Авиационные приборы и системы (стр. 13 )

Классификация скоростей полета

Согласно нормам НЛГС и сложившейся практике при пилотировании и навигации самолетов различают следующие скорости полета: истинную воздушную, путевую, вертикальную, относительную истинную воздушную скорость (число М), приборную скорость, индикаторную земную скорость, индикаторную скорость [4, 13, 14].

Истинная воздушная vист – это скорость движения самолета относительно воздушной среды.

Путевая скорость w – это горизонтальная составляющая скорости движения самолета относительно Земли (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Навигационный треугольник скоростей: vг – горизонтальная составляющая vист ; vв – скорость ветра (горизонтальная составляющая); w – путевая скорость; γ – истинный курс; ψ – угол сноса; β – путевой угол; δ – направление ветра; ε – угол ветра

Из навигационного треугольника видно, что путевая скорость равна геометрической сумме горизонтальных составляющих vист и скорости ветра vв:

. (3.1)

Вертикальная скорость vН – это вертикальная составляющая скорости движения самолета относительно Земли или скорость изменения истинной высоты

. (3.2)

Относительная истинная воздушная скорость – это скорость истинная, отнесенная к скорости звука при данной температуре. Ее называют числом М (число Маха):

. (3.3)

Приборная скорость – скорость, которую показывает указатель скорости, проградуированный по разности между полным и статическим давлениями воздуха

, (3.4)

где Pп берется с учетом сжимаемости воздуха.

Индикаторная земная скорость – приборная скорость, исправленная на инструментальную погрешность и аэродинамическую поправку:

. (3.5)

Индикаторная скорость – индикаторная земная скорость, исправленная на поправку на сжимаемость, связанную с отличием давления воздуха от стандартного давления на уровне моря:

. (3.6)

Истинная воздушная скорость связана с индикаторной скоростью следующим соотношением:

, (3.7)

где ρН – плотность воздуха на высоте полета Н; ρ0 – плотность воздуха стандартная на уровне моря.

Часто, в технической литературе, не делается различие между приборной и индикаторной скоростями. При теоретических расчетах имеют в виду индикаторную скорость. Приборная (индикаторная) скорость является сугубо пилотажным параметром. Особенно ответственно и часто используется этот параметр на таких режимах движения самолета как разбег, взлет и посадка. На каждом этапе движения самолета нормами НЛГС и ИКАО присваиваются характерные значения приборной скорости, которые должны быть выдержаны из условия обеспечения безопасности. В связи с этим существует стандартная номенклатура скоростей [4]:

- минимальная эволютивная скорость разбега vmin ЭР (vMCG) есть скорость, на которой при внезапном отказе критического двигателя должна обеспечиваться возможность управления самолетом с помощью аэродинамических органов управления для поддержания прямолинейного движения самолета (в скобках приведены обозначения, принятые в ИКАО);

- минимальная эволютивная скорость взлета vmin ЭВ (vMCA) есть скорость, на которой при внезапном отказе критического двигателя должна обеспечиваться возможность управления самолетом с помощью аэродинамических органов управления для поддержания прямолинейного движения самолета;

- минимальная скорость отрыва vmin ОТР (vMU) устанавливается для всех принятых для взлета конфигураций самолета в диапазоне центровок, установленных регламентом летной эксплуатации (РЛЭ). При этом угол атаки не должен превышать допустимое значение αдоп;

- vОТК (vEF) – скорость в момент отказа двигателя;

- скорость принятия решения v1 – это скорость разбега самолета, на которой возможно как безопасное прекращение, так и безопасное продолжение взлета. Величина этой скорости устанавливается в РЛЭ и должна удовлетворять следующим условиям: v1 ≥ vminЭР; v1 ≤ vп. ст;

- скорость в момент подъема передней стойки шасси vп. ст – скорость начала отклонения штурвала в направлении "на себя" для увеличения угла тангажа на разбеге;

- безопасная скорость взлета v2 должна быть не менее чем: 1,2vС1 при взлетной конфигурации; 1,1vminЭВ; 1,08vαдоп тоже при взлетной конфигурации;

- скорость отрыва vОТР (vLOF) – скорость самолета в момент отрыва основных его стоек шасси от поверхности ВПП по окончании разбега при взлете;

- скорость в момент начала уборки механизации на взлете v3;

- скорость при полетной конфигурации на взлете v4. Она должна быть не менее чем 1,3vС1 и 1,2vminЭВ;

- минимальная эволютивная скорость захода на посадку vminЭП (vMCL) – скорость, на которой при внезапном отказе критического двигателя должна обеспечиваться возможность управления самолетом с помощью только аэродинамических органов управления;

- максимальная скорость захода на посадку vЗП max;

- скорость захода на посадку vЗП max (vREF);

- vC (vS) – скорость сваливания, минимальная скорость самолета при торможении до угла атаки αпред;

- vС1 (vS1) – скорость сваливания самолета при работе двигателей в режиме малого газа;

- vαдоп (vСy доп) скорость при допустимом угле атаки при ny = 1;

- vmaxЭ – максимальная эксплуатационная скорость. Эту скорость пилот в нормальной эксплуатации не должен преднамеренно превышать при всех режимах полета;

- vmax max – расчетная предельная скорость. Она устанавливается исходя из возможности непреднамеренного ее превышения. vmax max - vmax ≥ 50 км/ч. При превышении этой скорости не исключается катастрофическая особая ситуация.

3.2. Прибор для измерения индикаторной (приборной) скорости

Указатель приборной скорости применяется в качестве пилотажного прибора для измерения аэродинамических сил, действующих на самолет в полете. Известно (2.18), что аэродинамическая подъемная сила определяется формулой

.

При увеличении угла атаки α подъемная сила увеличивается вплоть до его предельного значения. Чем больше угол атаки, тем меньше необходима скорость для удержания самолета в воздухе. Как следует из параграфа 3.1 каждому режиму полета соответствует определенное минимальное значение скорости, при котором самолет еще может держаться в воздухе. Например, условием горизонтального полета является равенство веса самолета и подъемной силы

,

где G – вес самолета. Отсюда находим скорость горизонтального полета

.

Указатель приборной скорости является одним из важнейших пилотажных приборов, он дает летчику возможность предотвратить падение самолета на малых скоростях и разрушение его на больших скоростях из-за чрезмерно больших аэродинамических сил. По физическому смыслу указатель приборной скорости измеряет не скорость, а разность между полным и статическим давлениями (3.4), или скоростной напор встречного воздуха, который зависит и от скорости, и от плотности воздуха. Поскольку летчику привычнее и легче запомнить характерные значения скорости, а не давления скоростного напора, то указатель тарируется в единицах скорости.

По определению (3.4) индикаторная (приборная) скорость основана на манометрическом методе, то есть на измерении разности между полным и статическим давлением [13 ‑ 14].

Рис. 3.2. Цилиндрическое тело в потоке воздуха

Зависимость между скоростью, полным и статическим давлениями определяется с помощью уравнения Бернулли, применяемого к воздушному потоку, воспринимаемому приемником воздушного давления (рис. 3.2). В критической точке 2 скорость воздуха падает до нуля. Напишем это уравнение, не углубляясь в вывод его [14], для случая несжимаемого воздуха:

, (3.8)

где v1 и v2 – скорость потока в сечениях 1 и 2 в м/с; P1 и P2 – давления воздуха в сечениях 1 и 2 в кг/м2; ρ1 и ρ2 – плотность воздуха в сечениях 1 и 2 в кг с2/м4.

Так как сечение 1 взято в невозмущенной среде, то скорость v1 равна истинной воздушной скорости vист, давление P1 равно статическому давлению Pст. Давление P2 в точке полного торможения равно полному давлению Pп, так как в этой точке скорость v2 равна нулю. Учитывая, что для несжимаемой среды ρ1 = ρ2 = ρ, после соответствующей замены в уравнении (3.8), получим

(3.9)