Дальность и продолжительность полета

Дальность и продолжительность полета – одни из важнейших летно-технических характеристик самолета. Дальность полета L_п – это максимальное расстояние, которое может преодолеть самолет, израсходовав определенный запас топлива. Продолжительность полета t_п – промежуток времени, затрачиваемый на достижение дальности полета.

Различают техническую и практическую дальность полета.

Технической дальностью называют максимальную дальность полета самолета в стандартных атмосферных условиях, без ветра при полной заправке самолета топливом и полной его выработке, за исключением невырабатываемого остатка. Наличие невырабатываемого остатка связано с тем, что не все заправленное в баки самолета топливо может быть выработано, что связано с конструктивными особенностями топливной системы. Обычно невырабатываемый остаток топлива составляет 1,5 % от массы заправляемого запаса топлива.

Техническая дальность является важным показателем предельных возможностей самолета. Однако завершение реального полета с пустыми баками является недопустимым по соображениям безопасности, т.к. любое непредвиденное отклонение от маршрута, наличие встречного ветра и т.п. могут привести к тому, что самолет не достигнет аэродрома назначения. Поэтому более реальным показателем является практическая дальность полета.

Практическая дальность – это максимальная дальность полета самолета в стандартных атмосферных условиях, без ветра при полной заправке самолета топливом и полной его выработке, за исключением невырабатываемого остатка, а также заданного заранее аэронавигационного запаса топлива.

Аэронавигационный запас топлива предназначен для компенсации возможных отклонений условий полета от расчетных, а также для ожидания в воздухе в районе аэродрома назначения или достижения запасного аэродрома в случае возникновения особых обстоятельств. Аэронавигационный запас топлива составляет, как правило, 10…15 % от массы заправляемого топлива.

Дальность полета L_п складывается из следующих участков (см. рис. 44):

L_наб – дальность набора высоты;

L_крейс – дальность крейсерского полета;

L_сн – дальность снижения.

Рис. 44. Профиль траектории полета самолета

Крейсерский полет – это основной этап полета, на котором преодолевается большая часть расстояния (до 95 %) между аэродромами вылета и назначения. Крейсерский полет проходит, как правило, с постоянной скоростью на постоянной высоте (или в заданном диапазоне высот – эшелоне). В первом приближении его можно считать установившимся горизонтальным полетом.

При выборе высоты и скорости крейсерского полета стремятся к тому, чтобы минимизировать расход топлива. Различают часовой и километровый расходы топлива. Дальность полета L_крейс вычисляют, используя километровый расход топлива, а продолжительность t_крейс – используя часовой расход топлива:

, (70)

где m_т – расходуемая масса топлива [кг];

q_км – километровый расход топлива [кг/км].

, (71)

где q_ч – часовой расход топлива [кг/ч].

Часовой расход топлива q_ч – расход массы топлива за один час пути. Часовой расход топлива рассчитывается по формуле:

, (72)

где с_уд – удельный часовой расход топлива (расход массы топлива за один час пути на единицу тяги ).

Из формулы (72) видно, что наименьшим часовой расход q_{ч min} будет при минимальной потребной тяге P_{п min} (точка «4» на диаграмме потребных и располагаемых тяг (см. рис. 42)), т.е. на наивыгоднейшей скорости V_нв. Полет при этом согласно формуле (71) будет иметь максимальную продолжительность. Из формулы (64) вытекает, что , поэтому :

. (73)

Часовой расход топлива стремятся минимизировать, если основная задача полета связана не с транспортной операцией, а, например, с патрулированием, когда важна именно продолжительность полета. Если же выполняется перевозка грузов, то при этом важно обеспечить заданную дальность полета. Для этого стараются минимизировать километровый расход.

Километровый расход топлива q_км – расход массы топлива на один километр пути. Километровый расход топлива равен:

, (74)

где V – скорость полета, которая имеет размерность [км/ч].

Из формулы (74) видно, что километровый расход топлива будет минимальным, когда минимально отношение . Ранее при рассмотрении диаграммы потребных и располагаемых тяг (см. рис. 42) мы отметили характерную точку «3», в которой как раз выполняется это условие. Соответствующая этой точке скорость будет скоростью крейсерского полета V_крейс, обеспечивающего максимальную дальность на данной высоте полета при заданном запасе топлива.

Как километровый, так и часовой расходы топлива уменьшаются с увеличением высоты полета. Поэтому в качестве крейсерской высоты полета рекомендуется выбирать высоту практического потолка, если нет других ограничений (например, отсутствие герметичной кабины на самолете). Необходимо отметить, что в процессе полета по мере расходования топлива масса самолета уменьшается, в результате чего постепенно возрастает высота практического потолка. Если самолет будет постоянно лететь на высоте практического потолка, т.е. с небольшим набором высоты, то в этом случае дальность его полета будет больше, чем при горизонтальном полете. Такой способ выполнения крейсерского полета получил название полета по потолкам.