Асимметричная нагрузка (Р-фактор). Коэффициент перегрузки. Учёт коэффициента перегрузки при проектировании ЛА

При полёте с высоким УА движущаяся вниз лопасть «откусывает» больший «кусок» окружающего воздуха, чем движущаяся вверх. Это сдвигает центр тяги вправо по площади, ометаемой воздушным винтом, вызывая момент рыскания, направленный влево вокруг вертикальной оси. Доказательство существования такого явления достаточно сложное, поскольку оно включает в себя решение геометрических задач сложения векто­ров сил, действующих на каждую лопасть, с учётом УА каждой лопасти и УА летательного аппарата. Эта асимметричная нагрузка вызывается равнодействующей скоростью, которая складывается из скорости движения лопасти воздушного винта вдоль плоскости его вращения и скорости воздуха, проходящего горизонтально сквозь диск воздушного винта. Если ЛА движется с положительным УА, правая, если смотреть сзади, или опускающаяся, лопасть проходит через область воздуха, движущегося со скоростью, которая больше, чем скорость левой (поднимающейся) лопасти. Поскольку лопасть пропеллера представляет собой аэродинамическую поверхность, увеличение её скорости приводит к увеличению подъёмной силы. Опускающаяся лопасть создаёт большую подъёмную силу и стремится повернуть нос ЛА влево. При полёте с высоким УА движущаяся вниз лопасть имеет большую равнодействующую скорость и создаёт большую подъёмную силу, чем лопасть, движущаяся вверх (рис. 4-43).

Это легче представить, если допустить, что вал воздушного винта установлен перпен­дикулярно земле (как у вертолёта). Если исключить любое движение воздуха, помимо того, что создаётся самим воздушным винтом, одинаковые области каждой лопасти будут иметь одну и ту же воздушную скорость. Когда воздух движется горизонтально сквозь установленный вертикально воздушный винт, движущаяся вперёд (против воздушного потока) лопасть имеет большую воздушную скорость, чем лопасть, движущаяся назад (в одном направлении с воздушным потоком). Таким образом, лопасть, движущаяся против воздушного потока, создаёт большую подъёмную силу (или тягу), и центр тяги перемещается по направлению к этой лопасти. Теперь представим себе установленный вертикально вал воздушного винта, вращающийся под малым углом к воздушному потоку (как у самолёта). В этом случае неуравновешенная тяга начинает постепенно падать и продолжает уменьшаться до тех пор, пока не станет равной нулю (в момент, когда вал воз­душного винта будет расположен точно по горизонтали относительно воздушного потока).



Воздействие каждой из четырёх составляющих крутящего момента меняется при изменении полётной ситуации. В какой-либо фазе полёта одна из составляющих оказывает большее влияние, чем другая, в другой фазе — наоборот. Соотношение этих сил зависит от лётно-технических характеристик каждого ЛА — его планера, двигателя, конфигурации воздушного винта, а также от других параметров. Для того, чтобы сохранить контроль над ЛА в любых полётных условиях, пилот должен надлежащим образом использовать органы управления полетом, уравновешивая изменяющиеся силы. Коэффициент перегрузки. В аэродинамике коэффициентом перегрузки называется отношение максимальной нагрузки, которую способен выдержать ЛА, к его полному полётному весу. Коэффициент перегрузки выражается числом, кратным g (ускорению свободного падения), g представляет собой единицу силы, равную силе тяготения, приложенной к телу в состоянии покоя. Любая сила, стремящаяся отклонить ЛА от прямой траектории полёта, создает нагрузку на его конструкцию. Максимум этой нагрузки и определяется коэффициентом перегрузки. Хотя прохождение курса аэродинамики не является обязательным условием получения лётного свидетельства, компетентный пилот должен хорошо понимать, какие силы действуют на ЛА, как использовать эти силы в процессе полёта и какие операционные ограничения имеет ЛА.

Например, коэффициент перегрузки, равный 3, означает, что полная нагрузка на конструкцию ЛА в три раза больше его полного полётного веса. Поскольку коэффициент перегрузки выражается в g, можно сказать, что он равен 3g.

Если на выходе из пикирования коэффициент перегрузки равен 3g, это означает, что пилот вдавливается в кресло с силой, в 3 раза превышающей его вес. Поскольку современные ЛА рассчитаны на достаточно высокую воздушную скорость, их коэффициент перегрузки бывает высоким, и перегрузка становится важным фактором при проектировании конструкции ЛА.

Конструкция любого ЛА способна выдерживать нагрузку лишь до определённого предела. Поэтому пилоту крайне важно знать коэффициент перегрузки эксплуатируемого им ЛА. Значимость коэффициента перегрузки связана с двумя причинами:
пилот имеет возможность создать опасную перегрузку конструкции ЛА;
Рост коэффициента перегрузки увеличивает скорость сваливания на крыло, делая сваливание возможным при относительно безопасной воздушной скорости.

Учёт коэффициента перегрузки при проектировании ЛА. Ответ на вопрос «насколько прочным должен быть ЛА?» зависит, главным образом, от области применения этого ЛА. Вопрос крайне непростой, поскольку максимально возможные нагрузки значительно превышают допустимые для любой эффективной конструкции ЛА. Чрезмерную нагрузку на конструкцию ЛА могут вызвать, например, жёсткая посадка или слишком резкий выход из пикирования. В то же время такие нагрузки могут оказаться вполне допустимыми, если конструкция ЛА рассчитана на быстрый взлёт, медленную посадку и значительный полезный груз. В этом смысле становится важной задачей определить наибольшее значение коэффициента перегрузки, допустимое при штатной эксплуатации ЛА в различных полётных ситуациях. Эта величина называется коэффициентом максимальной эксплуатационной перегрузки (КМЭП). ЛА должен выдерживать такую перегрузку без каких-либо структурных повреждений. Хотя обычно предполагается, что конструкция ЛА должна сохранять эксплуатационные качества при перегрузках, превышающих КМЭП в 1,5 раза, считается допустимым, если в этом случае некоторые части ЛА потеряют первоначальную форму, а конструкция подвергнется не слишком существенным повреждениям. Коэффициент перегрузки в 1,5 КМЭП называется «коэффициентом запаса прочности». Такой запас прочности обеспечивает (до некоторой степени) устойчивость ЛА к нагрузкам выше тех, которые ожидаются при штатной эксплуатации. Сказанное не означает, что пилот может сознательно и на постоянной основе задействовать запас прочности во время полёта. Скорее, этот запас предусмотрен для сохранения целостности ЛА в непредусмотренных полётных ситуациях. Приведённые выше соображения справедливы для любых условий нагрузки, будь то порывы ветра, маневрирование или приземление. Принятые сегодня параметры устойчивости ЛА к перегрузке от порывов ветра, по своей сути, не меняются в течение многих десятилетий. Сотни тысяч эксплуатационных часов доказали, что они обеспечивают необходимую безопасность. Поскольку пилот не имеет практической возможности контролировать перегрузку от порывов ветра (за исключением снижения скорости ЛА при входе в область турбулентности), требования к устойчивости к этому виду перегрузки примерно одинаковы для большинства ЛА общего назначения, вне зависимости от области их применения. В целом, коэффициент перегрузки от порыва ветра является определяющим при проектировании ЛА, не предназначенных для спортивно-пилотажного использования. Совершенно иной является ситуация с так называемым «коэффициентом эксплуатационной перегрузки». При обсуждении этой темы необходимо остановиться на: (1) ЛА, спроектированных в соответствии с системой категорий (т.е. обычных, универсальных, спортивно-пилотажных) и (2) старых ЛА, спроектированных ещё до введения этой системы. ЛА, спроектированные в соответствии с системой категорий, легко идентифицируются маркировкой в кабине пилотов, которая указывает на эксплуатационную категорию (или категории) конкретного ЛА.

С увеличением сложности разрешённых манёвров растёт и коэффициент перегрузки. Смысл введения системы категорий заключается в обеспечении максимально эффективной эксплуатации ЛА. Если ЛА предназначен исключительно для обычных задач, необходимый коэффициент перегрузки (а значит, и вес ЛА) меньше, чем в том случае, если он выполняет тренировочные или спортивно-пилотажные задачи, поскольку они предполагают более высокую нагрузку при маневре.

ЛА, не имеющий маркировки категории, скорее всего, проектировался на основе более ранних инженерных стандартов, которые не предполагали конкретных эксплуатационных ограничений. Такие ЛА (с полным полётным весом до 1,8 т) по допустимым перегрузкам сравнимы с современными универсальными ЛА и могут эксплуатироваться в тех же условиях. Если полный полётный вес такого ЛА превышает 1,8 т, коэффициент перегрузки снижается. Такие ЛА считаются сравнимыми по прочности с современными обычными ЛА и могут эксплуатироваться в тех же условиях, что они.






Дата добавления: 2017-11-30; просмотров: 553;


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2020 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.005 сек.