Набор высоты

 

  Характеристики набора высоты напрямую зависят от потенциальной энергии ЛА, которая возникает благодаря одному из двух факторов (или их сочетанию). Первый фактор — это использование избыточной мощности, превышающей потребляемую при горизонтальном полёте. ЛА, оснащённый двигателем мощностью 200 л. с. (на определённой высоте), но использующий для поддержания горизонтального полёта (с определённой скоростью) только 130 л. е., имеет запас в 70 л. е., необходимый для набора высоты. Вторым фактором является возможность превращения кинетической энергии ЛА в потенциальную, что происходит при падении скорости. Снижение воздушной скорости увеличивает потенциальную энергию ЛА, заставляя его набирать высоту.

Оба термина — «мощность» и «тяга» — часто используются при описании ЛТХ, но их не следует путать. Хотя они часто используются как взаимозаменяемые, ошибочно полагать, что это синонимы; важно понимать разницу между ними (например, при обсуждении характеристик набора высоты ЛА).

Работой называется результат воздействия силы, перемещающей тело на определённое расстояние. Работа обычно зависит от времени. Работа чаще всего измеряется в джоулях (Дж) или фунтофутах. При поднятии тела массой 1 кг на высоту 1 м совершается работа в 1 Дж.

Механическая мощность чаще всего измеряется в лошадиных силах. Одна лошадиная сила равна работе, совершаемой при перемещении груза массой 33 тыс. фунтов (чуть менее 15 т) в вертикальном направлении на расстояние в 1 фут (30,5 см) за 1 минуту.

Термин «мощность» указывает на скорость совершения работы или количество единиц работы, совершённых в единицу времени, и поэтому является функцией скорости, с которой растёт сила. Тяга, также представляющая собой функцию работы, означает силу, которая сообщает телу определённую скорость. Эта сила измеряется в Ньютонах (Н) или в килограммах силы (кгс) и никак не зависит ни от времени, ни от скорости.

Таким образом, можно сказать, что во время установившегося набора высоты скорость набора высоты (скороподъёмность) является функцией избытка тяги. Это означает, что при заданном весе ЛА угол кабрирования зависит от разницы между тягой и лобовым сопротивлением, или от избытка мощности. Конечно, когда избыток мощности равен нулю, наклон траектории полёта также равен нулю, и ЛА находится в режиме установившегося горизонтального полёта. Когда тяга превышает лобовое сопротивление, избыток тяги позволяет набирать высоту под углом, зависящим от величины этого избытка. С другой стороны, когда тяга меньше, чем лобовое сопротивление, недостаток тяги вызовет снижение.

Параметры набора высоты имеют важнейшее значение при определении высоты пролёта над препятствиями. Самой распространённой ситуацией, в которой используются параметры набора высоты, является пролёт над препятствиями при взлёте с короткой взлётно-посадочной полосы или с неподготовленного аэродрома.

Максимальный угол кабрирования достигается при максимуме разности между значениями предельной и потребной тяги; иными словами, для самолётов с воздушным винтом максимальные величины избытка тяги и угла кабрирования приходятся на одно и то же значение воздушной скорости — немного большее, чем скорость сваливания. Следовательно, если сразу после взлёта необходимо пролететь над препятствием, самолёт с воздушным винтом достигнет максимального угла кабрирования при скорости, близкой к скорости отрыва или равной ей.

Из всех характеристик набора высоты наибольший интерес представляют факторы, влияющие на скороподъёмность. Вертикальная скорость ЛА зависит от его воздушной скорости и наклона траектории полёта. Фактически, скороподъёмность является вертикальной составляющей воздушной скорости ЛА.

Максимальная скороподъёмность достигается при максимуме разности между значениями предельной и потребляемой мощности. Указанное соотношение означает, что при заданном весе ЛА скороподъёмность зависит от разности между значениями предельной и потребляемой мощности (избытка мощности). Разумеется, когда избыток мощности равен нулю, скороподъёмность также равна нулю и ЛА находится в режиме установившегося горизонтального полёта. Когда предельная мощность больше необходимой, её избыток обеспечивает скороподъёмность, прямо пропорциональную избытку мощности.

При установившемся наборе высоты скороподъёмность зависит от избытка мощности, в то время как угол кабрирования есть функция избытка тяги.

Характеристики набора высоты конкретного ЛА зависят от определённых факторов. Максимальные значения угла кабрирования или скороподъёмности достигаются на определённых скоростях, и изменения скорости вызывают изменения параметров набора высоты. Для большинства ЛА существует достаточно широкий диапазон значений воздушной скорости, при которых характеристики набора высоты остаются практически неизменными. Это важно, поскольку в определённых условиях может потребоваться, чтобы скорость несколько отличалась от оптимальной. Параметры набора высоты приобретают особое значение при большом полётном весе, на больших высотах полёта, в условиях затруднённого взлёта или при неисправностях двигателя. В этих ситуациях необходима оптимальная скороподъёмность.

Вес ЛА оказывает существенное влияние на его лётно-технические характеристики. Если вес ЛА возрастает, для сохранения заданных высоты и скорости полёта ему необходим больший угол атаки (УА). При этом возрастает индуктивное сопротивление крыльев, а также паразитное сопротивление ЛА. Рост лобового сопротивления требует увеличения тяги для его преодоления, а это, в свою очередь, уменьшает резерв тяги, обеспечивающий набор высоты. Из-за того, что вес оказывает настолько существенное влияние на лётно-технические характеристики, авиаконструкторы стремятся любым способом облегчить проектируемые ЛА.

Изменение веса ЛА влияет на характеристики набора высоты двояким образом. Во-первых, при изменении веса меняются лобовое сопротивление и необходимая мощность. Это отражается на доступном резерве мощности, что, в свою очередь, сказывается на угле кабрирования и скороподъёмности. Во-вторых, повышение веса снижает предельную скороподъёмность, но требует эксплуатации ЛА в режимах более высоких скоростей набора высоты (для снижения пиковых значений скороподъёмности).

Увеличение высоты полёта также повышает необходимую мощность и снижает её доступный резерв. Таким образом, с увеличением высоты полёта ЛА характеристики набора высоты ухудшаются. Воздушные скорости, соответствующие максимумам скороподъёмности и угла кабрирования, а также максимальные и минимальные значения воздушной скорости горизонтального полёта меняются в зависимости от высоты полёта. При увеличении высоты эти скорости постепенно сближаются и становятся равными друг другу в точке, называемой абсолютным потолком ЛА. На уровне абсолютного потолка резерв мощности отсутствует и возможен только установившийся горизонтальный полёт. Следовательно, на высоте абсолютного потолка ЛА его скороподъёмность равна нулю. Практический потолок ЛА — это высота, на которой его скороподъёмность не может превышать 100 футов в минуту (0,508 м/с или 1,83 км/ч). Обычно значения этих контрольных величин привязываются к той или иной проектной конфигурации ЛА.

При обсуждении вопросов ЛТХ бывает удобно использовать такие понятия, как удельная нагрузка на мощность и нагрузка на крыло, лопасть и диск несущего винта. Удельная нагрузка на мощность измеряется в килограммах (или фунтах) на л.с. и равна суммарному весу ЛА, делённому на номинальную мощность двигателя. Она существенным образом влияет на параметры взлёта и набора высоты ЛА. Нагрузка на крыло измеряется в кг/м2 или фунтах на квадратный фут и равна суммарному весу самолёта, делённому на площадь его крыльев (включая элероны). От нагрузки на крыло конкретного самолёта зависит его посадочная скорость. Нагрузка на лопасть также измеряется в кг/м2 или фунтах на квадратный фут и равна суммарному весу вертолёта, делённому на площадь лопастей его несущего винта. Нагрузку на лопасть не следует путать с нагрузкой на диск несущего винта, которая равна суммарному весу вертолёта, делённому на площадь диска, ометаемого его несущим винтом.

Источник: http://hapsida.ru/ltharacteristiki/9-020