Набор высоты

Режимом набора высоты называется установившееся равномерное прямолинейное движение самолета вверх по траектории, наклонной к горизонту.

В наборе высоты так же, как в горизонтальном полете, силы, действующие на самолет, условно приложены в центре масс.

Рис. 4.5. Схема сил, действующих на самолет при подъеме

Равномерное прямолинейное движение возможно только при равновесии сил, действующих на самолет. Поэтому условия установившегося набора высоты имеют следующий вид:

Y =mg cos — условие прямолинейности полёта.(1)

P=X +mg sin —условие равномерности полёта. (2)

Y _нв < Y _гп, так как уравновешивает только часть веса mgcos .

Тяга в наборе высоты больше тяги горизонтального полёта на величину избытка тяги

.

Скорость набора высоты V выражается формулой:

Характеристикой маневренности при наборе высоты является угол наклона траектории . Из формулы видно, что угол зависит от массы самолета и избытка тяги.

sin

Современные истребители могут производить набор высоты при > 50 . Для самолетов ГА углы набора высоты не превышают 6…8 .

Одной из важнейших лётных характеристик самолёта является вертикальная скорость набора высоты V_y. Численно V_y равна высоте, набранной самолетом за 1сек.

Рис. 4.6.К выводу формулы вертикальной скорости Vy

Из треугольника скоростей V_y=V sin .

Выведем зависимость V_y от избытка тяги Δ P. Для этого все члены уравнения 2 умножим на V:

P=X+ mg sinθ |V

Произведение Δ PV называется избытком мощности (Δ N). Для самолетов с ТВД

При увеличении высоты полета изменяется избыток мощности и поэтому изменяется вертикальная скорость V_y.

Таким образом, вертикальная скорость создается за счет избытка тяги (мощности), который определяет режим движения самолета: в горизонтальном полете =0, при наборе высоты > 0, при снижении < 0.

Для того, чтобы определить V_ymax, необходимо построить вспомогательный график V_y (V), пользуясь совмещенным графиком потребной и располагаемой тяг.

Задаваясь скоростями полета, для каждой скорости из графика Р_потр, Р_расп(V) снимаем значение избытка тяги и по формуле V_y= определяем значения V_y для каждой из заданных скоростей и высот полета. На основании полученных данных строим графики зависимости V_y(V) для каждой высоты (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Зависимость располагаемой
вертикальной скорости от скорости набора высоты

Снимая с графика полученные значения V_ymax, можно построить график зависимости V_ymax(Н) (рис.4.8).

По этому графику определяются «потолки» самолета.

Высота, на которой V_ymax=0, называется теоретическим или статическим потолком. Она представляет собой предел, к которому самолет, выполняя режим набора высоты, приближается, но достичь не может,
т. к. вблизи потолка V_y стремится к нулю, следовательно, время набора высоты t стремится к бесконечности (t= ).

Высота, на которой V_ymax=0, 5 м\с (5м\с для сверхзвуковых самолетов), называется практическим потолком самолета.

Практический потолок современных пассажирских самолетов соответствует высотам Н=8000…13000м,
а время его набора t=20…60мин.

Выше линии теоретического потолка лежит область динамических высот.

Динамическим потолком называется максимальная высота, которую может достичь самолет в неустановившемся управляемом полете за счет израсходования своей кинетической энергии.

Одной из важных характеристик набора высоты является скороподъемность. Это время набора самолетом любой заданной высоты. Определяется скороподъемность методом графического интегрирования графика V_ymax (Н). Для этого весь диапазон высот от 0 до Н_пр разбивается на прямолинейные участки, для каждого участка определяются величины Н и V_yср и по формуле

t= =

определяется скороподъемность самолета.

Результаты расчета сводятся в таблицу:

Высота Н. м
Н= Hi – Hi-1
t, мин
t=∑ t, мин

По данным таблицы строится график зависимости времени подъема от высоты, который называется барограммой набора высоты (рис. 4.8.).

Рис.4.8. Максимальные вертикальные cкорости и скороподъемность для самолета с различными взлетными массами (m < m < m )

Если на этом графике провести горизонтальную линию, соответствующую теоретическому потолку, то можно увидеть, что барограмма набора высоты асимптотически приближается к этой линии, не пересекая ее, т.е. время достижения самолетом теоретического потолка равно бесконечности.

Поляра скоростей режима набора высоты представляет собой кривую, огибающую концы векторов V_наб. Каждая точка поляры соответствует определенному углу атаки.

Для удобства поляру переносят в прямоугольную систему координат с сеткой углов (рис.4.9, а).

Рис. 4.9.Поляра скоростей при наборе высоты

С помощью поляры скоростей можно по известной скорости V_наб определить и , а также скорости V_x и V_y. Для этого из начала координат проводится дуга, радиус которой в масштабе равен V_наб. Точка пересечения этой дуги с полярой скоростей соответствует углу атаки, на котором производится полет. Проекция вектора скорости V_наб на ось абсцисс представляет ее горизонтальную составляющую V_x, а проекция на ось ординат – вертикальную скорость набора высоты V_y. Масштаб для V_x и V_y берется одинаковым. Угол определяется графически.

На поляре скоростей характерными являются следующие точки (рис. 4.9, б):

1 – точка пересечения поляры с осью абсцисс соответствует горизонтальному полету на скорости V_max
( =0; V_y=0; =0);

2 – точка касания поляры с прямой, параллельной оси абсцисс, соответствует режиму максимальной скороподъемности (V_ymax);

3 – точка касания поляры с прямой, проведенной из начала координат, соответствует режиму наиболее крутого подъема ( ).