Файл: Цейтлин Г.М. Аэродинамика и динамика полета самолета с ТРД учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 250
Скачиваний: 17
полета, называют б а л а н с и р о в о ч н ы м. Его можно определить из уравнения (8.1):
— для самолета с рулем высоты
mz
для самолета с управляемым стабилизатором
(8.2-2)
Поскольку коэффициент су сам по себе еще не определяет ре жима полета, зависимости (8.2-1) и (8.2-2) в общем случае неод нозначны. Чтобы определить коэффициент су, в общем случае не обходимо задать четыре параметра, совокупность которых полно стью характеризует режим полета:
—удельную нагрузку крыла G/S;
—нормальную перегрузку пу;
—высоту полета //;
—число М полета.
Разумеется, вместо числа М могут быть заданы скорость по лета или индикаторная (приборная) скорость полета, так как на определенной высоте эти параметры однозначно связаны через скоростной напор:
q ^ l p H W = ^ ~ ^ - . |
(8.3) |
Продольную балансировку самолета принято рассматривать в прямолинейном горизонтальном полете, т. е. при пу=\. Удельная
нагрузка -у считается известной, а высота полета — заданной. Тогда коэффициент подъемной силы, а через него и балансировоч
ные углы отклонения рулевых поверхностей |
будут зависеть только |
||||
от числа М (V, Vi) полета. |
|
|
|
|
|
График зависимости балансировочного угла отклонения руля |
|||||
высоты |
или стабилизатора |
от числа М (скорости полета, индика |
|||
торной |
скорости) горизонтального полета |
называют |
б а л а н с и р о |
||
в о ч н о й д и а г р а м м о й |
с а м о л е т а , |
а |
уравнения (8.2-1) и |
||
(8.2-2) —у р а в н е н и я м и |
б а л а н с и р о в о ч н о й |
д и а г р а м м ы . |
|||
Рассмотрим балансировочную диаграмму самолета с управляе мым стабилизатором. Чтобы каждый раз не обращаться к фор муле (7.3), построим заранее соответствующую ей кривую с ц г п ( М ) . При заданных значениях пу, G/S и Я коэффициент су обратно про порционален М2 (рис. 8.1, верхний график). Подчеркнем, что в данном случае зависимость с у т л (М) не связана с несущими свой ствами крыла. Она выражает единственную закономерность'— равенство между подъемной силой и весом самолета, без чего го ризонтальный полет невозможен.
236
Д ля выявления основных тенденций в течении балансировоч
ной диаграммы предположим, что величины mz0, |
xF |
и |
m'l |
от |
|||||||||
числа М не зависят. Пусть, кроме того, сначала |
mzQ = 0. |
|
|
|
|||||||||
Обозначим |
на |
графике |
число |
М т р — наименьшее |
число |
М по |
|||||||
лета, при котором |
обтекание еще |
можно |
считать |
бессрывным, |
|||||||||
а зависимость mz(cy) |
—линейной. |
По формуле |
(8.2-2) |
на |
этом |
||||||||
числе М |
балансировочный |
угол |
отклонения |
стабилизатора |
будет |
||||||||
|
|
|
|
|
'•у тр |
|
|
|
|
|
|
|
|
Так |
как |
коэффициент |
эффективности |
стабилизатора /я| < |
О, |
||||||||
а коэффициент с у т р |
достаточно |
велик, то угол |
ф т р |
будет |
иметь |
||||||||
значительную отрицательную величину. Объясним физику явления. При малых числах М (скоростях)
. в горизонтальном полете нужны большие коэффициенты с у т м , а следовательно, и большие углы атаки (рис. 8.2). Так как самолет имеет переднюю относительно фокуса центровку, то подъемная сила Y создает пикирующий мо мент. Чтобы его уравновесить оди-
тго*0
Рис. 8.1. |
К |
объяснению |
баланси |
Рис. |
8.2. |
При больших |
углах |
ровочной диаграммы самолета |
атаки |
стабилизатор (руль) от |
|||||
|
|
|
|
клонен |
на кабрирование |
||
наковым |
по |
величине |
кабрирующим |
рулевым |
моментом, |
необхо |
|
дима отрицательная, направленная вниз, сила ДКг.о- При больших углах атаки ее можно получить только за счет значительного от
клонения стабилизатора |
(или руля |
высоты) на кабрирование. |
|||
С увеличением числа |
М |
угол |
отклонения |
стабилизатора |
на |
кабрирование уменьшается |
пропорционально |
суГ^ и, как и |
этот |
||
коэффициент, асимптотически стремится к нулю при неограничен ном увеличении числа М полета (см. рис. 8.1, кривая при m z 0 = 0).
Роль коэффициента пропорциональности между параметрами ф и си г .п играет отношение . Чем больше запас центровки,
237
тем интенсивнее изменяется продольный момент самолета при из менении коэффициента си и числа М Соответственно и большие углы отклонения стабилизатора необходимы для восстановления
балансировки самолета |
при одном |
и том же изменении числа |
||
МГ .П — балансировочная |
диаграмма проходит круче. Чем выше эф |
|||
фективность стабилизатора, |
тем меньше его отклонение, потребное |
|||
для уравновешивания данного приращения |
момента, — балансиро |
|||
вочная диаграмма проходит |
положе. |
|
|
|
Теперь посмотрим, как может повлиять |
на течение балансиро |
|||
вочной диаграммы коэффициент тгй. |
Поскольку этот коэффициент |
|||
момента от режима полета |
не зависит, для его уравновешивания |
|||
при любом числе М полета |
требуется |
один и тот же дополнитель |
||
ный угол отклонения стабилизатора:
Так как /я|<0, то знаки Аф0 и mz0 |
одинаковы. Это и понятно. |
||||||
Если момент Мг0 |
кабрирующий, то для его уравновешивания ста |
||||||
билизатор нужно отклонить на пикирование1 ; |
|
|
|
||||
Все сказанное выше о балансировочной диаграмме ср(М) в пол |
|||||||
ной мере относится и к диаграмме 8В (М), если |
считать пв |
= const. |
|||||
Желательно, |
чтобы |
коэффициент |
mz0 |
был положительным. |
|||
Тогда балансировочная |
диаграмма поднимется |
вверх (см. рис. 8.1, |
|||||
кривая для т г |
о > 0 ) и увеличатся запасы углов |
отклонения |
руля и |
||||
стабилизатора |
на |
кабрирование при полете |
с |
большими |
значе |
||
ниями коэффициента с у г л . Напомним, что углы ср и 8В ограничены |
|||||||
развитием срыва потока на горизонтальном оперении. Кроме того, руль и стабилизатор имеют упоры.
На самолетах с рулем высоты условие tnz0>0 обеспечивается за счет отрицательного установочного угла <р0 стабилизатора. Уве личение отрицательного угла <р0 равносильно постепенному пере ходу к управляемому стабилизатору с той чисто формальной раз ницей, что часть создаваемого им момента (ЩЧо) включается в коэффициент mz0.
Самолеты с |
управляемым стабилизатором обычно имеют очень |
||||
малые (иногда |
даже отрицательные) значения |
т г 0 |
, |
обусловлен |
|
ные в основном профилем и круткой крыла. |
|
|
|
|
|
В действительных условиях параметры mz0, |
т], |
xF |
и пв, |
кото |
|
рые до сих пор условно считались постоянными, являются |
функ |
||||
циями числа М полета. Наиболее существенные, характерные для всех самолетов отклонения балансировочной диаграммы от рас смотренной выше основной тенденции связаны прежде всего с из менениями координаты Хр.
На докритических числах М |
= const (рис. 8.3, верхний |
гра |
||
фик), и балансировочная |
диаграмма примерно |
совпадает с услов |
||
ной кривой, построенной |
без учета |
проявления |
сжимаемости |
воз- |
;*..•> 238
духа (штриховая линия на нижнем графике). Небольшие откло нения могут быть вызваны изменениями т г 0 и /?г|.
После М к р аэродинамический фокус начинает перемещаться назад. Координата Хр входит в уравнение балансировочной диа
граммы |
не в виде отдельного_множителя, |
а в составе запаса цен |
||
тровки. |
Поскольку разность xF— |
хТ на |
докритических |
режимах |
полета |
невелика (обычно 3—5%), |
то в начале области |
волнового |
|
кризиса даже небольшой сдвиг фокуса вызывает существенное от
носительное |
увеличение запаса |
центровки. |
В небольшом интер |
||||
вале чисел М он увеличивается в |
хт |
ocF |
|||||
несколько |
раз, т. е. значительно |
бы- |
|||||
стрее, |
чем |
уменьшается |
коэффи |
|
|
||
циент |
cv |
в |
прямолинейном |
полете, |
_ |
ОСр ~ ОСfi |
|
и коэффициент —cv(xp— хг) |
пики |
Хщ |
|
|
|
|
|
||||||||
рующего |
момента |
подъемной |
силы |
о |
|
|
|
2,0 |
М |
||||||
возрастает. |
Чтобы |
уравновесить |
|
|
|
|
|||||||||
./77V |
|
|
|
|
|
||||||||||
этот момент, необходимо допол- |
т7П |
1 |
|
|
|
||||||||||
нительное |
|
отклонение |
стабилиза |
|
|
|
|
|
|
||||||
тора |
на |
кабрирование. |
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
||||||
после |
М к р |
балансировочная |
диа |
О |
|
|
|
|
|
||||||
грамма самолета |
круто |
отклоняется |
|
1,0 |
|
2,0 |
М |
||||||||
книзу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
С дальнейшим |
увеличением |
чис |
|
|
|
|
|
|
||||||
ла М, по мере того как возрастает |
о |
|
М, !,0Мг |
|
^ |
||||||||||
сам |
запас |
центровки, |
его |
относи |
|
|
|
|
|
||||||
тельное |
увеличение |
замедляется. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Начиная с некоторого числа М темп |
|
|
] |
„Ломна" |
|
||||||||||
увеличения запаса |
центровки |
стано |
|
|
|
|
|
|
|||||||
вится |
ниже |
темпа падения |
с у г п , |
Рис. |
8.3. |
Балансировочная |
диа |
||||||||
коэффициент пикирующего |
момен |
||||||||||||||
та |
—с,,(хр |
— хТ) |
уменьшается |
и |
грамма самолета |
с |
управляемым |
||||||||
|
|
стабилизатором |
|
||||||||||||
балансировочная |
диаграмма |
снова |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
отклоняется |
кверху. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Таким образом, за счет интенсивного увеличения запаса |
цен |
|||||||||||||
тровки в начале области волнового |
кризиса |
(рис. 8.3, |
диапазон |
||||||||||||
чисел М от М| до Мг) балансировочная диаграмма |
имеет участок |
||||||||||||||
с отрицательным |
наклоном — при увеличении |
скорости полета |
ста |
||||||||||||
билизатор нужно отклонять на кабрирование. Этот участок диа
граммы |
принято называть «ложкой». |
|
Чем |
меньше |
стреловидность крыла, чем больше его удлинение |
и относительная |
толщина профиля, тем интенсивнее развивается |
|
волновой кризис |
и быстрее перемещается назад аэродинамиче |
|
ский фокус самолета. Соответственно и «ложка» на балансировоч
ной |
диаграмме |
будет |
более |
крутой, |
глубокой |
(по |
изменению |
|
угла |
ф) и широкой (по диапазону |
чисел М). Из уравнения балан |
||||||
сировочной диаграммы |
видно, |
что уменьшение |
положительного |
|||||
(или |
увеличение |
отрицательного) |
коэффициента |
тг0, |
равно как и |
|||
снижение эффективности |
стабилизатора, |
требует |
дополнительного |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
• ?39 |
