Скорость и тяга, потребные для горизонтального полета

Схема сил, действующих на самолет в горизонтальном полете, изображена на рис. 14.

Если все силы приложены в одной точке (центре масс самоле­та—-точке 0), то для осуществления горизонтального полета подъ­емная сила должна уравновешивать вес самолета, а тяга силовой установки —лобовое сопротивление самолета

Y=CySrV²/2=G (3.1.)

X=CxSrV²/2=Pг.п. (3.2.)

Скорость, потребная для горизонтального полета Vг.п, обеспе­чивает создание подъемной силы, равной полетному весу самолета. Величину потребной скорости можно определить из условия гори­зонтального полета (3.1). Решив это уравнение относительно Vг.п; получим выражение скорости, потребной для горизонтального по­лета

Vгп=Ö2G/(CyrS)

Тяга, потребная для горизонтального полета Ргп, определяется из условия Х=Рг.п. Разделив почленно уравнение (3.1) на (3.2), получим У/Х=G/Рг.п=К. Из этого выражения следует, что тяга потребная для горизонтального полета Рг.п= G/К..

Как видно из формулы, величины скорости и тяги, потребных для горизонтального полета, зависят от веса самолета, угла атаки и высоты полета. Рассмотрим их зависимость от угла атаки.

1. При увеличении угла атаки самолета до критического (aкр=20°) коэффициент аэродинамической подъемной силы Су возрастает. Для сохранения подъемной силы, равной полетному весу самолета, скорость необходимо уменьшить. При критическом угле атаки коэффициент Сумах=1,42 и скорость, потребная для гори­зонтального полета, будет минимальной.

Вычислим Vг.п min для полетного веса самолета 160000 кгс при полете на высоте, равной нулю:

Vгп=Ö2×160000/( 1,42×0,125×300)=72,6 м/с»280 км/ч,

2. При увеличении угла атаки до наивыгоднейшего аэродина­мическое качество увеличивается, а потребная тяга уменьшается.

При aнв=7,5°,Кмах=15,5 потребная тяга минимальная.

Если полетный вес самолета 160000 кгс, то Pгп min=10300 кгс, при этом наивыгоднейшая скорость полета у земли будет 124 м/с или 448 км/ч.

При увеличении угла атаки больше aнв вследствие уменьшения аэродинамического качества самолета потребная тяга увеличи­вается.

Если горизонтальный полет происходит на скоростях, которым соответствует число М>0,4, то вследствие сжимаемости воздуха коэффициенты Су и Сх увеличиваются, а аэродинамическое качест­во несколько уменьшается. Уменьшение аэродинамического качест­ва вызывает увеличение потребной тяги, а увеличение Су умень­шение потребной скорости на каждом угле атаки.

Для вычисления Pгп в этом случае необходимо иметь поляры режимов горизонтального полета. Для построения поляр режимов горизонтального полета берутся поляры для различных чисел М (см. рис. 5); в этой системе координат наносятся кривые, которые показывают для каждого значения Су (угла атаки) величину Сх с учетом сжимаемости воздуха. Эти кривые носят название поляр горизонтального полета (полетные поляры). Выполняя горизон­тальный полет при больших числах М на заданной высоте, самолет как бы переходит с поляры одного числа М на поляру другого чис­ла М.

Для построения поляры горизонтального полета самолета для заданного веса и высоты задаемся теми числами М, для которых построены кривые Сy=f(a) и поляры Су=f(Сх) (см. рис. 5). Из условия горизонтального полета

Y = Cy SrV²/2=CySrM²a²/2=G

вычисляем коэффициент Сугп, потребный для горизонтального полета для каждого числа М Сугп=2G/(СуSrМ²а²). На полярах для различных чисел М откладываем вычисленные значения Су на оси Су и проводим горизонталь до поляры того числа М, которому со­ответствует этот Су. Соединив эти точки на всех полярах, получим поляру горизонтального полета для заданного веса и высоты. Та­кие построения выполняются для ряда высот или полетных весов (см. рис. 5).

Таким образом, поляра горизонтального полета позволяет для каждого Сугп определить значение Схгп с учетом сжимаемости воздуха при различных числах М. Влияние сжимаемости на вели­чину Схг.п проявляется при тех значениях Суг.п, при которых по­ляра горизонтального полета отклоняется от поляры для малых чисел М (М<0,4).

Для определения тяги, потребной для горизонтального полета, необходимо определить Суг.п для заданной скорости (числа М), по Суг.п на поляре горизонтального полета найти Схг.п, соответст­вующий числу М; по Сугп и Схгп найти аэродинамическое качест­во, а по весу самолета и качеству—Ргп=G/К.

Таким методом можно вычислить скорость и тягу, потребных для горизонтального полета при любом значении коэффициента Суг.п (любом числе М) и высоте полета. По значениям Vг.п и Ргп можно построить кривые потребных тяг для заданного веса само­лета и высоты полета. Следует помнить, что каждому полетному весу самолета и высоте соответствует поляра горизонтального по­лета.