Механизация и её влияние на взлётные и посадочные характеристики самолета

Механизация и её влияние на взлётные и посадочные характеристики самолета.

Из всех видов  летательных аппаратов во всем мире получили наибольшее распространение самолеты и вертолеты. Требования, предъявляемые к самолетам и вертолетам гражданской авиации, в нашей стране определяются Нормами летной годности гражданских самолетов и вертолетов Российской Федерации. И самолеты, и вертолеты должны иметь заданные летные характеристики,  такие, как скорость, дальность и продолжительность полета, максимальная высота полета, хорошую устойчивость и управляемость при обеспечении безопасности полета. Как транспортное средство самолеты и вертолеты должны иметь хорошие экономические показатели, а как средство перевозки пассажиров обеспечивать последним достаточный комфорт в полете.

Основные  элементы самолета: фюзеляж , крыло, шасси, силовая установка и оперение.

Фюзеляж (корпус) самолета служит для размещения экипажа, пассажиров, груза и оборудования. Для уменьшения лобового сопротивления размеры фюзеляжа не должны быть большими, а форма фюзеляжа должна быть обтекаемой. Поверхность фюзеляжа делается гладкой. Форма по перечного сечения может быть круглой, овальной или прямоугольной с закруг ленными углами. Так, например, самолет Ил-86 имеет круглый фюзеляж диаметром 6,08 м и длиной 59,54 м. Застекленная часть фюзеляжа, обеспечивающая обзор экипажу, называется фонарем. Входные двери самолетов чаще всего располагают на боковой поверхности фюзеляжа, а на некоторых типах самолетов - в его нижней части. Фюзеляж самолета часто бывает полностью герметичен, так как необходимо обеспечить жизнедеятельность экипажа и пассажиров на больших высотах.

К фюзеляжу самолетов крепятся крылья, оперение, шасси, иногда силовая установка. Очевидно, что фюзеляж самолета несет большую  нагрузку. Поэтому требования, предъявляемые  к фюзеляжам самолетов, сводятся к прочности и жесткости конструкции  при минимальной массе, минимальному аэродинамическому сопротивлению, возможности удобного размещения экипажа, пассажиров, груза и оборудования, а также удобству эксплуатации и  ремонта.

Крыло создает подъемную силу, необходимую для полета, обеспечивает поперечную устойчивость самолета и часто используется для размещения силовой установки, топливных баков, шасси, оборудования и т.д. От того, насколько хорошо спроектировано крыло, зависят летные характеристики самолета. К крылу самолета предъявляется много различных требований. Основными из них являются следующие: крыло должно обладать минимальным лобовым

сопротивлением при полете с  максимальной скоростью; конструкция  крыла должна соответствовать требованиям существующих норм прочности и обеспечивать полную безопасность полета; крыло должно быть простым в изготовлении, дешевым и удобным в эксплуатации. Конструкцию крыла образуют каркас и обшивка. Каркас представляет собой систему балок, а обшивка выполняется из листов алюминиевого сплава. На крыло устанавливают рули крена (элероны) и элементы механизации крыла (щитки, закрылки, предкрылки и т.д.), которые служат для увеличения подъемной силы крыла на этапах взлета и посадки самолета.

Шасси предназначено для передвижения ВС по аэродрому. В зависимости от состояния аэродромов шасси оборудуется колесами, лыжами, поплавками или даже гусеницами. Шасси вертолета может быть выполнено в виде ферм или балок. У большинства современных самолетов после взлета шасси убирается в фюзеляж или крыло. На нескоростных самолетах шасси, как правило, не убирается, однако в последнее время в связи с возрастанием скоростей полета вертолетов у них тоже стали устанавливать убирающееся шасси. Воздушные суда с убирающимся шасси имеют меньшее лобовое сопротивление, но тяжелее и сложнее по конструкции.

Силовая установка предназначена для создания необходимой в полете тяги. К авиационной силовой установке предъявляется ряд требований, основными из которых являются: обеспечение летных характеристик ВС, надежность в работе, живучесть (способность функционировать при наличии повреждений), быстрый и надежный запуск, безопасность в пожарном отношении, простота в обслуживании и т.д. Силовая установка самолета включает в себя авиационный двигатель, а также ряд систем и устройств, обеспечивающих его работу и изме­

нение тяги.

Оперение обеспечивает самолету устойчивость, управляемость и балансировку. Обычно оперение размещается в хвостовой части фюзеляжа. .Оно состоит из неподвижных и подвижных аэродинамических поверхностей. Неподвижные поверхности служат для создания равновесия (балансировки) и устойчивости. При отклонении подвижных поверхностей возникают аэродинамические силы и моменты, влияющие на равновесие и управление полетом.

Продольная  балансировка, устойчивость и управляемость  достигаются горизонтальным оперением, а путевая балансировка, устойчивость и управляемость обеспечиваются вертикальным оперением. Передняя часть  горизонтального оперения, несущая  руль высоты, называется стабилизатором, а вертикального оперения, несущего руль направления, - килем.

      

 

Сходство  внешних форм оперения и крыла, а  также сходство нагрузок на эти поверхности  самолета приводят к тому, что назначение элементов оперения и крыла оказывается сходным. Поэтому конструкция оперения мало чем отличается от конструкции крыла.

Сдвиги  ветра и их влияние на взлет и посадку самолетов

При пилотировании самолета в непосредственной близости от земной поверхности его экипаж должен иметь информацию не только о скорости и направлении ветра, но и о возможных резких изменениях этих параметров ветра вдоль траектории движения. Самолет пересекает самый нижний слой атмосферы в столь короткое время, что ограниченный запас высоты, скорости полета и приемистости двигателей не позволяют летчику своевременно реагировать на неожиданное изменение ветра. Отсутствие информации о резком усилении или ослаблении ветра в ряде случаев было одной из главных причин летных происшествий.

Предположим, что при посадке  наблюдается строго встречный ветер, скорость которого больше на более высоком уровне. Условия посадки простые: ВПП видна с большого расстояния. Естественно, что в этом случае, находясь на «верхнем уровне», где наблюдается ветер скоростью U_B, летчик будет стараться (как это и полагается) посадить самолет в начале взлетной полосы. Он все сделает для того, чтобы «не промахнуться». Однако, попадая при снижен™ на нижний уровень, где скорость ветра U_H < U_B, уменьшается не только скорость ветра, но и скорость обтекания самолета воздушным потоком, а следовательно, и подъемная сила самолета (см. параграф 7.2). В результате этого подъемная сила на нижнем уровне уже не уравновешивает самолет, и он «проваливается» - летит ниже расчетной траектории. В этом случае посадка самолета возможна или в самом начале полосы, или даже до начала ВПП, что весьма опасно.

При взлете самолета наблюдается несколько  иная картина. Летчик при наборе высоты попадает в зону более сильного встречного ветра. Это значит, что подъемная сила самолета с высотой увеличивается быстрее, чем этого хочет летчик, траектория полета самолета оказывается выше расчетной, и при сильных сдвигах ветра самолет может попасть на закритические углы атаки. В свою очередь, это приводит к срыву потока (см. раздел 1), сваливанию самолета на крыло и к возможному столкновению ВС с землей.

Если скорость ветра с высотой  не увеличивается, а уменьшается, то картина меняется на обратную. Надеемся, что дополнительные пояснения в данном случае не нужны.

Это интересно:

При проверке у летчиков техники  пилотирования за расчет на посадку  им ставится оценка «отлично» в том  случае, если самолет коснулся колесами ВПП на расстоянии 100— 200 м от начала полосы. В остальных случаях оценка занижается. Не будем говорить о  проверке техники пилотирования, а  представим себе, что в обычном  полете летчик при заходе на посадку  по каким-то причинам «промахнулся». Теперь он может или признать свою ошибку, или сказать, что нормально сесть  ему помешал сильный сдвиг  ветра. Как вы думаете, что скажет летчик, если он знает, что замерить сдвиг ветра на аэродроме практически  невозможно?

По своей интенсивности сдвиги ветра подразделяются на слабые, умеренные, сильные и очень сильные.

Характеристикой пространственной изменчивости ветра является сдвиг ветра - изменение  направления и/или скорости ветра  в пространстве, включая восходящие и нисходящие воздушные потоки. Сильные сдвиги ветра относят к опасным дня авиации явлениям погоды.

Сдвиг ветра определяется как векторная  разность векторов ветра, измеренная в двух точках пространства, которая отражает изменение как скорости, так и направления ветра при перемещении от одной точки к другой. В зависимости от взаимного расположения рассматриваемых точек в пространстве различают или горизонтальный, или вертикальный сдвиг ветра.

В районе аэродрома горизонтальный сдвиг ветра можно определить по результатам одновременного измерения параметров ветра в различных точках аэродрома (у разных торцов ВПП, на метеоплощадке и в других точках, где установлены датчики ветра). Базовое расстояние, для которого измеряются горизонтальные сдвиги ветра, - это расстояние, равное 600 м.

Вертикальный сдвиг ветра (3 характеризует  изменение вектора ветра с  высотой. Он может быть определен по формуле

Следовательно, единицей, измерения  вертикального сдвига ветра является с"¹, однако для практических целей метеорологического обеспечения полетов значения р рассчитывают для слоя толщиной 30 м и указывают в м/с на 30 м. Иногда сдвиг ветра определяют в слое толщиной 100 м, а в международных документах и зарубежной литературе встречаются и другие единицы измерения сдвига ветра (узлы, фут/с, мили/ч и т.п.). Влияние вертикального сдвига ветра на полет намного опаснее, чем горизонтального, поэтому практически все исследования до настоящего времени были посвящены изучению вертикальных сдвигов ветра.

Это интересно:

Вертикальный сдвиг ветра на аэродроме можно определить, если измерить направление и скорость ветра на разных высотах. А где взять разные высоты на аэродроме?! Вот и приходится устанавливать датчики ветра не только на «обязательных местах», но и на крышах зданий, мачт и т.д. Но, с одной стороны, сдвиг ветра - явление локальное, и то, что наблюдается над ВПП, не обязательно будет наблюдаться в стороне от нее, даже на незначительном расстоянии. С другой стороны, все здания, мачты, на которых установлены датчики ветра, искажают поле ветра, и поэтому показания этих приборов нельзя считать репрезентативными. Практически на всех аэродромах существует проблема определения (измерения) сдвигов ветра. Поэтому часто сдвиги ветра на аэродроме не определяют, однако всегда прогнозируют.

 

 

КРИТЕРИИ ИНТЕНСИВНОСТИ СДВИГОВ  ВЕТРА

 

Интенсивность сдвига ветра (качественный термин)	Влияние на управление воздушным судном	Вертикальный сдвиг ветра, м/с на 30 м; горизонтальный сдвиг ветра, м/с на 600 м
Слабый	Незначительное	0-2
Умеренный	Значительное	2-4
Сильный	Существенные трудности	4-6
Очень сильный	Опасное	>6

 

Повторяемость и значения вертикальных сдвигов ветра существенно зависят от периода осреднения данных о ветре и от толщины рассматриваемого слоя, причем увеличение пространственно-временного масштаба осреднения приводит к занижению значений вертикального сдвига ветра.

В нижнем 30-метровом слое атмосферы  повторяемость сильных и очень  сильных сдвигов Beipa невелика (около 3 %), однако при наблюдениях на мачтах отмечались сдвиги ветра, превышающие 20 м/с на 30 м. Такие резкие изменения ветра, несомненно, представляют опасность для взлета самолета, посадки и полета на малых и предельно малых высотах. Если учесть, что масса основных современных самолетов гражданской авиации равна 50-200 т, то становится понятным, что такой самолет обладает значительной инерцией, которая препятствует быстрому изменению скорости его движения. Это значит, что попав в зону более сильного (слабого) ветра, самолет еще какое-то время будет лететь с той же скоростью, прежде чем она изменится после вмешательства летчика. Это время запаздывания реакции самолета на действия летчика и является опасным. Ведь при заходе на посадку у самолета «штатная» скорость снижения равна 5 м/с, а в горизонтальной плоскости в этом режиме за каждую секунду самолет пролетает около 70 м.

Влияние горизонтального сдвига ветра  на полет самолета также опасно. Так, в случае резкого усиления встречного ветра будет наблюдаться «подбрасывание» самолета, а при его ослаблении самолет будет «проваливаться».

Под действием сдвигов ветра  самолет может испытывать эволюцию не только в вертикальной плоскости, но и изменять направление движения.

Все это объясняет причину того, что сдвиг ветра относится  к опасным для авиации атмосферным  явлениям, информация о которых в  оперативном порядке передается экипажам воздушных судов для  обеспечения безопасности полетов. Вот для чего в наших прогнозах есть информация о сдвигах ветра. На практике синоптик АМСГ использует для прогноза сдвигов ветра синоптический метод. Сдвиги ветра (умеренные или сильные) указываются в прогнозе тогда, когда по синоптической обстановке в районе аэродрома ожидается или наблюдается:

- атмосферные  фронты, особенно холодные фронты  второго рода;

-зоны  развития кучево-дождевой облачности;

-задерживающие  слои (инверсия или изотермия);

-горно-долинные  или стоковые ветры, а также  фен (для горных районов); -низкотропосферные струйные течения (мезоструи).

Условия полетов в устойчивой и  неустойчивой воздушной массе.