ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ, ПОТРЕБНЫЕ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ МАНЕВРА

К важным параметрам, определяющим маневренные характеристи­ки вертолета, относятся: время набора высоты и потребный для этого путь параллельно земной поверхности (например, для облета препятст­вия, см. разд. 2.81) ; высота, требуемая для вывода из пикирования; время разворота на заданный угол (при маневре вбок) и др. Рассмотрим влияние на эти параметры вертикальной перегрузки. Под эффективной будем понимать перегрузку, при увеличении которой важные параметры траектории маневра (t, AH, L) изменяются незначительно.

Обычно движение вертолета рассматривается в осях нормальной зем­ной системы координат. В осях этой системы упомянутые параметры траекторий и время их изменения определяются создаваемыми вертолетом перегрузками nyg, nxg и nzg. На вертолетах без дополнительных движи­телей nyg и nxg в свою очередь определяются вертикальной перегруз­кой Пу : nyg a nycosdm, nxg = — n^sin# (при анализе движения, так как пх < пу, продольной перегрузкой можно пренебрегать). Из первого соотношения следует, что прирост ttyg меньше, чем пу, если маневр происходит с увеличением тангажа на большую величину. Кроме того, при выходе на большой тангаж вертолет начинает тормозиться, и в ре­зультате уменьшается сама величина пу. В то же время интенсивное уве­личение угла требуется, чтобы достичь значительных перегрузок (осо­бенно, на V < 250 км/ч).

Таким образом, существует величина вертикальной перегрузки, пре­вышение которой нецелесообразно. Кроме того, при относительно малых желаемых изменениях траекторий полета летчик не успевает ее реализо­вать эффективно. Определим пут& ПРИ разных маневрах. Отметим, что выбор вертикальной перегрузки в качестве параметра, характеризу­ющего маневр, удобен тем, что она замеряется и выводится летчику на прибор и, следовательно, может контролироваться.

Горка. За начальную точку на рис. 2.47 принята горка с л^,тах = = 1,3 ( V0 — 300 км/ч, 50 = const). При такой перегрузке время увеличе­ния высоты, например на 100 м составляет 12 … 13 с; на 300 м — 20 … 22 с, а путь — 900 и 1300 м соответственно. На рисунке показано, как сокра­щается время горки, выполненной с большей перегрузкой. Видно, что в случае путах = 1,6, выигрыш во времени горки составляет 2 с, если АН = 100 м, и 3 с — при 300 м. При перегрузках, больших 1,7 … 1,9,вре — мя горки уменьшается незначительно (менее, чем на 0,5 с), а при АН = = 100 м даже несколько возрастает. Выигрыш в сокращении дистанции маневра при этом также мал: ~60 м.

Моделирование показало, что при необходимости изменения высоты на 100 … 200 м в случае начальной скорости горки 250 км/ч целесооб­разно выполнять маневр с перегрузками не более 1,6 … 1,7. Найдено, что перегрузка 1,7 вообще не может быть реализована из-за чрезмерного торможения вертолета, если скорость ввода в горку 200 км/ч, а заданный прирост высоты должен составлять более 120 м. Таким образом, с умень­шением скорости полета потребная перегрузка уменьшается. На V0 = = 300 … 250 км/ч она составляет 1,7 … 1,9, а на V0 — 200 км/ч — 1,5 … 1,6.

На рис. 2.48 возле кружочков указаны время выдерживания при маневре максимальной перегрузки и^тах = const. Видно, что горка на АН = 100 м выполняется с л^тах = 1,6 в течение 2 с или с 1,85 — 0,9 с. Так как меньшая перегрузка должна выдерживаться дольше, то для опре­деления наиболее предпочтительного (с точки зрения прочности) манев­ра вертолета необходимо в обоих вариантах оценить повреждаемость конструкции.

Выход из пикирования. В отличие от горки при выходе из пикирования увеличение вертикальной перегрузки происходит в усло­виях, когда в течение некоторого времени скорость полета нарастает, а не уменьшается. Кроме того, при увеличении перегрузки угол тангажа по абсолютной величине уменьшается. Это свидетельствует о том, что при выводе из пикирования вертикальная перегрузка более эффективно искривляет траекторию, чем при горке.

Влияние перегрузки на уменьшение потери высоты при выводе вер­толета из пикирования показано на рис. 2.48. Зависимости, соответству­ющие пикированию с углами Ад = 20 и 30°, приведены для перегрузок, больших 1,3, а с Ад = 60° — для больших 1,7. На последних указаны максимальные скорости полета, достигаемые при выводе из пикирова­ния. Видно, что при At? = 20 и 30° градиент наклона кривых резко умень­шается при перегрузках, больших 1,7 … 2,0. Здесь он составляет менее 10 м на Апу = 0,2. Это малый выигрыш. Следовательно, в дальнейшем увеличении пут&х нет необходимости.

Существенно возрастают потребности в большей перегрузке при углах пикирования > 30°. При этом кроме большего снижения высоты проис­ходит интенсивный разгон вертолета. Например, при Квыв = 200 км/ч и иvmax = 1>7 снижение составляет АНВЫВ = 260 … 300 м, Ктах = = 275 км/ч; при КВЬІВ = 250 км/ч соответственно 440 … 500 м и 330 км/ч. Из графика следует, что для значительного уменьшения потери высоты и разгона необходимы перегрузки 2,3 … 2,5. В этой связи следует отме­тить, что пикирование с такими большими углами может найти весьма ограниченное применение, так как оно возможно кратковременно (ме­нее 1 с). При этом почти все снижение вертолета приходится на участок вывода из пикирования. В разд. 2.8.2 было отмечено, что пикирование с углами тангажа, большими по абсолютной величине 30 … 40°, не дает выигрыша в величине изменения высоты и времени маневра. Таким обра­зом, ориентируясь на V < 300 км/ч и Ад < (30 … 40°), потребной для вывода вертолета из пикирования, можно считать перегрузку не более 2,0 … 2,2.

Разворот. Кроме времени важными характеристиками траекто­рий разворота являются Lтах и смещение вбок Z от исходного направле-

Рис. 2.48. Влияние максимальной пере­грузки на уменьшение потери высоты при выводе из пикирования:

6(Д#Выв); -— ^выв = 250 км/ч; 200 км/ч

Рис. 2.49. Влияние максимальной пере­грузки на уменьшение времени разворота на 120°

ния полета. Радиус кривизны траектории зависит в большей мере от ско­рости полета, чем от вертикальной перегрузки. Поэтому, желая лететь по траектории с наибольшей крутизной и с наибольшей угловой скоростью, которая обеспечит разворот в кратчайшее время, необходимо выполнить маневр с уменьшением скорости полета и с максимальными значениями угла крена и перегрузки. Особенно это относится к вертолетам, у кото­рых допустимая вертикальная перегрузка относительно невелика, при­чем разрешенная для длительного использования перегрузка меньше, чем допустимая кратковременно (т. е. по существу ограничен угол кре­на) . Интенсивность торможения вертолета зависит от того, насколько увеличивается угол тангажа. Чтобы не допустить набора высоты, умень­шают общий шаг несущего винта.

В этом случае из-за интенсивного торможения реализовать большие перегрузки можно только для разворота на малые углы. Отметим, что разворот с длительным выдерживанием усложнен возможностью срыва потока на винте, при этом также усложняется точный выход на заданный угол разворота.

Моделирование показало, что уменьшение времени ввода на 2,5 с дает выигрыш в развороте на 1,5 … 2,0 с; Lmax сокращается на ~ 150 м (F0 = 300 км/ч) , Z — остается тем же. Отметим, что минимальное время ввода вертолета в крен ограничено условием выдерживания высоты по­лета. Если в течение некоторого времени допускается увеличение высоты на 5 … 15 м, то целесообразно для сокращения времени ввода за счет быстрого изменения крена увеличивать угол тангажа с опережением.

На рис. 2.49 показано, как влияет на время разворота на 120° сред­няя при маневре скорость полета Vcp и максимальная вертикальная пере­грузка Иутах. Видно, что в случае, когда разворот с Vcp = 300 км/ч вы­полняется с Hj>max = 1,8, вместо 1,4, время маневра сокращается на

2,5 с. Из графика следует, что градиент наклона кривых, соответствую­щий уменьшению времени на 0,5 с при Ди^тах = 0,2, достигается при следующих сочетаниях Иср и /1>тах : 300 км/ч — 2,3; 200 км/ч — 1,9; 150 км/ч — 1,7. Такие значения максимальных перегрузок примем за потребные для разворота. Они превосходят соответствующие значения при горке и выводе из пикирования.