ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. НАИВЫГОДНЕЙШИХ СКОРОСТЕЙ ПОДЪЕМА

Перейдем теперь к описанию экспериментальных методов определения наивыгоднейших скоростей подъема. Для этой цели производится так называемый полет «на з у б ц ы», заключаю­щийся в следующем.

Для определения скорости наивыгоднейшего подъема на ка­кой-либо высоте полета производится серия установившихся подъемов на разных скоростях по прибору при работе двигателя на полном газе. Каждый подъем, называемый «зубцом», выпол­няется около одной и той же средней высоты. Высота зубца вы­бирается достаточно большой с тем, чтобы время выполнения его составляло не менее 30—40 сек. Зубцы следует производить не менее, чем на шести скоростях: на ожидаемой наивыгодней­шей, на двух меньших скоростях (примерно на 20 и 40 км/час) и на трех больших скоростях (на 20, 50 и 100 км/час). Кроме то­го, желательно определить максимальную горизонтальную ско­рость на средней высоте зубца. На фиг. 8. 3 схематически пока­зано примерное распределение скоростей при выполнении зубцов на одной высоте.

Обычно рекомендуется следующая техника выполнения зуб­цов. В горизонтальном полете ниже средней высоты зубцов при­мерно на полную высоту зубца устанавливается заданная ско­рость. После этого дается полный газ и самолет переводится на режим набора высоты с указанной скоростью. К моменту начала зачетного участка зубца следует иметь полностью установив-
шийся режим палета и работы двигателя. После прохождения конца зачетного участка зубца летчик убирает газ и плани­рует до соответствующей высоты для выполнения очередного зубца на следующей скорости. На фиг. 8.4 показана запись барографа при выполнении зубцов на одной высоте (запись имеет вид зубцов).

При выполнении зубца производятся следующие записи: вы­сота начала и конца зубца, скорость по прибору, время выпол­нения зубца по секундомеру. Эти же показания записываются при помощи спидобарографов. На средней высоте зубца опре­деляется температура наружного воздуха.

Обработка результатов полета производится следующим об­разом. Для каждой скорости подъема определяется так назы­ваемая «приборная» (или «барометрическая») вертикальная скорость Vvp, равная

где Шр — разность барометрических высот конца и начала за­четного участка зубца;

Sz— время его выполнения в секундах.

После этого строится кривая зависимости Vvp от скорости по прибору Упр; по максимуму этой кривой определяется скорость по прибору на данной высоте для наивыгоднейшего подъема. Эту скорость обозначают Кнаб, опуская индекс «пр». Инструмен­тальной поправкой пренебрегают, так как само значение 1+6 определяют обычно довольно грубо (с погрешностью порядка + 10 км/час) вследствие пологого максимума кривых типа фиг. 8. 3.

Определив по серии зубцов для других высот наивыгодней — ЩИЄ скорости ДЛЯ ЭТИХ ВЫСОТ, строят кривую зависимости 1+6 от барометрической высоты полета (фиг. 8.5). В зависимости от типа установленного на самолете двигателя эта кривая имеет различный вид. Для самолетов с поршневыми двигателями ниже границы высотности для каждой ступени нагнетателя скорость по прибору для наивыгоднейшего подъема почти не изменяется с высотой, а выше границы высотности она падает с высотой примерно по линейному закону (фиг. 8. 5,а). Для самолетов с ТРД Vнаб падает с высотой также примерно по линейному закону {фиг. 8.5,6), причем кривая имеет излом на высоте //=11 000 м.

Для самолетов с поршневыми двигателями зубцы выполняют обычно на трех высотах; одна из высот берется ниже второй гра­ницы высотности и полученная для нее приборная скорость наи­выгоднейшего подъема принимается постоянной для всех высот до второй границы высотности двигателя. Выше второй границы высотности зубцы выполняются на двух высотах, причем послед­няя высота должна быть ниже потолка не больше, чем на 2000 м.

Для самолетов с ТРД зубцы следует выполнять на трех-четы­рех высотах, через равные интервалы в диапазоне от земли до потолка. Так, если потолок самолета равен 12 000 м, то зубцы следует выполнить на высотах 3000, 6000 и 9000 м.

После первого полета на скороподъемность кривая VK&6=/(#) должна быть исправлена для высот, близких к потолку, на осно­вании замечаний летчика. На этих высотах летчик, пользуясь вариометром, может достаточно хорошо определить в процессе полета на скороподъемность б, так как даже незначительное отклонение от этой скорости приводит к резкому снижению вер­тикальной скорости.

При большом избытке мощности скорость наивыгоднейшего подъема на данной высоте может быть с большой точностью определена значительно проще, чем при помощи зубцов, путем разгона самолета по горизонтали при работе двигателя на полном газе.

Уравнения разгона по горизонтали имеют следующий вид:

— — = P—Q, (8.9)

g dz

Y=G. (8.10)

Сравнивая эти уравнения с приближенными уравнениями для режима набора высоты (8. 6) и (8. 7′) и учитывая, что при одинаковых атмосферных условиях и одной и той же скорости полета в обоих случаях равны тяги Р и лобовые сопротивления Q, получим

V 1 d(Vt)

У 2 g dx •

v

как V2 = —, то

Построив кривую V~f(x) для разгона, находим для ряда точек ее V, и г а затем по формуле (8.11) подсчиты-

dx

ваем V,= —После этого строим кривую Vv=f{Vi)

у gk dz у

и по точке максимума находим 1/інаб, а затем после соответ­ствующего пересчета скорость Vnp. наб (которую мы услови­лись обозначать просто Vm6).

Находя индикаторную скорость, соответствующую максиму­му правой части уравнения (8. 11), мы находим точку, для ко­торой избыток мощности является наибольшим. Однако при подъеме избыток мощности затрачивается как на подъем веса самолета, так и на преодоление касательной силы инерции (уве­личение кинетической энергии), причем доля избытка мощности, затрачиваемого на последнее, возрастает с увеличением скорости. Вследствие этого, уменьшив несколько скорость по сравнению с точкой максимума избытка мощности, мы можем получить большую вертикальную скорость, так как падение избытка мощ­ности может оказаться меньшим, чем падение мощности, затра­чиваемой на преодоление касательной силы инерции. Однако более подробный анализ показывает, что разница в индикатор­ных скоростях, полученных обоими способами, не превышает 2—3Va, что не оказывает почти никакого влияния на величину вертикальной скорости. Поэтому при обработке результатов раз­гона по горизонтали с целью определения индикаторной скорости наивыгоднейшего подъема нецелесообразно вносить уточнения, связанные с затратой мощности на преодоление касательной силы инерции при подъеме.

Если результаты разгона используются не только для опре­деления наивыгоднейшей скорости набора, но и для определения значения максимальной вертикальной скорости на данной высо­те, то для определения правильного значения вертикальной ско­рости при непрерывном наборе высоты следует внести поправку по формуле [см. формулы (8.5) и (8.6)]:

где 1/ и — исправленное значение максимальной вертикальной скорости при непрерывном наборе высоты, а Vу разг шах—макси­мальное значение вертикальной скорости по кривой Vv, подсчи-

тайной по формуле (8.11). Величина — ^ ^ А — может

^ к J ‘ dH dH

быть найдена при помощи кривой Vim6=f (//), построенной по результатам разгонов или зубцов на разных высотах.

Использование разгона для определения скорости наивыгод­нейшего набора целесообразно применять для самолетов с ТРД на высотах, на которых они обладают достаточно большим из­бытком мощности. На больших высотах, где избыток мощности мал, можно точнее определять Кнаб при помощи метода зубцов.

Рассмотрим теперь вопрос о приведении скоростей наивыгод­нейшего подъема, определенных экспериментальным путем, к стандартным условиям.

Анализ, проводимый в курсах аэродинамического расчета для самолетов с поршневыми двигателями, показывает, что ниже границы высотности двигателя индикаторная скорость наивы — годнейшего’ набора примерно постоянна и соответствует полету на наивыгоднейшем угле атаки, для которого

Су — УТ$СхЪ’

Сх~ 2сх0,

а

Д-на6 = ]/ ‘• (8.13)

V Ро^У ^эфСдО

Выше границы высотности двигателя скорость наивыгоднейшего набора постепенно падает с высотой и на потолке приближается к скорости, соответствующей полету на угле атаки, близком к экономическому. В среднем принято считать, что выше гра­ницы высотности индикаторная скорость наи­выгоднейшего набора падает на 5—10 км/час на каждую тысячу метров высоты.

Из формулы (8. 13) для самолетов с поршневыми двигате­лями видно, что Vi наб в е зависит от атмосферных условий, вследствие чего можно считать, что

Vі наб. ст — У наб. ф» (8.14)

Перейдем теперь к самолетам с ТРД. Выведем сначала при­ближенную формулу для скорости наивыгоднейшего подъема. Воспользуемся для этого приближенным уравнением набора вы­соты (8. 6) в следующем виде:

V, = ±(P-QY,

12*

Q Q 1 ,, Гґ, „

учитывая, что — = — рг = —, где а — качество самолета [и —Y

по уравнению (8.7′)], получим

V = V[ ———-

у ‘ G К

Так как

или

Взяв производную Vy по V%, приравняв ее нулю для режима наивыгоднейшего подъема и считая, что в первом приближении тяга Р не зависит от скорости, получим

Решая это биквадратное уравнение, найдем, что индикаторная скорость наивыгоднейшего набора для самолета с ТРД равна

2 Р

где

Принимая ^0=0,02, Хэф=5 и — = 0,5 у земли и 0,25 для высоты

G

10 000 м, получим, что у земли с=1,01, а на высоте //=10 000 м.

с=1,03. Таким образом с достаточной точностью і можно счи­тать, что для самолетов с ТРД индикаторная скорость наивыгод­нейшего — подъема

Так как тяга ТРД падает с высотой, то и наивыгоднейшая ин­дикаторная скорость при подъеме, пропорциональная корню квадратному из тяги, также падает с высотой.

Взяв логарифмический дифференциал от правой и левой части приближенной формулы (8. 18) для скорости наивыгои — нейшего подъема, найдем

dVj _ 1 dP Vi*аб “ 2 Р

Если делать приведение при Нр=const, то, пренебрегая измене­нием тяги из-за изменения числа М, вследствие того что — на чи­слах М, соответствующих подъему, зависимость от числа М нич­тожно мала, получим

^ = had*»=hn*L-l-ka^,

Р п ппр n п 2 " Гя ’

и, следовательно,

-^- = —йя — —- hnd-^L.

Ve-наб 2 п 4 Тв

ПОЛаГаЯ 81/ Vi каб. СТ Vi наб. ф, 8/2 Нет Иф, 8 У// Тст Уф,

можно по формуле (8.20) делать приведение к стандартным условиям экспериментально найденной величины Vi наб. ф для са­молета с ТРД в случае отличия фактической температуры от стандартной на той же высоте Нр и в случае отличия фактиче­ских оборотов от номинальных. Так как на режиме подъема в среднем hn^4, то приближенно можно считать, что

2——(8.21)

Vі наб Л Тп

Таким образом зимой набор высоты следует производить на большей скорости, чем летом, причем при превышении темпера­туры по сравнению со стандартной на l’% Vi каб падает также на Г%.

1 Строго говоря,— только для высот, не слишком близких к потолку. Лег­

ко показать, что для теоретического потолка с=‘/ = 1,22. Кроме того,

при выводе формулы не учитывалось влияние числа М на лобовое сопро­тивление самолета, а вблизи потолка это влияние может быть заметным даже для режима набора высоты.

Вследствие того что кривая Vy=f(Vi) в области Vymax имеет очень пологий максимум, обычно не принято приводить к стан­дартным условиям найденные из эксперимента индикаторные скорости наивыгоднейшего подъема. Получив по методу зубцов или из разгонов значения V% н*б. ф, относят их к барометрической высоте Нр и считают, что кривая Vi «аб. ф=/(#Р) может быть использована для любых атмосферных условий.