Аспекты в расчете движения сверхлегких летательных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аэрокосмический институт ОГУ, г. Оренбург

Аспекты в расчете движения сверхлегких летательных аппаратов

Снегирева И.В.

Зинзер А.Е.

Горбунов А.А.

В настоящее время большое внимание уделяется перспективе использования сверхлегких летательных аппаратов в гражданских областях и производстве, что обусловлено:

- сравнительно невысокой стоимостью,

- низкими эксплуатационными затратами,

- хорошими взлетно-посадочными характеристиками, высокой мобильностью, технологичностью, ремонтопригодностью,

- высоким уровнем безопасности и возможностью выполнять воздушные работы, которые обычно убыточны или нерентабельны при применении других типов летательных аппаратов.

При использовании СЛА ставятся и решаются следующие технико-экономические задачи.

- Задачи оптимизации технических критериев полета: снижения расхода топлива, оптимизации времени полета, максимальной дальности, максимальной продолжительности полета, и др.

- Задачи оптимизации экономических критериев, обеспечивающих рост общей экономической эффективности (снижение эксплуатационных расходов и себестоимости летного часа).

- Задачи управления полетом летательного аппарата с целью обеспечения нормального и безопасного режима полета в соответствии с требуемой производственной функцией.

- Задачи обеспечения надежности и безопасности. Ввиду особого характера деятельности авиации, требования к надежности и безопасности полета являются первостепенными.

В связи с указанными задачами возникает необходимость в планировании маршрута полета и формировании траектории сверхлегкого летательного аппарата при выполнении пространственного маневра.

Планирование маршрута полета и формирование траектории сверхлегкого летательного аппарата при выполнении пространственного маневра пригодно для оптимизации маневров СЛА с целью повышения общей эффективности выполнения воздушных работ. Типичными маневрами (прямолинейного и криволинейного) движения являются:

- набор высоты СЛА;

- развороты.

Летно-технические данные СЛА определяют диапазоном скоростей, высот полета, дальностью, продолжительностью, скороподъемностью, потолком и т.д. Большинство из них связано с наиболее простым видом движения - прямолинейным (горизонтальным или наклонным) полетом.

На СЛА действуют три силы: полная аэродинамическая сила R, сила тяги двигателя Р и сила тяжести G. Вместо полной аэродинамической силы часто рассматривают ее проекции на оси скоростной системы координат: подъемную силу Y и лобовое сопротивление Х.

Для обеспечения прямолинейного горизонтального полета на постоянной высоте подъемная сила должна уравновешивать силу тяжести Y=G, а чтобы полет был установившимся - составляющая тяги должна уравновешивать лобовое сопротивление Р=Х (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема действующих сил на сверхлегкий летательный аппарат в полете

Если тяга окажется больше лобового сопротивления, то полет будет происходить с разгоном (увеличением скорости), а если тяга меньше лобового сопротивления, то СЛА будет уменьшать скорость (тормозить).

Таким образом, изменение скорости полета зависит только от соотношения двух сил: тяги двигателя и лобового сопротивления, а действующие на СЛА силы зависят от скорости и высоты полета, поэтому для выполнения приведенных выше условий летчик должен определенным образом изменять угол атаки Сy (коэффициент подъемной силы) и тягу двигателя, действуя ручкой управления и сектором газа. Зависимость Cy (V) находится из условия

. (1)

Отсюда

, (2)

где V - скорость в м/с, G - вес сверхлегкого летательного аппарата, S - площадь крыла, p - массовая плотность.

В формуле (2) коэффициент подъемной силы выражается через истинную воздушную скорость V в м/с, которая используется летчиком в целях вождения СЛА [1, 2].

Наиболее распространенным методом измерения воздушной скорости полета является аэродинамический, основанный на замере давления встречного потока воздуха - скоростного напора. Величина скоростного напора определяется скоростью движения тела и плотностью воздуха:

, (3)

где q - скоростной напор, p - массовая плотность воздуха, V - воздушная скорость.

Отсюда воздушная скорость

. (4)

Прямолинейный наклонный полет отличается от горизонтального тем, что угол наклона траектории равен не нулю, а некоторому постоянному значению. К действующим силам добавляется составляющая силы тяжести G, которая при наборе высоты направлена назад (в сторону лобового сопротивления), что приводит к снижению скорости СЛА, а при снижении - вперед, при необходимости разогнать СЛА. В данном режиме учитывается изменение полной массы СЛА в полете и сложный характер зависимости удельного расхода топлива силовой установки от режима полета.

Планированием динамики полета является определение траектории и управлений, обеспечивающих перевод сверхлегкого летательного аппарата из заданной начальной точки в заданную конечную точку (дальность полета) в пространстве с учетом характеристик аппарата [3]. Различают техническую (максимальное расстояние полета в стандартных атмосферных условиях) и практическую дальность полета (отклонения действительных характеристик расхода топлива, допуски на регулировку двигателя и не вырабатываемое количество топлива).

Дальность полета СЛА складывается из горизонтальных участков набора высоты (L_наб.в.), горизонтального полета по маршруту (L_г.п.) и слижения (L_сн.) (рисунок 2). С дальностью также определяют практическую продолжительность полета (Т-время от момента взлета до полной остановки после пробега).

Рисунок 2. Траектория сверхлегкого летательного аппарата на дальность

В отличии от прямолинейного движения СЛА в криволинейном движении СЛА действует внешняя неуравновешенная (центростремительная) сила. Она вызывает искривление траектории полета в сторону своего действия.

В данной траектории полета СЛА действуют сила тяжести G, сила тяги винта Р и полная аэродинамическая сила R. Особенностью действия силы тяжести является то, что она может искривлять траекторию движения, не нагружая конструкцию. Если при этом силы Р и R взаимно уравновешены (равны и противоположно направлены), то движение аналогично полету в условиях невесомости. Пилот не ощущает реакции СЛА [4].

Из выше сказанного следует, что основными критериями эффективности выполнения маневров и изучения динамики полета сверхлегких летательных аппаратов являются:

- безопасность;

- экономичность выполнения полетов;

- снижение общей себестоимости воздушных работ;

- быстродействие;

- минимизация времени полета и расхода топлива.

Список литературы

летательный аппарат сверхлегкий

1. Азарьев, И.А. Практическая аэродинамика дельтаплана: Справочник / И.А. Азарьев, Д.С. Горшенин, В.И. Силков - Москва: Машиностроение, 1992. - 288 с.

2. Осташов, В.Г. Дельтапланеризм / В.Г. Осташов - Новосибирск: Наука, 1983. - 512 с.

3. Свищев, Г.П. Авиация: Энциклопедия / Г.П. Свищев - Москва: «Большая Российская Энциклопедия» - ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, 1994. -736 с.

4. Остославский, И.В. Динамика полета (траектории летательных аппаратов) / И.В. Остославский, И.В. Стражева. - М.: Машиностроение, 1969. - 499 с.

Размещено на Allbest.ru