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.