Характеристики вихревого следа за самолетом Ан-12

В данном разделе приведены результаты исследования характери­стик дальнего вихревого следа за самолетом Ан-12. Эти исследования также разделены на два этапа: первый — детальное изучение вихрево­го следа до удаления 500 м, второй — менее подробные исследования до удаления 12,5 км.

На первом этапе исследований характеристик вихревого следа за самолетом Ан-12 рассматривались следующие режимы:

• высота полета 500 м, скорость полета 420км/ч, состояние атмо­сферы 1 балл;

• высота полета 5000 м, скорость полета 420км/ч, состояние атмо­сферы 1 балл.

Выбор этих режимов был обусловлен практическими соображениями. На рис. 5.19 показано распределение вертикальной скорости в ядре вихря самолета Ан-12 на удалении X = 10м, 150м, 300м и 500м, летящего на высоте H = 500 м со скоростью v = 420км/ч; СА = 1. В этом расчете влияние воздушных винтов не учитывалось.

На рис. 5.20 аналогичные расчеты выполнены с учетом влияния воздушных винтов на характеристики следа. Видим, что воздушные винты оказывают заметное влияние на характеристики вихревого следа на удалении до X = 150 м. При увеличении расстояния X влияние воздушных винтов уменьшается и затем вообще исчезает. При этом скорости в ядре вихря при X = 10 м достигают по абсолютной вели­чине 10-12 м/с. С увеличением X вертикальная скорость в ядре вихря уменьшается.

На втором этапе были выполнены исследования дальнего вихревого следа за самолетом Ан-12 до удаления 12,5 км. Результаты этих иссле­дований представлены ниже.

4 А. С. Гиневский А. И. Желанников

Рис. 5.19. Распределение вертикальных скоростей в ядре вихря самолета Ан-12 (без воздушных винтов)

Рис. 5.20. Распределение вертикальных скоростей в ядре вихря самолета Ан-12 (с воздушными винтами)

На рис. 5.21 показано положение вихревого следа за самоле­том Ан-12 при различных состояниях атмосферы: СА = 1—весьма устойчивое, СА = 3 — нейтральное и СА = 5 —сильно неустойчивое; V = 420км/ч, H = 50 м. Видим, что в устойчивой атмосфере вихревой след опускается на наибольшую высоту, которая достигает 25-27 м. Это связанно с тем, что в устойчивой атмосфере интенсивность (цир­куляция) концевого вихря сохраняется дольше. На рис. 5.22 показана зависимость циркуляции концевого крыльевого вихря (м2/с) от време­ни при той же скорости и высоте. В сильно неустойчивой атмосфере концевые крыльевые вихри разрушаются быстрее. Это, как было от­мечено выше, известно из экспериментальных и летных исследований [8, 14-18] и подтверждается данными настоящего расчета.

Рис. 5.21. Положение вихревого следа за самолетом Ан-12 при различных состояниях атмосферы

Чтобы показать влияние работы воздушных винтов на положение вихревого следа на рис. 5.23 представлены траектории левого и правого концевых вихрей с крыла самолета Ан-12. Двигатели работали в крей­серском режиме. Видно, что правый концевой вихрь опустился ниже левого, что связано с совпадением направления вращения воздушных винтов и левого вихря.

Рис. 5.23. Положение левого и правого концевых вихрей с крыла самолета Ан-12

На рис. 5.24 показано распределение вертикальной скорости в ядре вихря самолета Ан-12 на удалении X = 10 м, 1000 м, 5000 м и 12500 м, летящего на высоте H = 500 м со скоростью V = 420 км/ч при СА = 1. С увеличением удаления X вертикальные скорости в ядре концєвого крыльевого вихря уменьшаются, но на удалении 5000 м они еще равны 3-4 м/с.

Рис. 5.24. Распределение вертикальных скоростей в ядре вихря самолета Ан-12

Рассмотрим взлетно-посадочные режимы. Выпуск механизации за­метно влияет на положение вихрей с конца крыла и закрылка (рис. 5.25). С закрылка сходят вихри, интенсивность которых более чем в два раза больше интенсивности вихрей, сходящих с конца крыла (рис. 5.26). В результате взаимодействия этих вихрей, а также вли­яния вихрей от воздушных винтов нарушается симметрия положения правых и левых вихревых систем (см. рис. 5.25). Также наблюдается схождение вихрей с концов крыла на расстояние 10-12 м и появление петель в траекториях вихрей с закрылков.

При уменьшении высоты и скорости полета интенсивность вихрей увеличивается (рис. 5.27). Это в свою очередь приводит к изменению траекторий вихрей (рис. 5.28). На рис. 5.28 показаны траектории вих­рей с конца крыла и закрылков в расчетном сечении при V = 180 км/ч, H = 50 м, СА = 1 и в моменты времени T = 0 — 150 с. Каждая точка на рис. 5.28 соответствует ДТ = 1 с. Режим работы двигателей крей­серский. В этом случае воздушные винты оказывают заметное влияние на положение вихрей в этом сечении.

При переводе двигателей на взлетный режим картина меняется еще сильнее, как показывает рис. 5.29. Через это сечение Ан-12 прошел также на высоте H = 50 м при скорости V = 180 км/ч. Траектории вих­рей даны для периода времени Т = 0 — 150 с. Каждая точка на рис. 5.29 также соответствует ДТ = 1 с.

Расчетами выявлен заброс вихрей с конца крыла Ан-12 вверх при выпуске механизации (см. рисунки 5.25, 5.28, 5.29). Причиной этого

является взаимодействие вихрей крыльевых и с закрылка, которые для самолета Ан-12 на посадочных и взлетных режимах различаются более чем в два раза (см. рисунки 5.26 и 5.27).

Рис. 5.28. Положение крыльевых вихрей (1,2) и вихрей с закрылка (3,4) за самолетом Ан-12 (крейсерский режим полета)

Расстояние, м Рис. 5.29. Положение крыльевых вихрей (1,2) и вихрей с закрылка (3,4) за самолетом Ан-12 (взлетный режим)

Разработанная методика позволяет выполнить расчет вихревого следа за самолетами с четырьмя воздушными винтами и при других условиях полета.

Таким образом, исследования вихревого следа за самолетом Ан-12 показали, что воздушные винты оказывают заметное влияние на ха­рактеристики вихревого следа как на крейсерских, так и на взлетно­посадочных режимах полета. Влияние винтов проявляется через асим­метрию правой и левой вихревых систем самолета. Особенно заметное влияние воздушные винты оказывают на вихревой след на взлетно­посадочных режимах при отклоненной механизации.

На рис. 5.30 показано распределение вертикальной скорости в ядре вихря самолета Ан-12 на взлетном режиме работы воздушных винтов: V = 220км/ч, H = 50 м, СА = 1. Видим, что выпуск механизации и работа воздушных винтов приводят к заметным колебаниям верти­кальной скорости вдоль координаты z.

Рис. 5.30. Распределение вертикальных скоростей в ядре вихря Ан-12 при выпуске механизации