Эпюра скорости-нагрузки. Угловая скорость

Полётная эксплуатационная прочность ЛА представлена на диаграмме, на вертикальной оси которой отображается коэффициент перегрузки (рис. 4-47).

Эта диаграмма называется эпюрой скорости-нагрузки или эпюрой V — скорость (V) в зависимости от нагрузки или коэффициента перегрузки. Для каждого ЛА строится собственная эпюра V, действующая при определённом весе и высоте полёта.

Важнейшими компонентами эпюры Vg являются кривые максимальной подъёмной силы. ЛА на рис. 4-47 подвергается перегрузке не более чем +1 g при скорости 100 км/ч (горизонтальной скорости сваливания). Поскольку предельно допустимая нагрузка меняется пропорционально квадрату воздушной скорости, максимальная положительная несущая способность этого ЛА равна 2g на скорости 150 км/ч, 3g на скорости 180 км/ч, 4,4g на скорости 220 км/ч и т.д. Для данного ЛА значения коэффициента перегрузки, находящиеся выше этой линии, аэродинамически недостижимы (полёт будет невозможен, поскольку произойдёт сваливание). Такая же ситуация имеет место в случае полёта с отрицательной подъёмной силой (с тем различием, что скорость, необходимая для создания отрицательной нагрузки, выше, чем для положительной той же величины).

Если ЛА совершает полёт с положительным коэффициентом перегрузки, превышающим положительный коэффициент максимальной эксплуатационной перегрузки (4,4g), возможно возникновение структурных повреждений. При эксплуатации ЛА в этой области эпюры могут возникнуть опасные необратимые деформации основной конструкции ЛА, а также серьёзные усталостные разрушения. При нормальной эксплуата­ции ЛА следует избегать превышения коэффициента максимальной эксплуатационной перегрузки.

На эпюре Vg есть две другие важные точки. Первая — это пересечение кривых положительного коэффициента максимальной эксплуатационной перегрузки и максимальной положительной несущей способности. Воздушная скорость в этой точке является минимальной скоростью, при которой нагрузка может достичь предельной величины. При превышении этого значения скорости возникает перегрузка, способная по­вредить ЛА. Соответственно, при любой скорости, меньшей этого значения, такой перегрузки не возникает. Это значение скорости обычно обозначают термином «скорость маневрирования», поскольку, согласно положениям динамической теории дозвуковых скоростей, она обеспечивает минимальный полезный радиус поворота или манёвра. Скорость маневрирования является важной референсной точкой, поскольку при эксплуатации ЛА на скоростях ниже этого значения разрушающая положительная нагрузка возникнуть не может. Если ЛА движется со скоростью ниже скорости маневрирования, никакое сочетание маневра и порыва ветра не может создать разрушающую нагрузку.

Другая важная точка эпюры V — пересечение кривых отрицательного коэффициента максимальной эксплуатационной перегрузки и максимальной отрицательной несущей способности. Любое превышение этой скорости вызывает отрицательную нагрузку, достаточную для того, чтобы повредить ЛА; при полёте на скоростях, меньших этой, негативных нагрузок, способных повредить ЛА, не возникает.

Предельная воздушная скорость (или «скорость красной черты») относится к конструктивным референсным значениям. Для данного ЛА она составляет 360 км/ч. При полёте на скоростях, превышающих предельную воздушную скорость, различные полётные факторы могут вызвать структурные повреждения ЛА.

Итак, во время полёта ЛА ограничен значениями воздушной скорости и коэффициента перегрузки, которые не превышают предельной скорости (скорости красной черты) и коэффициента максимальной эксплуатационной перегрузки соответственно, а также не должен выходить за пределы максимальной несущей способности. Чтобы избежать структурных повреждений и сохранить ожидаемую эксплуатационную подъёмную силу, необходимо эксплуатировать ЛА строго в рамках этого «конверта».

Пилот должен воспринимать эпюру V как источник информации об обеспечивающих безопасный полёт сочетаниях воздушной скорости и коэффициента перегрузки. Любой манёвр, порыв ветра или сочетание этих факторов, выводящие ЛА за пределы «структурного конверта», могут вызвать повреждения конструкции и в целом снизить эксплуатационный ресурс ЛА.

Угловая скорость. Угловая скорость — это угол, на который поворачивается ЛА в единицу времени. Угловая скорость измеряется в градусах в секунду. Угловая скорость равна произведению константы 2020 на тангенс угла крена, делённому на воздушную скорость в км/ч (рис.4-48).

Если воздушная скорость растёт, а угловая должна остаться постоянной, необходимо увеличить угол крена. В противном случае угловая скорость снизится. Аналогично, если воздушная скорость сохраняется постоянной, при росте угла крена растет и угловая ско­рость ЛА. Формулы, приведённые на рис. 4-48-4-50, отражают соотношение между величинами угла крена и воздушной скорости и их влияние на угловую скорость.

ПРИМЕЧАНИЕ. Под воздушной скоростью в настоящем разделе понимается истинная воздушная скорость. Воздушная скорость самым существенным образом влияет на угловую. При увеличении воздушной скорости и сохранении постоянного угла крена угловая скорость уменьшается. Поэтому если воздушная скорость увеличивается, как показано на рис. 4-49, можно сделать вывод, что для достижения того же значения угловой скорости, что на рис. 4-50, угол крена должен быть увеличен. Что это означает с практической точки зрения? Если выбранные значения воздушной скорости и угла крена определяют конкретное значение угловой скорости, можно прийти к следующим выводам. Зная, что угловая скорость — это определённый угол, описываемый ЛА в секунду, количество секунд, необходимое для того, чтобы описать круг (360°), можно вычислить с помощью простейшей пропорции.

Например, если ЛА движется со скоростью 220 км/ч и креном 30°, его угловая скорость составляет 5,3° в секунду, и он опишет полный круг за 67,9 секунд (360° -S- 5,3 = 67,9 секунд). Аналогично, если ЛА движется со скоростью 440 км/ч, а угол крена равен 30°, его угловая скорость составит 2,65° в секунду, и для описания полного круга ему понадобится примерно 136 секунд. Таким образом, формула показывает, что любое увеличение воздушной скорости прямо пропорционально времени, за которое ЛА проходит дугу. Почему так важно понимать эти зависимости? Когда вычислена угловая скорость поворота, пилот может определить расстояние, необходимое, чтобы выполнить этот поворот, или радиус поворота.