Характеристика взлета

Как мы уже видели, взлетные свойства гидросамолета зависят от взаимодействия целого ряда сил (рис. 64), а именно:

О — силы веса, приложенной в центре тяжести гидросамолета, направленной вертикально вниз (от скорости движения не зависит),

Ф — силы тяги винтомоторной группы,

Q — силы аэродинамического сопротивления,

W—силы гидродинамического сопротивления,

■Р—подъемной силы крыльев,

А — гидродинамической силы поддержания,

Gt — силы инерции] разбега.

Рис. 64. Сиди, действующие на гидросамолет при взлете

Разложим все действующие силы на два направления: гори­зонтальное и вертикальное, а затем составим уравнение равно­весия горизонтальных сил:

Ф — Q — W — Gi = 0. (25)

Рассмотрим изменение величин этих сил в зависимости от скорости.

В теории винта доказывается, что сила тяги зависит от скорости движения и имеет следующее выражение

Ф — (26)

V

где N—мощность мотора в л. с.,

V] — коэфициент полезного действия винта, равный в сред­нем 0,8,

v — скорость движения В м/сек. •

При сохранении постоянной мощности и величины YJ с увеличе­нием скорости v сила тяги Ф должна уменьшаться. Физически это явление объясняется тем, что с увеличением скорости движения уменьшаются углы атаки лопастей; при уменьшении углов атаки лопастей в свою очередь уменьшаются подъемная сила, сопро­тивление, а следовательно, и тяга, а уменьшение торможения ведет к увеличению оборотов.

Графическое изображение изменения силы тяги по скорости дано на рис. 65.

Закон изменения силы тяги очень близок к прямой линии, идущей от некоторой точки максимальной тяги при стоянке гидросамолета на месте к нулевой тяге на некоторой большой скорости (примерно в 2 раза превышающей максимальную ско­рость полета).

Сопротивление воздуха определяется величиной

(2?)1 [5]

Следовательно, величина силы оопротивлейиН воздуха прямо пропорциональна: а) плотности воздуха’—|р;’б) несущей поверх­ности S и в) скорости полета в квадрате v2; кроме того, она зависит от профиля крыльев, размаха и ширины их, угла атаки, формы и размеров остальных частей самолета. Последнее учиты — вается коэфициентом лобового сопротивления самолета Сх в

отличие от Сх — коэфпциента лобового сопротивления крыльев.

Ввиду того, что разбег и взлет гидросамолета происходят при незначительных изменениях угла атаки крыльев, для упрощения наших рассуждений величину Сх будем^1 считать постоянной

и зависящей только от скорости пробега.

По некоторым данным при 4О°/0 взлетной скорости величина сопротивления воздуха соответствует 1,6 —3,2% полетного веса гидросамолета, в зависимости от его конструкции.

Рис. 66. График предвзїеіного разбега гидросамолета

Водяное сопротивление оказывает на разбег значительно большее влияние, чем рассмотренное нами сопротивление воздуха.

При рассмотрении водяного сопротивления мы будем говорить только о плавательных приспособлениях, снабженных реданом.

Поперечный уступ на днище, называемый реданом, имеет назначение нарушать струйное обтекание водой поплавков или лодки для того чтобы избежать прилипания воды к днищу и бортам. Момент разрыва особенно важен, когда плавательное приспособле­ние при разбеге выйдет на редан, т. е. выйдет из воды и начнет скользить по ней при сильно уменьшенном водоизмещении.

Выход на редан оказывает влияние на продольную остойчи­вость гидросамолета и сопровождается значительным уменьше­нием водяного сопротивления; этому способствует и уменьшение смачиваемой поверхности плавательного приспособления при его выходе из воды.

В начале разбега водяное сопротивление возрастает приблизи­тельно в линейной зависимости от скорости и достигает наиболь­шей величины, равной в среднем 15 —25°/0 полетного веса гидро­самолета при 30 — 40% взлетной скорости. Эта скорость носит название критической скорости.

Величина водяного сопротивления при этом примерно в Ю раз превышает силу воздушного сопротивления. После выхода на редан, что происходит примерно для нормальных условий при указанной выше скорости, сопротивление быстро падает и исчезает

Vm/сєю

совершенно в момент отрыва. Отсюда следует, что чем скорее гидросамолет выйдет на редан, тем меньше будет величина водяного сопротивления и тем быстрее произойдет отрыв.

Графическое изображение изменения водяного сопротивления от скорости движения гидросамолета показано на рис. 58.

Имея изменение сил Ф, 1І и Q по скорости, мы можем построить график суммарного изменения действия этих сил в зависимости от скорости (рис. 66 и 67). На графике (рис. 67) сила инерции G{ для любого значения скорости будет выражаться разностью ординат Ф и и по величине равна избытку

силы тяги, сообщающей ускорение гидросамолету

Gt = Д Ф.

Из графика видно, что взлет возможен лишь при условии прохождения кривой силы тяги выше суммарной кривой.

Если кривая тяги пересекает кривую суммарного сопротивле­ния (рис. 68) в точке а, то гидросамолет не выйдет даже на редан, так как соответствующая этой точке скорость v меньше критической скорости «кр.

Рис. 69. Графив предвзлетного разбега гидросамолета (взлет невозможен: гидросамолет гидрошанирует на редане)

В том случае, когда кривая тяги пересекйет суммарную кривую сопротивления на критической скорости в точке в (рис. 69) раньше достижения взлетной скорости v0, гидросамолет хотя и выйдет на редан, но не взлетит, так как подъемной силы крыльев еще недостаточно для его отрыва от воды.

Переходя к рассмотрению совокупного действия вертикальных сил, уравнение равновесия мы должны написать в следующем виде:

— G + P + A— G, = 0, (28)

где G — вес гидросамолета,

А — вертикальная составляющая сопротивления воды,

Р—«подъемная сила крыльев,

Gf — вертикальная сила инерции.

Графически совокупность действий этих сил в зависимости от скорости изображена на рис. 70. Ввиду того, что вес гидро­самолета в процессе взлета не изменяется, он на графике изо­бражается прямой линией.

Величина подъемной силы определяется выражением:

P==PCySv (29)»

Следовательно, величина подъемной силы Р прямо пропор­циональна: а) плотности воздуха р; б) площади несущей по­верхности 8 ив) квадрату скорости полета »2; кроме того, она

Рис. 70. Диаграмма вертикальных сил, действующих на гидросамолет п|ри взлете

зависит от профиля крыльев^размаха и их ширины, угла атаки и формы несущих поверхностей в плане. Последние факторы учитываются коэфициентом С. и, носящим название коэфициента подъемной силы.

Приняв, что гидросамолет в конце разбега скользит по по­верхности воды, скорость взлета можно найти из выражения:

Р = = G, (30)

откуда __

«-тгУУ/у

1 Си. принечание на стр, 61. 5 Основы гидроавиации.

*,=4/f<b <8і>

Это уравнение дает постоянную скорость, при которой гидро­самолет будет передвигаться в воздухе горизонтально; для отрыва и подъема необходимо, чтобы мотор развил мощность большую, чем это нужно для горизонтального полета.

Из формулы (31) следует, что понижение взлетной скорости может быть получено при уменьшении нагрузки на квадратный

метр поверхности ~ или увеличением коэфициента подъемной

силы Су путем увеличения угла атаки или подбора хорошего профиля крыла. ‘ ч

Сила А с увеличением скорости уменьшается и при v0 будет равна нулю, что соответствует выходу гидросамолета на редан. При отсутствии вертикальных ускорений

G = — {A + F). ‘(32)

Внезапное увеличение силы А (удар волны или потеря подъемной силы) вызывает появление силы инерции, что свя­зано со значительными напряжениями в корпусе плавательного приспособления вследствие удара о воду.