Навигационный треугольник скоростей

Влияние ветра на полет проявляется в том, что относительно земной поверхности вертолет перемещается не в направлении своей продольной оси и не со скоростью, создаваемой двигатель­ной установкой, — его перемещение является следствием двух движений (рис. 5.2): относительно воздуха за счет тяги несущего винта в направлении продольной оси с истинной воздушной ско­ростью F; вместе с воздушной массой в сторону, куда дует ветер со скоростью U.

Точкой приложения векторов является центр масс вертолета. В итоге движение вертолета относительно_земной_ поверхности будет происходить в направлении вектора w=Y+U. Направле­ние этого вектора определяет линию пути вертолета, а модуль w—величину путевой скорости. Если перенести вектор ветра,

являющийся свободным, в конец вектора воздушной скорости, по­лучим треугольник скоростей (рис. 5.3). В зависимости от условий полета (набор высоты, снижение и т. п.) этот треугольник может находиться в разных плоскостях. Для простоты изложения и по­

лучения без погрешностей скорости вертолета относительно зем­ли (W) рассматривают его проекцию на горизонтальную плос­кость.

Проекция векторного треугольника скоростей на горизонталь­ную плоскость называется навигационным треугольни­ком скоростей (НТС).

Элементами НТС являются; МК — магнитный курс вертолета; V — истинная воздушная скорость; НВ — навигационное направ­ление ветра; U — скорость ветра; УС — угол сноса; ПУ — путе­вой угол (может быть заданным — ЗПУ и фактическим — ФПУ); W—путевая скорость; УВ — угол ветра; КУВ — курсовой угол ветра.

Путевой угол измеряется по ходу часовой стрелки от ме­ридианов, принятых за начало его отсчета, до линии пути. Он может быть магнитным (МПУ), истинным (ИПУ), ортодромичес — ким (ОПУ) или условным (УПУ).

Угол сноса — угол, отсчитываемый от вектора воздушной до вектора путевой скорости. При отклонении вектора путевой скорости вправо от вектора воздушной скорости УС имеет знак плюс, при отклонении влево — минус. Его получают путем расче­та или определяют с помощью технических средств.

Угол ветра — угол, отсчитываемый от вектора путевой скорости до вектора ветра от 0 до 360°. При отсчете вправо (по ходу часовой стрелки) ему приписывается знак плюс. Он может быть отсчитан и влево (против хода часовой стрелки), в этом слу­чае ему следует приписать знак минус. УВ используется при ре­шении НТС, он рассчитывается летчиком.

Курсовой угол ветра — угол, отсчитываемый от векто­ра воздушной скорости до вектора ветра. КУВ рассчитывается летчиком.

Таким образом, в НТС входят три вектора скорости, а также УВ, УС и КУВ. Они характеризуют направление и скорость дви­жения вертолета относительно воздушной массы и земной поверх­ности. Одни из элементов определяются заданием (ЗМПУ, V), другие — фактическими условиями полета (НВ, U), третьи рас­считываются летчиком или определяются с помощью технических средств (УВ, УС, W, МК, КУВ). Нахождение неизвестных значе­ний этих элементов есть решение НТС.

Для вывода формул, обеспечивающих это решение, установим зависимость его элементов. Из рис. 5.3 видно, что

МК = ЗМПУ — (± УС); Ї (5 2)

УВ = НВ-ЗМПУ. J

Угол сноса и путевую скорость найдем, воспользовавшись тео­ремой синусов: V/sin yB=£//sin yc=№7sin [180°—(УВ + УС)],

откуда

sin УС = sin УВ;

V sin (УВ + УС)
sin УВ

Углы сноса сравнительно невелики, синусы их можно заменить величиной угла, выраженной в радианах. Приняв радиан прибли­женно равным 60°, получим значение УС в градусах и его макси-

 

Таблица 5.1 ув° УС Значение W 0 0 V+U ±30 ±0„5УСМ У+0,9 U ±60 ±0,9УСМ V + 0,5 U ±90 ±УСМ V ±120 ±0,9УСМ V—0.5С/ ±150 ±0,5УСм У—0,9 и ±180 0 V—U

Изменение УС и W при изменении УВ (направления полета или ветра) и неизменной V можно проследить по табл. 5-1, со­ставленной с использованием формул (5.4) и (5.5). При 0^ ^ УВ ^ ± 180° УС изменяется от 0 до ±УСМ[1] и вновь прихо-

Рис. 5.5. Изменение W и УС при изменении скорости ветра

дит к нулю, a W — от V+U при попутном ветре до V—U при встречном, при УВ = ± 90° W « V (ветер боковой). Строго гово­ря W= V при УВ = ±90° — УСм/2 [и при УС = 0 в безветрие — см. формулу (5.3)]. Практические выводы из табл. 5.1: при попут­ном или встречном ветре даже небольшие изменения УВ вызыва­ют существенные изменения УС, для следования по ЛЗП это по­требует изменения курса; при этом W почти не меняется; при УВ « ± 90°, наоборот, существенно изменяется W и требуется пе­рерасчет времени полета на этапе, а УС изменяется незначитель­но; при УВ « ± 45° (или »±135°) небольшие изменения УВ вно­сят лишь незначительные изменения в УС и W.

Изменение УС и W при изменении скорости ветра, когда курс, V и направление ветра неизменны, можно проследить по форму­лам (5.4) и (5.5): увеличение скорости ветра ведет к увеличению УС и, как результат, к уклонению вертолета от ЛЗП по ветру (рис. 5.5), а уменьшение скорости ветра — к уклонению в навет­
ренную сторону; на W влияет косинусная составляющая вектора ветра, направленная по ЛЗП, при УВ<±90° увеличение скорости ветра ведет к увеличению W, а при УВ > ±90° — к ее уменьше­нию; при уменьшении скорости ветра зависимости обратные.

Изменение УС и W при изменении воздушной скорости, когда ветер и курс неизменны, показано на рис. 5.6: УС при увеличении

воздушной скорости уменьшается, а при уменьшении увеличивает­ся на величину АУС = YCiAV/’Vi; путевая скорость изменяется почти на такую же величину, как и воздушная, поэтому в процес­се маневрирования скоростью можно считать, что Wz~Wi±: AV,

Рис. 5.7. Изменение IF и УС при изменении курса:

о —положение векторов HTC при разных курсах полета; б — HTC после совмещения век-
торов V

где AV=V2—Vi. Чтобы парировать уклонение вертолета с ЛЗП, при уменьшении V необходимо дозорачивать его на АУС в навет­ренную сторону, а при увеличении V — по ветру.

Изменение УС и W при изменении курса на величину А К, когда V и ветер остаются неизменными, показано на рис. 5.7. Форму­лы для определения величин их изменения можно получить, раз-
вернув навигационный треугольник скоростей 0АВ вокруг точки А до совмещения векторов воздушной скорости. Тогда

А УСК = АК cos УВ; 1,7ДК sin УВ.

Из формул видно, что величина изменения УС и W при изме­нении курса зависит не только от изменения курса (ДК), но и от отношения U/V и угла ветра. При полете в плоскости ветра, из­меняя курс, следует уточнять УС, а при боковом ветре — W.

В маршрутном полете при выдерживании расчетных данных уклонение вертолета от ЛЗП или изменение времени полета на этапе могут быть следствием изменения ветра. В связи с этим экипаж должен периодически в полете определять фактические УС и W. Согласно проведенным исследованиям при скоростях по­лета 200—300 км/ч повторные измерения их следует производить весной и летом примерно через 40—50 мин, осенью и зимой че­рез 20—25 мин. При полете вблизи воздушных фронтов — еще ча­ще. Изменения в курс и время полета вносятся на величину рас­хождений УС и W с расчетными. Изменяя курс, скорость или вы­соту, надо представлять, как от этого изменится НТС, и прини­мать меры к совмещению вектора W с ЛЗП.

При выполнении некоторых расчетов в целях упрощения уче­та ветра и повышения оперативности их выполнения использует­ся понятие эквивалентного ветра.

Эквивалентный ветер U3 — ветер условный. Представляет со­бой составляющую фактического вектора ветра, направленную по ЛЗП (иэ ^ U cos УВ). Создает такую же путевую скорость, как и фактический ветер: W = V ± С/э. Используется он при выполне­нии расчетов дальности и радиуса полета.