ПОЛЕТ ПО ОПТИМАЛЬНЫМ ВЫСОТАМ
Летательные аппараты с ГТД, летающие на большие расстояния, к концу маршрута в значительной мере уменьшают свою первоначальную массу за счет выгорания топлива. Это обстоятельство должно учитываться при расчетах полетов, особенно на большие дальности, так как с уменьшением полетной массы уменьшаются километровый и часовой расходы топлива. Однако облегчение летательного аппарата в полете можно более рационально использовать, если за счет этого увеличивать высоту полета, а следовательно, дополнительно уменьшать С;, и Сіі. Эта идея и положена в основу полетов по оптимальным высотам (по потолкам), под ко-
0РЫЫИ будем принимать попеты с набором высоты за счет выгорания топлива (рис.
Потолок летательного аппа — /
рата зависит о г полетной мае — У________________
сы. чем больше масса летатель — и иого аппарата, тем меньше его
ПОТОЛОК, И наоборот; причем ПО Рис 2320 Профиль полета по оптиамь соображениям безопасности по — яь‘м высотам деты производят па высотах
ниже практического потолка на 1—1,5 км. Такие полеты выполняют в том случае, когда ие заданы эшелоны.
Для осуществления полетов по оптимальным высотам весьма важно выяснить параметры, которые летчику необходимо выдерживать в процессе полета.
Полет с набором высоты определяется уравнениями:
где 0 — угол набора высоты.
Напомним также из теории подобия режимов работы ТРД необходимые формулы приведения:
Ch, v~Ch — j/" приведенный часовой расход топлива;
С„ = Ск — — приведенный километровый расход топлива
ИР 1П
Введем дополнительно понятие приведенной массы летатель-
Ро
його аппарата’ m„v=m—.
v Р
Это выражение можно получить из уравнения (23.2а), задаваясь условием
что имеет место в случае полета иа подобных режимах
Подставляя в это выражение значение
где Ro — удельная газовая постоянная, и выражая скорость полета через приведенную скорость
получим:
пренебрегая незначительным изменением j скорення g от высоты полета, можно установить, чтоconst, или приведенная масса
т„0—т -&-=const.
р
Для того чтобы при полете по оптимальным высотам приведенная масса оставалась постоянной, необходимо увеличивать высоту
(отношение —) в такой мере, в какой уменьшается полетная р
масса летательного аппарата, обеспечивая тем самым произведение т — постоянным. В этом и состоит физический смысл при — р
веденной массы.
Обратимся теперь к уравнениям (23.2а) — (23.26), описывающим полет летательного аппарата с набором высоты. Заменим в них плотность воздуха выражением из формулы (23.3), скорость полета— выражением V—aH=VkRbТМ и перейдем к приведенным величинам. Тогда, сделав преобразования, получим:
/5„р=/) —=^- PcfcSCx, hV+m g sin О,
у р 2g “
Из уравнений (23.4) и (23.5) следует, что приведенная масса является функцией коэффициента подъемной силы СУа, числа М и угла наклона траектории 0, т. е.
mnf—/1 (^та> М, в),
а приведенная тяга — функцией коэффициента лобового сопротивления, числа М и угла наклона траектории 0:
p, p=/2fCv М, 6). (23.7)
Коэффициент лобового сопротивления, как известно, в свою очередь является функцией СУа, чисел Re и М. Пренебрегая изменением числа Re в полете, запишем.
<4=/3(Cv М).
Из теории двигателей известно, что приведенная тяга и приведенный часовой расход топлива у ТРД с нерегулируемым соплом являются функциями числа М и приведенной частоты вращения’
Р,,р=/4(‘Ч. М);
СЛ=/6(/Ц. М).
Система уравнений (23.6) — (23.10), представленных в общем • виде, выражает полет летательного аппарата с набором высоты и режим работы ТРД. Она содержит восемь безразмерных и приведенных параметров:
Для решения указанных уравнений, т. е. для определения перечисленных параметров, достаточно три из них иметь известными. Из этого следует, что если при полете летательного аппарата с набором высоты задаваться тремя из этих параметров и поддерживать их постоянными на протяжении всего полета, то и остальные пять параметров ие будут изменяться Таким образом, постоянство любых трех параметров, входящих в систему указанных уравнений, является условием подобия режимов полета летательных аппаратов с ТРД при наборе высоты. Это значит, что два полета летательного аппарата с ТРД будут подобными, если три из перечисленных параметров (например, CVa> М и 6) будут одинаковыми на протяжении этих полетов.
Вопрос о том, какими параметрами лучше задаваться, следует решать исходя из удобств пользования ими в процессе полета, а также из наличия на борту летательного аппарата соответствующих контрольных приборов. С этой точки зрения наиболее целесообразно задаваться числом М, приведенной частотой вращения пщ н углом набора высоты 6, которые и будут критериями подобия при сохранении их постоянными. При Этом иебходимо иметь в виду, что полет по потолкам совершается с очень малым углом набора высоты. В ряде случаев угол 0 ие превышает 0,03—0,04°. Эта величина угла наклона незначительно влияет на остальные параметры, поэтому при практическом выполнении полетов по потолкам достаточно сохранять постоянными два параметра, число М и приведенную частоту вращения ротора ТРД.
Значение числа М контролируется в полете по М-метру. Что касается приведенной частоты вращения, которая, как правило, автоматически не поддерживается на современных летательных аппаратах, то ее нужно поддерживать постоянной при изменении температуры окружающего воздуха за счет изменения замеряемой
(физической) частоты вращения. Зависимость изменения ч з стон., вращения от температуры может быть определена по формуле
Здесь Пі н Ті — исходная частота вращения н температ)ра окружающего воздуха, а п2 — частота вращения, которую следует установить при изменении температуры окружающего возд ха иа величину ДТ. Из формулы (23.11) следует, что при полете по потолкам изменение температуры окружающего воздуха на 2% требует изменения частотві вращения иа 1%. Такая зависимость, очевидно, будет иметь место до высоты 11 000 м, т. е. в тропосфере. В стратосфере, где температуру окружающего воздуха с изменением высоты полета летательного аппарата принято считать постоянной, для выполнения полета по потолкам достаточно поддерживать постоянными истинную скорость (по соответствующей стрелке указателя скорости) и частоту вращения ТРД по прибору.
Для начала полета по потолкам набирается оптимальная высота для данного полетного веса, устанавливается заданный режим полета, а затем в течение всего полета выдерживаются постоянными указанные выше параметры.