2. Розрахунок розмірів льотного поля і приаеродромної території

2.1. Основи теорії руху літака по аеродрому

Рух літаків по аеродрому в процесі злетів і посадок підпорядковується загальним законам аеродинаміки. Рух літака в любих умовах визначається співвідношенням діючих на нього сил: підйомна сила Y, вага G, сила тяги Т, опір повітря Q, а також інерційний опір – прискорююча або гальмівна сила I, ( в залежності від випадку – розгін чи гальмування літака). Під час руху по аеродрому на літак діє також опір коченню його коліс F.

Рис. 2.1. Сили, які діють на літак, що рухається по аеродрому

При прямолінійному рівномірному горизонтальному русі літака рівняння рівноваги мають такий вигляд:

(2.1)

Підйомна сила літака Y розвивається в результаті дії на рухоме крило зустрічного повітряного потоку і завжди перпендикулярна до напрямку руху. Виникає ця сила від різниці швидкостей обтікання верху і низу крила повітряним потоком; в результаті повітряний тиск над крилом стає меншим, ніж під крилом. Величина підйомної сили при русі виражається формулою:

(2.2)

де ρ=1,23 кг·м^-3 - густина середовища;

V – швидкість руху, м/с;

S –площа крил, ;

Cy – безрозмірний коефіцієнт підйомної сили, що залежить від конфігурації крил і кута атаки – кут зустрічі крила з повітряним потоком.

Підйомна сила змінюється при зміні кута атаки, що відображається на величині коефіцієнта підйомної сили. При збільшенні кутів атаки коефіцієнт підйомної сили збільшується до кутів порядку 12º-18º , а потім швидко знижується. Кут атаки, при якому коефіцієнт підйомної сили досягає максимума, називається посадковим або критичним. Його величина визначає посадкову швидкість літака.

Опір повітря Q руху літака зростає пропорційно квадрату його швидкості і його величина виражається формулою:

(2.3)

де ρ=1,23 кг·м^-3 - густина середовища;

V – швидкість руху, м/с;

S –площа крил, м2;

Сх - безрозмірний коефіцієнт лобового опору літака

Залежність Сх і Cy від кута атаки виражається графіком, що називається полярою Лілієталя. Розраховуючи режим руху літака при злеті, посадці і рулінню, слід виходити із поляри літака, що відповідає умовам руху його по аеродрому. За період руху по аеродрому швидкість літака повинна зрости настільки, щоб підйомна сила Y перевищила вагу літака G.

Прирівнюємо сили Y і G :

(2.4)

З цього виразу знаходимо критичну швидкість літака, при якій він тримається у повітрі:

(2.5)

де G/S – питоме навантаження на крило

Для стійкого управління літаком при злеті необхідна дещо більша швидкість відриву, ніж мінімальна швидкість польоту Vмін. В гвинтодвигунних літаків Vвідр=(1,05-1,1) Vмін , в літаків з турбореактивними двигунами Vвідр=(1,1-1,15) Vмін.

Режим руху літаків по штучній злітно-посадковій смузі і по аеродрому показані на рис.2.2.

Рис.2.2. Етапи руху літака при злеті і посадці:

а – схема злету гвинтодвигунного літака; б - схема злету реактивного літака; в – схема посадки літака

При злеті в процесі розбігу гвинтодвигунний літак з носовим колесом рухаються спочатку на трьох колесах. В зв’язку з малим кутом атаки підйомна сила на цьому етапі розбігу мала. Дійшовши до швидкості, що рівна (0,6-0,75) швидкості відриву, літак відривається від землі. Після цього він прискорює свій рух на малій висоті до злітної швидкості Vзл (розгін). Збільшивши швидкість до 0,9 швидкості підйому (Vyмах), пілот переходить до набору висоти, який рахується закінченим на висоті польоту 25м. Зліт проводять при роботі всіх двигунів на повній потужності.

В літаків з турбореактивними двигунами режими розгону і підйому суміщені.

Таким чином, зліт літака складається з трьох етапів:

а) розбіг – прискорений рух літака по поверхні ЗПС, що закінчується відривом літака:

(2.6) ƒ

де - швидкість відриву літака від ЗПС, м/с ;

- швидкість вітру, м/с;

- коефіцієнт, що враховує зміну тяги двигунів літака в залежності від швидкості на дистанції розбігу;

- відносна тяга двигунів на 1 кг злітної ваги літака ( тягоозброєність літака);

- приведений коефіцієнт тертя;

- ухил поверхні ЗПС на дистанції розбігу літака (+ попутні вітер і ухил, - зустрічні вітер і ухил).

б) витримування або розгін – прямолінійний і прискорений рух літака на малій висоті над землею для досягнення швидкості, що близька до швидкості набору висоти:

(2.7)

де - коефіцієнт, що враховує відношення швидкостей на стадії розбігу і розгону;

- відносний лобовий повітряний опір на стадії розгону.

в) набір висоти - рух по прямолінійній висхідній траєкторії до досягнення висоти 150-200 м, після чого можливий перший розворот літака по курсу або по кругу над аеродромом.

Стадію набору висоти після розгону поділяють на два етапи: набір висоти до 25 м і набір висоти до 150 м, при якій можливий перший розворот.

(2.8)

де - загальний відносний опір руху літака при злеті, що враховує його підйом під кутом до горизонту.

(2.9)

Сучасні літаки звичайно мають граничний кут набору висоти до 9º.

Радіус розвороту літака після досягнення висоти 150 м може бути розрахована по формулі:

(2.10)

де - кут крену при розвороті літака ( звичайно 20º-50º).

При посадці літак спочатку планує з висоти 150-200м з виключеним двигуном. Опустившись до висоти 25-50м, пілот зменшує кут нахилу до горизонту , вирівнює літак, переводячи його в горизонтальний політ – витримування. На цьому етапі швидкість літака падає до посадкової ( ). При швидкості рівній посадковій, підйомна сила стає меншою, ніж вага літака, і він починає парашутувати до контакту із землею. З цього моменту починається останній етап посадки – пробіг, який проходить таким чином. Здійснивши посадку на основні колеса шасі, літак пробігає ще 150-200 м до опускання носового колеса. Після пробігу літаком на трьох опорах ще 50-75 м пілот починає гальмування, зменшуючи швидкість до швидкості руління по аеродрому.

Таким чином, посадка літака складається з таких етапів:

а) планування проходить при мінімальній тязі двигунів на малих обертах і довжина його ділянки з висоти h визначається по формулі:

(2.11)

де - кут планування ( звичайно 4º-8º).

б) вирівнювання досягається пілотом за рахунок переводу літака в горизонтальний політ збільшенням кута атаки і дистанція необхідна для вирівнювання рівна:

(2.12)

де - швидкість на початку вирівнювання;

- швидкість в кінці вирівнювання, що рівна швидкості наступного етапу витримування;

в) витримування – горизонтальний політ літака і його дистанція рівна:

(2.13)

де - обернена аеродинамічна якість літака при кутах атаки на витримування;

г) парашутування – довжина цієї ділянки залежить від висоти парашутування і в порівнянні з довжинами інших етапів настільки незначна, що нею нехтують.

д) пробіг – на початку цього етапу швидкість літака рівна посадковій, що визначається по формулі:

(2.14)

Де =0,9-0,94 - коефіцієнт щільності приземного повітря.

Дистанція пробігу рівна:

(2.15)

де - середній коефіцієнт зчеплення коліс літака з покриттям.