1.2. Характерные режимы набора высоты
Практический интерес представляют режимы, обеспечивающие максимальные значения угла набора высоты и вертикальной скорости (θmax и Vmax).
Наибольший угол наклона траектории имеет место при максимальной избыточной тяге, а это значит, что
или
.
(1.10)
Равенство производных располагаемой и потребной тяг имеет графическую интерпретацию (см. рис. 1.2). Скорость, определяемая равенством углов наклона касательных к потребной и располагаемой тягам, является границей I и II режимов полета. Эта скорость принята за практическую минимальную скорость.
В
этом случае, если располагаемая тяга
не зависит от скорости, т.е.
,
то режим наиболее крутого набора высоты
соответствует наивыгоднейшей скорости.
Для самолета с ТРД θmax имеет место при V Vнв
,
при
этом X
= Pп
min
и
.
Условием, определяющим набор высоты с VY max по уравнению (1.5), является максимальное значение избыточной мощности:
(1.11)
Графически скорость, обеспечивающая набор высоты с максимальной вертикальной скоростью, определяется по равенству углов наклона касательных к кривым потребных и располагаемых мощностей (см. рис. 1.3), но также может быть использована зависимость (Ризб V) = f(V), построенная на базе потребных и располагаемых тяг (см. рис. 1.4). Скорость, соответствующая набору с VY max, получила название наивыгоднейшей скорости набора высоты Vнаб нв . Для летательных аппаратов с различными типами двигателей эта скорость больше практически минимальной:
где
–
аэродинамическое качество самолета
при наборе высоты с VYmax.
1.2. К определению Ризб.Max
Рис. 1.3. К определению Nизб.max
Рис. 1.4. Определение характерных режимов набора высоты
1.3. Влияние высоты на характеристики набора
Оценка влияния высоты на θ, VY и V может быть проведена по кривым потребных и располагаемых тяг (мощностей), построенных для различных высот. Располагаемые тяга и мощность газотурбинных двигателей уменьшаются с ростом высоты, и это приводит к уменьшению избыточных тяг и мощностей. Скорость же набора высоты Vнаб.нв возрастает с увеличением высоты. Зависимость VYmax и Vнаб.нв от высоты полета для самолета с ТРД и ПД показана на
рис. 1.5.
Рис. 1.5. Изменение VYmax и Vнаб.нв по высоте для самолета с ТРД (а) и VYmax для самолета с ПД (б).
На высотах, превышающих границу стратосферы (Н > 11км), вертикальная скорость падает более интенсивно и обусловлено это соответствующим изменением располагаемой тяги на этих высотах. Кроме того, на больших высотах из-за увеличения Vнаб.нв может в значительной степени сказаться влияние сжимаемости, дополнительно снижающее избыток мощности и VYmax..
Высота, на которой вертикальная скорость и угол набора обращаются в нуль, называется теоретическим потолком (см. рис. 1.6. а, б). На этой высоте возможен только установившийся горизонтальный полет со скоростью, равной ее практически минимальному значению. Теоретический потолок дозвуковым самолетом реально не может быть достигнут, так как потребовался бы неограниченно большой промежуток времени для убывания до нуля вертикальной скорости. Поэтому используется понятие практического потолка – высоты, на которой вертикальная скорость достигает наперед заданной величины: у нас в стране принято значение 0,5 м/с.
Подъем самолета с максимальной вертикальной скоростью в гражданской авиации применяется очень редко, так как помимо быстроты и экономичности полета необходимо обеспечивать комфорт пассажиров и простоту управления полетом (по НЛГ при полете у земли вертикальная скорость равна 1,6 м/с, на высоте 3…3,5 км – 2 м/с – для самолета с негерметичной кабиной, где изменение давления за 1с не должно превышать 250 Н/м2 (1,8 мм рт. ст.), а с герметичной кабиной величина вертикальной скорости при поддержании в кабине <<земного>> давления условиями комфорта не ограничивается).