможности его использования. К такому оборудованию на борту гражданского самолета относятся механический указатель скорости УС-2, магнитный компас КИ-13, механический высотомер, механический вариометр. Они применяются на тот случай, когда отказывает по каким-либо причинам экранная основная индикация в системе СЭИ.

Все оборудование самолета по назначению можно классифицировать на следующие группы согласно [4]: пилотажно-навигационное оборудование (ПНО); средства контроля работы силовой установки; радиотехническое оборудование навигации, посадки и УВД; светотехническое оборудование, радиосвязное оборудование, электротехническое оборудование, оборудование внутрикабинной сигнализации.

Пилотажно-навигационное оборудование – это совокупность измерительных, вычислительных и управляющих систем и устройств и систем отображения информации на борту самолета, предназначенных для решения задач пилотирования, навигации и самолетовождения в целом от взлета до посадки и выдачи информации потребителям. К физическим параметрам ПНО относятся: географическая широта; географическая долгота; высота полета; скорость полета; вертикальная скорость; угол курса; угол тангажа; угол крена; угловые скорости вращения самолета вокруг осей x, y, z; линейные ускорения вдоль осей x, y, z.

Для индикации основной информации ПНО на современных самолетах типа Ту-204 устанавливаются комплексные пилотажные индикаторы КПИ для первого и второго пилотов. Количество образцов каждого типа оборудования, каждого типа самолета должно быть минимальным, но достаточным для надежного полета в ожидаемых условиях [4]. Технические требования, нормы и методы испытаний ПНО изложены для гражданских самолетов и вертолетов в приложениях восемь к НЛГС и НЛГВ [5, 7]. Из состава ПНО подробнее рассмотрим измерители скорости полета.