Почему и как летает самолет
Основные закономерности, объясняющие почему и как летает самолет, были рассмотрены в главе 2. Здесь мы остановимся лишь на тех вопросах, которые непосредственно связывают рассмотренные ранее закономерности с полетом моделей самолетов и особенностями их изготовления.
Мы выяснили, что при движении крыла со скоростью и и угле атаки а на него действует аэродинамическая сила R, составляющими которой являются подъемная сила У и сила лобового сопротивления X. Причем чем больше v и а, тем большие значения сил X и У. В зависимости от соотношения значений подъемной силы У и силы тяжести самолета G самолет будет лететь горизонтально или под углом к горизонту, набирая или теряя высоту. А соотношение силы тяги Р силовой установки и силы лобового сопротивления X определяет, летит ли самолет с постоянно установившейся скоростью или с ускорением (замедлением). Почему и как летает самолет
Рассмотрим основные режимы полета самолета.
Самолет может лететь по прямолинейной или криволинейной траектории, с постоянной или переменной скоростью, по горизонтальной траектории и по траектории, наклонной к горизонту (рис. 6.7), Полет с постоянной скоростью называется установившимся.
Рассмотрим установившийся горизонтальный полет (рис. 6.7, о). Пусть самолет летит прямолинейно по горизонтальной траектории с некоторой постоянной воздушной скоростью при некотором угле атаки. В этом случае на самолет действует полная аэродинамическая сила R. Разложим эту силу по правилу параллелограмма на две составляющих: перпендикулярно направлению полета — У и по полету — X. Подъемная сила крыла У будет направлена вертикально, так как самолет летит горизонтально, а сила лобового сопротивления X направлена прямо против движения. На самолет действует сила тяжести G, приложенная в центре тяжести и направленная вертикально вниз. По величине силы У и G должны быть равны, иначе самолет не будет лететь горизонтально.
Наконец, на самолет действует сила тяги Р винта, которая направлена в общем случае по направлению движения самолета. Эта сила уравновешивает силу лобового сопротивления. Итак, при установившемся горизонтальном полете подъемная сила крыла равна силе тяжести самолета, а тяга винта — лобовому сопротивлению. При отсутствии равенства этих сил движение будет или неравномерным, или криволинейным.
Рис. 6.7. Основные режимы установившегося полета самолета: а -— горизонтальный полет; б— подъем; в —спуск (планирование).
Рассмотрим теперь, какие силы действуют на самолет при установившемся подъеме (рис. 6.7, б). Подъемная сила Y направлена перпендикулярно движению самолета, сила лобового сопротивления X — против движения самолета, сила тяги Р — по движению и сила тяжести G — вертикально вниз. Все эти силы, как мы уже знаем, должны находиться в равновесии. Так как подъемная сила перпендикулярна направлению движения, то при подъеме она не будет совпадать с. направлением силы тяжести и, следовательно, не может ее уравновешивать (как это было в горизонтальном полете).
Разложив силу тяжести G на две составляющих Он и G-i (последняя направлена по линии действия силы X). Мы видим, что подъемная сила уравновешивает только одну составляющую — силу G\. Другую же составляющую — силу G> — вместе с силой лобового сопротивления X должна уравновешивать сила тяги двигателя Р. Таким обра-лом, при подъеме са молета тяга двигателя частично выполняет роль подъемной силы. Нетрудно заключить, что чем больше будет угол подъема, тем большую часть силы тяжести должна будет уравновешивать тяга двигателя.
При подъеме самолет, двигаясь поступательно, одновременно набирает высоту. Та высота, которую самолет набирает за 1 с, называется вертикальной скоростью подъема. Вертикальная скорость будет тем больше, чем больше избыток тяги силовой установки. Почему и как летает самолет
Установившееся планирование самолета — это равномерное его движение с за дросселированным двигателем по прямолинейной нисходящей траектории (рис. 6.7, в). Планирование характеризуется непрерывной потерей высоты. В летной практике под планированием принято понимать все случаи пологого прямолинейного равномерного снижения самолета, когда тяга двигателя меньше минимальной потребной тяги для установившегося горизонтального полета. При планировании (если пренебречь силой тяги за дросселированного двигателя) на самолет действуют те же силы, что и на планер (см. предыдущую главу).
В полете самолет все время преодолевает сопротивление воздуха. Эту работу выполняет его силовая установка. В качестве силовой установки используют либо двигатель и воздушный винт, либо реактивный двигатель. Здесь мы расскажем только о работе воздушного винта, потому что на большинстве летающих моделей устанавливают двигатель и воздушный винт, так как реактивные двигатели для летающих моделей пока широкого распространения не получили.
Итак, при вращении воздушного винта его лопасти набегают на поток воздуха под некоторым углом атаки и отбрасывают его назад, а сами стремятся двигаться вперед в соответствии с третьим законом Ньютона (тела действуют друг на друга с силами, направленными по одной прямой, равными по абсолютному значению и противоположными по направлению).
Воздушный винт при этом развивает силу, которая тянет самолет вперед и поэтому называется силой тяги или просто тягой винта. Тяга винта уравновешивает лобовое сопротивление самолета и сообщает ему необходимую для полета поступательную скорость.
Воздушный винт состоит из лопастей и соединяющей их центральной части — ступицы. Силу тяги развивают лопасти винта. Сечение лопасти (профиль) имеет форму, подобную форме профиля крыла. Профиль лопасти переменный: у конца лопасти тонкий, а к оси постепенно утолщается.
Ребро лопасти, которое при вращении набегает на поток воздуха, называется ребром атаки или передней кромкой, а заднее — ребром обтекания или задней кромкой.
Основной геометрической величиной, характеризующей воздушный винт, является его диаметр, т. е. диаметр окружности, описываемой при вращении винта концами его лопастей. Еще одна важная характеристика воздушного винта — его шаг. Теоретический шаг воздушного винта — это расстояние, которое движущийся поступательно с определенной скоростью винт должен был бы пройти за один полный оборот, если бы он двигался в воздухе, как в неподатливой среде. При полете самолета воздушный винт вследствие податливости воздуха продвигается за один оборот на расстояние, обычно несколько меньшее теоретического шага. Это расстояние называют действительным шагом винта или его поступью. Разность между теоретическим шагом и поступью называется скольжением винта.
Работа лопастей воздушного винта подобна работе крыла. Но движение винта сложнее. В отличие от крыла лопасти винта в полете не только движутся вперед, но еще и вращаются. Как же возникает сила тяги воздушного винта? Выделим на лопасти маленький элемент, ограниченный двумя сечениями (рис. 6.8, а). Его можно рассматривать как маленькое крыло, которое в полете движется по винтовой линии. Следовательно, элемент лопасти, подобно крылу самолета, создает аэродинамическую силу R. Эту силу мы можем рааложить на две силы — параллельную оси винта и перпендикулярную ей. Сила, направленная вперед, будет силой тяги элемента лопасти; вторая, меньшая сила, направленная против вращения винта,— тормозящей силой. Сила тяги винта в значительной степени зависит от скорости полета: с увеличением скорости она уменьшается. Почему это происходит и какое значение имеет для полета? Когда самолет стоит на земле и силовая установка работает, то лопасти винта имеют только одну скорость — окружную. Значит, воздух набегает на лопасти по направлению стрелки А в плоскости вращения винта. Угол между направлением набегающего потока и хордой профиля лопасти будет углом атаки. Как мы видим, он равен углу установки лопасти.
Иная картина получается в полете, когда винт не только вращается, но и движется вперед. Эти движения складываются, и в результате лопасть движется по винтовой линии (рис. 6.8, б), а угол между набегающим потоком воздуха и хордой профиля лопасти (угол атаки) уменьшается и становится меньше угла установки лопасти. Чем больше скорость полета, тем меньше углы атаки лопастей, а следовательно, меньше и сила тяги. Почему и как летает самолет
Сила тяги винта зависит от его диаметра, от ширины лопасти винта, от угла атаки, под которым лопасть встречает поток воздуха, и от скорости, с которой вращается винт, т. е. от частоты вращения. Для получения определенной силы тяги можно или малую массу воздуха отбрасывать с большой скоростью (малый диаметр винта и большая частота вращения), или большую массу воздуха отбрасывать с малой скоростью (большой диаметр винта и малая частота вращения). Во втором случае затраты энергии меньше. Отсюда следует, что выгоднее применять винты большого диаметра. В то же время винты большого диаметра громоздки, больше весят, кроме того, на концах их лопастей окружная скорость может достигнуть скорости звука, что приведет к снижению коэффициента полезного действия винта.
Рис. 6,8. Представление о силе тяги воздушного винта и угле атаки лопасти при работе винта: а — на месте; б — в полете.
Для каждого сечения лопасти окружная скорость вращения различна: около оси она равна нулю, а на конце лопасти наибольшая. Поэтому угол наклона (установки) лопасти должен уменьшаться от ее центра к концам. Наклон лопасти связан с расстоянием, которое проходят разные точки сечения винта за один оборот. Чтобы лопасть работала одинаково по всей длине и углы атаки всех сечений были примерно одинаковыми и равными углу, соответствующему наибольшей тяге, нужно закручивать лопасть винта, придавая ей в разных сечениях разный наклон. Эти важные особенности мы будем учитывать при изготовлении винтов для силовых установок наших моделей. Почему и как летает самолет
Где взять деньги для покупки металлоискателя видео
Комментариев нет:
Отправить комментарий