Конверт полета

В аэродинамике диапазон полета , диапазон обслуживания или диапазон характеристик самолета относятся или космического корабля к возможностям конструкции с точки зрения воздушной скорости и коэффициента нагрузки или плотности атмосферы, часто упрощенных до высоты. ^[1]^[2]

Этот термин применяется довольно широко и может также относиться к другим измерениям, таким как маневренность. Например, когда самолет толкают, например, пикируя на высоких скоростях, говорят, что он вылетел «за пределы конверта», что считается довольно опасным. Во время программ испытаний транспортных средств диапазон полета просто означает ту часть конструктивных возможностей самолета или космического корабля, которая уже была успешно испытана и, следовательно, перешла из теоретических или проектных возможностей в продемонстрированные/сертифицированные возможности.

Конверт полета — это один из ряда связанных терминов, которые используются аналогичным образом. Это, пожалуй, самый распространенный термин, поскольку он самый старый и впервые был использован в первые дни испытательных полетов. Он тесно связан с более современными терминами, известными как дополнительная мощность и « сюжет собачьей будки» , которые представляют собой различные способы описания диапазона полета самолета. Кроме того, этот термин был расширен за пределы области техники и стал относиться к строгим ограничениям, в которых будет происходить событие, или, в более общем смысле, к предсказуемому поведению данного явления или ситуации и, следовательно, к его «конверту полета». ".

Дополнительная мощность

Дополнительная мощность, или удельная избыточная мощность , ^[3] Это очень простой метод определения диапазона полета самолета. Его легко рассчитать, но, как недостаток, он мало что говорит о реальных характеристиках самолета на разных высотах.

Выбор любого конкретного набора параметров позволит получить необходимую мощность для конкретного самолета в данных условиях. Например, Cessna 150 на высоте 2500 футов (760 м) и скорости 90 миль в час (140 км/ч) требует около 60 лошадиных сил (45 кВт), чтобы лететь прямо и ровно. C150 обычно оснащен двигателем мощностью 100 лошадиных сил (75 кВт), поэтому в данном конкретном случае самолет имеет дополнительную мощность в 40 лошадиных сил (30 кВт). В целом это очень небольшая дополнительная мощность: 60% мощности двигателя уже израсходовано на удержание самолета в воздухе. Оставшиеся 40 л.с. — это все, с чем самолет может маневрировать, то есть он может подниматься, поворачивать или ускоряться лишь на небольшую величину. Для сравнения: C150 не мог поддерживать поворот со скоростью 2 g (20 м/с²), для чего в тех же условиях потребовалось бы минимум 120 лошадиных сил (89 кВт).

В тех же условиях истребителю может потребоваться значительно больше мощности, поскольку его крылья рассчитаны на высокую скорость, высокую маневренность или и то, и другое. Для достижения аналогичной производительности может потребоваться 10 000 лошадиных сил (7,5 МВт). Однако современные реактивные двигатели могут обеспечивать значительную мощность, эквивалентную 50 000 лошадиных сил (37 МВт), что не является нетипичным. Благодаря такой дополнительной мощности самолет может достигать очень высокой максимальной скорости набора высоты , даже подниматься прямо вверх, совершать непрерывные мощные маневры или летать на очень высоких скоростях.

Участок собачьей будки

Огибающая высот ( диаграмма HM ). Контур – это коэффициент нагрузки.

Конверт скорости поворота, описанный на ЭМ-диаграмме (график собачьей будки). Контур – это специфическая избыточная мощность.

График собачьей будки обычно показывает связь между скоростью горизонтального полета и высотой, хотя возможны и другие переменные. Это требует больше усилий, чем расчет дополнительной мощности, но, в свою очередь, дает гораздо больше информации, например, идеальную высоту полета. Сюжет обычно выглядит как перевернутая буква U и его обычно называют сюжетом собачьей будки из-за его сходства с конурой (иногда называемой «собачьей будкой» в американском английском). На диаграмме справа показан очень упрощенный график, который можно использовать для объяснения общей формы графика.

Внешние края диаграммы, конверт, показывают возможные условия, которых может достичь самолет при прямолинейном и горизонтальном полете. Например, самолет, обозначенный черной границей высоты справа, может летать на высоте примерно до 52 000 футов (16 000 м), и в этот момент более разреженный воздух означает, что он больше не может набирать высоту. Самолет также может летать со скоростью до 1,1 Маха на уровне моря, но не быстрее. Эта внешняя поверхность кривой представляет собой состояние нулевой дополнительной мощности . Вся область под кривой представляет условия, при которых самолет может летать с запасом мощности, например, этот самолет может летать со скоростью 0,5 Маха на высоте 30 000 футов (9 100 м), используя мощность менее чем на полную.

В случае высокопроизводительных самолетов, в том числе истребителей, эта линия «1-g», показывающая прямолинейный полет, дополняется дополнительными линиями, показывающими максимальные характеристики при различных перегрузках. На диаграмме справа зеленая линия представляет 2-g, синяя линия — 3-g и так далее. F -16 Fighting Falcon имеет очень небольшую зону полета со скоростью чуть ниже 1 Маха и близко к уровню моря, где он может поддерживать разворот в 9 g.

Полет за пределами конверта возможен, поскольку он представляет собой только состояние прямой и горизонтальной плоскости. Например, пикирование самолета позволяет развивать более высокие скорости, используя гравитацию в качестве источника дополнительной мощности. Аналогичным образом, на большую высоту можно подняться, сначала набрав скорость, а затем резко разогнавшись — маневр, известный как набор высоты с увеличением .

Скорость сваливания

Все самолеты имеют минимальную скорость, при которой они могут поддерживать горизонтальный полет, - скорость сваливания (левая предельная линия на схеме). По мере того, как самолет набирает высоту, скорость сваливания увеличивается; поскольку крыло не увеличивается в размерах, единственный способ выдержать вес самолета с меньшим количеством воздуха — это увеличить скорость. Хотя точные цифры будут сильно различаться от самолета к самолету, характер этой зависимости обычно один и тот же; Нанесенный на график зависимости скорости (ось X) от высоты (ось Y), он образует диагональную линию.

Сервисный потолок

Неэффективность крыльев также приводит к тому, что эта линия «наклоняется» с увеличением высоты до тех пор, пока она не станет горизонтальной и дополнительная скорость не приведет к увеличению высоты. Эта максимальная высота известна как практический потолок (верхняя предельная линия на диаграмме) и часто учитывается для летно-технических характеристик самолета. Область, в которой высота для заданной скорости больше не может увеличиваться в горизонтальном полете, известна как нулевая скороподъемность и вызвана тем, что подъемная сила самолета становится меньше на больших высотах, пока она не перестанет превышать силу тяжести .

Максимальная скорость

Правая часть графика представляет максимальную скорость самолета. Обычно она имеет наклон так же, как линия сваливания, из-за того, что сопротивление воздуха уменьшается на больших высотах до такой степени, что увеличение высоты больше не увеличивает максимальную скорость из-за нехватки кислорода для питания двигателей.

Требуемая мощность меняется почти линейно с высотой, но природа сопротивления означает, что она меняется пропорционально квадрату скорости - другими словами, обычно легче подняться выше, чем быстрее, вплоть до высоты, на которой двигателям начинает не хватать кислорода. играют значительную роль.

График зависимости скорости от коэффициента нагрузки

Диаграмма зависимости скорости от коэффициента нагрузки (или диаграмма Vn) — это еще один способ показать пределы летно-технических характеристик самолета. Он показывает, какой коэффициент перегрузки может быть безопасно достигнут при различных скоростях полета. ^[3]

При более высоких температурах воздух становится менее плотным, и самолетам приходится летать быстрее, чтобы создать такую же подъемную силу. Высокая температура может уменьшить количество груза, который может перевезти самолет, увеличить длину взлетно-посадочной полосы, которую самолет должен взлететь. и усложнить обход препятствий, таких как горы. В необычных погодных условиях полет может стать небезопасным или неэкономичным, что иногда приводит к отмене коммерческих рейсов. ^[4]^[5]

Дополнительные примечания

Хотя легко сравнивать самолеты по простым показателям, таким как максимальная скорость или практический потолок, изучение диапазона полета даст гораздо больше информации. Как правило, конструкция с большей площадью под изгибом будет иметь лучшие всесторонние характеристики. Это связано с тем, что, когда самолет не летит по краям конверта, его дополнительная мощность будет больше, а это означает больше мощности для таких задач, как набор высоты или маневрирование. Самолеты гражданской авиации имеют очень малые диапазоны полета, со скоростью от 50 до 200 миль в час, тогда как дополнительная мощность, доступная современным истребителям, приводит к огромным диапазонам полета, во много раз превышающим площадь. Однако в качестве компромисса военные самолеты часто имеют более высокую скорость сваливания. В результате этого и скорость посадки также выше.

«Раздвигая конверт»

Эта фраза используется для обозначения самолета, который поднимается на установленную высоту и скорость или превышает их. ^[6] В более широком смысле эта фраза может использоваться для обозначения проверки других пределов, как в аэрокосмической, так и в других областях, например Plus ultra (девиз) . ^[7]

См. также

Примечания

^ §23.333 Конверт полета. Архивировано 2 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
^ Конверт полета - схема. Архивировано 1 июня 2010 г. в Wayback Machine.
^ Jump up to: ^а ^б Синклер, Эдвард Дж. «Справочник армейского авиатора по маневрированию и управлению питанием». Архивировано 17 июля 2011 г. в Wayback Machine . п. 25. Отделение авиации армии США , 24 марта 2005 г. По состоянию на 6 января 2011 г.
^ Почему самолеты не могут летать, когда слишком жарко, и другие способы, которыми наша цивилизация не переносит жару.
^ Почему самолеты не могут летать в сильную жару
^ Куинион, Майкл. Нажмите на конверт World Wide Words . Доступ: 6 января 2011 г.
^ Г.В. Пулос и Дэниел Линдли. « Что такое полетный конверт? » WiseGeek , 6 мая 2014 г. Доступ: 16 мая 2014 г.

[1] §23.333 Конверт полета. Архивировано 2 апреля 2012 г. в Wayback Machine.

[2] Конверт полета - схема. Архивировано 1 июня 2010 г. в Wayback Machine.

[MFHap-3] Jump up to: ^а ^б Синклер, Эдвард Дж. «Справочник армейского авиатора по маневрированию и управлению питанием». Архивировано 17 июля 2011 г. в Wayback Machine . п. 25. Отделение авиации армии США , 24 марта 2005 г. По состоянию на 6 января 2011 г.

[4] Почему самолеты не могут летать, когда слишком жарко, и другие способы, которыми наша цивилизация не переносит жару.

[5] Почему самолеты не могут летать в сильную жару

[mqPush-6] Куинион, Майкл. Нажмите на конверт World Wide Words . Доступ: 6 января 2011 г.

[7] Г.В. Пулос и Дэниел Линдли. « Что такое полетный конверт? » WiseGeek , 6 мая 2014 г. Доступ: 16 мая 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]