СКОРОСТЬ И ВЫСОТА ПОЛЕТА
Знание скорости и высоты полета необходимо для пилотирования и вертолетовождения: по скорости при пилотировании определяются элементы маневра, по высоте — выдерживается заданный эшелон. При решении задач навигации по скорости определяется время полета вертолета из одной точки в другую, по высоте — данные для прицеливания, безопасность от столкновения с препятствиями и земной поверхностью.
§ 1. Скорость полета, методы ее измерения
В вертолетовождении различают скорости воздушную, путевую и вертикальную. Скорость перемещения вертолета относительно воздушной среды называется истинной воздушной скоростью Гист. Вертолет приобретает эту скорость за счет тяги несущего винта. Ее величина зависит от аэродинамических качеств вертолета, его полетной массы и плотности воздуха. Она используется в расчетах для целей вертолетовождения.
На вертолетах воздушная скорость измеряется с помощью пилотажного прибора указателя скорости УС-250, -350, -450. Показания прибора принято обозначать Упр, они не всегда совпадают со значением истинной воздушной скорости. При пилотировании на основании этих показаний выдерживается заданный режим полета, выполняются элементы маневра.
Известно, что воздушная среда перемещается относительно земли со скоростью ветра, увлекая летящий вертолет. Из-за влияния ветра его скорость относительно земли не будет совпадать со значением истинной воздушной скорости. Скорость перемещения вертолета относительно земной поверхности называется путевой скоростью W. Она зависит от истинной воздушной скорости, направления и скорости ветра. Путевая скорость измеряется специальными устройствами или рассчитывается. Воздушная и путевая скорости измеряются в километрах в час.
Скорость набора высоты и снижения называется вертикальной скоростью VB, измеряется она в метрах в секунду.
Скорость — величина векторная. В вертолетовождении принята считать, что вектор воздушной скорости совпадает с продольной осью вертолета и лежит в горизонтальной плоскости, при этом не учитывается их расхождение на угол атаки и скольжения. Не рассматривается возможность вертолета перемещаться в стороны и назад. Измерение воздушной скорости осуществляется аэродинамическим методом.
Аэродинамический метод измерения воздушной скорости основан на замере скоростного напора воздуха q — разности полного — давления набегающего потока воздуха ри и статического рст, воспринимаемых приемником воздушных давлений (ПВД). Полное давление поступает в манометрическую коробку, а статическое — в герметический корпус указателя скорости (рис. 3.1). Так как Рп>Рст, манометрическая коробка расширяется пропорционально величине скоростного напора на высоте полета, который связан со скоростью (У) отношением q = рн1/2/2, где ря—массовая плотность воздуха на высоте полета. Расширение передается на стрелку указателя скорости, шкала которого проградуирована в километрах в час. Таким образом, воздушная скорость определяется путем замера скоростного напора.
Из формулы видно, что скоростной напор зависит не только от скорости, но и от плотности воздуха на высоте полета Н. Согласно уравнению состояния газов ря = Ря/£Я7я, т. е. плотность воздуха в свою очередь зависит от величины статического давления (Рн= Рст)» ускорения свободного падения (g), газовой постоянной R и абсолютной температуры воздуха Тн на высоте измерения скорости. Шкала указателя скорости градуируется для стандарт
ных условий — учета плотности воздуха ро — на уровне 760 мм рт. ст. при абсолютной температуре воздуха Г0 = 288 К.
Если значение плотности воздуха подставить в формулу скоростного напора и решить ее относительно V, можно определить воздушную скорость:
(3.1)
Известно, что с подъемом на высоту плотность воздуха уменьшается (падает давление и изменяется температура), показания прибора на высоте будут занижены, т. е. УПр<Уист. Несовпадение значений показания прибора с истинной воздушной скоростью с точки зрения пилотирования не является недостатком, так как это показание позволяет судить о величине подъемной силы, выдерживать режимы полета. Чтобы получить значение истинной воздушной скорости на высоте полета, зная показание прибора, следует учесть изменение плотности воздуха. Учет производится летчиком на НЛ-10М.
Здесь рассмотрен принцип измерения воздушной скорости в условиях, когда воздух перед ПВД не сжимается, что наблюдается до скорости 400 км/ч. Далее приходится учитывать сжимаемость воздуха.
Указателям воздушной скорости, использующим аэродинамический метод, присущи погрешности: методические (на изменение плотности воздуха, а при У>400 км/ч — и его сжимаемости), аэродинамические и инструментальные.
Методическая погрешность на изменение плотности воздуха ДУпл возникает вследствие отклонения фактического давления и температуры воздуха от принятых в расчет при тарировке шкалы указателя. Учитывается она по высоте полета и температуре воздуха на высоте.
Значение температуры воздуха на высоте полета отсчитывается |С термометра наружного воздуха. При расчете скорости на земле она определяется по фактической температуре у земли to и вертикальному градиенту температуры по формуле tH = to — trpH (используется закономерность понижения температуры воздуха на каждые 1000 м высоты в среднем на 6,5°С).
На самолетах, летающих на скоростях более 400 км/ч, устанавливаются комбинированные указатели скорости (КУС), в которых изменение статического давления с высотой учитывается прибором с помощью блока анероидных коробок, что позволяет с помощью второй стрелки (тонкой) в одном приборе получить кроме приборной скорости значение скорости полета, близкое к истинной.
На скоростях более 400 км/ч воздух перед ПВД сжимается и прибор завышает показания. Погрешность за сжимаемость AVcm
на вертолетах не учитывается, так как они летают на меньших скоростях.
Аэродинамическая погрешность — AVa возникает вследствие искажения воздушного потока, обтекающего ПВД, и неточного измерения статического давления воздуха. У вертолетов эта погрешность невелика, зависит от скорости полета и для различных типов вертолетов различна. Определяется она при летных испытаниях, ее значение указывается в инструкции экипажу.
Инструментальная погрешность А УИнстр возникает вследствие изменения упругих свойств чувствительного элемента, износа деталей, несовершенства изготовления прибора. Определяется эта погрешность путем проверки в лаборатории. Для удоб-
Рис. 3.2. График суммарных поправок к указателю скорости |
ства учета она сводится с АУа в суммарную поправку (АУСум), последняя в виде графика (рис. 3.2) размещается в кабине вертолета и используется при пилотировании и вертолетовождении.