Уголок гроба (аэродинамика)
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2009 г. ) |
Уголок гроба (также известный как аэродинамический потолок) [1] или угол Q ) — это область полета, где с неподвижным крылом быстрого, но дозвукового самолета скорость сваливания близка к критическому числу Маха , при заданной полной массе и перегрузке . На этом участке полета очень сложно удержать самолет в устойчивом полете. Поскольку скорость сваливания — это минимальная скорость, необходимая для поддержания горизонтального полета, любое снижение скорости приведет к сваливанию самолета и потере высоты. Поскольку критическое число Маха — это максимальная скорость, с которой воздух может перемещаться по крыльям без потери подъемной силы из-за отрыва потока и ударных волн, любое увеличение скорости приведет к тому, что самолет потеряет подъемную силу или сильно наклонится носом вниз и потеряет высота.
«Угол» относится к треугольной форме в верхней части диаграммы диапазона полета , где скорость сваливания и критическое число Маха находятся в пределах нескольких узлов друг от друга. «Гроб» означает возможную смерть в таких ларьках. Скорость, где они встречаются, — это потолок самолета. Это отличается от того же термина, который используется для вертолетов, находящихся за пределами режима авторотации, как показано на диаграмме высоты-скорости .
Аэродинамическая основа
[ редактировать ]Рассмотрение статики показывает, что когда самолет находится в прямолинейном горизонтальном полете с постоянной воздушной скоростью , подъемная сила на основном крыле плюс сила (в отрицательном смысле, если направлена вниз) на горизонтальном стабилизаторе равна весу самолета и его тяга равна его сопротивлению . В большинстве случаев это равновесие может возникнуть в диапазоне скоростей полета. Минимальной такой скоростью является скорость сваливания, или V SO . , Указанная воздушная скорость при которой самолет сваливается, зависит от веса самолета, но незначительно зависит от высоты. На скоростях, близких к скорости сваливания, крылья самолета находятся под большим углом атаки .
На больших высотах ниже, плотность воздуха чем на уровне моря. Из-за постепенного уменьшения плотности воздуха по мере увеличения высоты самолета его истинная воздушная скорость постепенно превышает расчетную воздушную скорость. Например, указанную воздушную скорость, при которой самолет сваливается, можно считать постоянной, но истинная скорость, при которой он сваливается, увеличивается с высотой.
Воздух проводит звук с определенной скоростью, « скоростью звука ». Это замедляется по мере того, как воздух становится прохладнее. Поскольку температура атмосферы обычно снижается с высотой (до наступления тропопаузы ), скорость звука также уменьшается с высотой. (Подробнее в Международной стандартной атмосфере о зависимости температуры от высоты см. .)
Заданная воздушная скорость, разделенная на скорость звука в этом воздухе, дает соотношение, известное как число Маха . Число Маха 1,0 указывает на скорость полета, равную скорости звука в этом воздухе. Поскольку скорость звука увеличивается с температурой воздуха, а температура воздуха обычно уменьшается с высотой, истинная скорость воздуха для данного числа Маха обычно уменьшается с высотой. [2]
Поскольку самолет движется в воздухе быстрее, поток воздуха над частями крыла достигнет скорости, приближающейся к 1,0 Маха. На таких скоростях ударные волны в воздухе, проходящем над крыльями, образуются , резко увеличивающие сопротивление из-за расхождения сопротивления , вызывая тряску Маха или резко изменяя центр давления опускания носа, , что приводит к моменту называемому « маховой подкладкой ». Число Маха самолета, при котором проявляются эти эффекты, известно как его критическое число Маха , или M CRIT . Истинная скорость полета, соответствующая критическому числу Маха, обычно уменьшается с высотой.
Диапазон полета представляет собой график различных кривых, представляющих пределы истинной воздушной скорости и высоты самолета. Обычно верхняя левая граница огибающей представляет собой кривую, показывающую скорость сваливания, которая увеличивается с увеличением высоты. Верхняя правая граница конверта представляет собой кривую, представляющую критическое число Маха в терминах истинной воздушной скорости, которое уменьшается с увеличением высоты. Эти кривые обычно пересекаются на некоторой высоте, превышающей максимально разрешенную высоту для самолета. Это пересечение является углом гроба или, более формально, Q. углом [3]
Приведенное выше объяснение основано на уровне, постоянной скорости, полете с заданной полной массой и коэффициентом перегрузки 1,0 G. Конкретные высоты и скорости угла гроба будут различаться в зависимости от веса, а коэффициент перегрузки увеличивается из-за маневров крена и тангажа. . Аналогичным образом, конкретные высоты, на которых скорость сваливания соответствует критическому числу Маха, будут различаться в зависимости от фактической температуры воздуха.
Последствия
[ редактировать ]Когда самолет замедляется ниже скорости сваливания, он не может создать достаточную подъемную силу, чтобы нейтрализовать силы, действующие на самолет (такие как вес и центростремительная сила). Это приведет к снижению высоты самолета. Падение высоты может привести к тому, что пилот увеличит угол атаки, потянув ручку назад, поскольку обычно увеличение угла атаки приводит к набору высоты. Однако при превышении крылом критического угла атаки увеличение угла атаки приведет к потере подъемной силы и дальнейшей потере скорости полета – крыло сваливается . Причина, по которой крыло сваливается при превышении критического угла атаки, заключается в том, что поток воздуха над верхней частью крыла разделяется .
Когда самолет превышает свое критическое число Маха (например, во время предотвращения сваливания или выхода из сваливания), сопротивление увеличивается или происходит подворачивание Маха , что может привести к опрокидыванию самолета, потере управления и потере высоты. В любом случае, когда самолет падает, он может набрать скорость, а затем может произойти разрушение конструкции , обычно из-за чрезмерных сил перегрузки на этапе подъема.
По мере приближения самолета к углу гроба разница между скоростью сваливания и критическим числом Маха становится все меньше и меньше. Небольшие изменения могут привести к тому, что то или иное крыло окажется выше или ниже допустимых пределов. Например, при повороте внутреннее крыло имеет более низкую скорость полета, а внешнее крыло - более высокую. Самолет мог превысить оба предела одновременно. Или турбулентность может привести к внезапному изменению скорости полета до предельных значений. Некоторые самолеты, такие как Lockheed U-2 , обычно работают в «уголке гроба». В случае с У-2 самолет был оснащен автопилотом, правда, он был ненадежен. [4] Запас скорости U-2 на большой высоте между 1- g предупреждением о сваливании и махом может составлять всего 5 узлов. [5]
Самолеты, способные летать близко к критическому числу Маха, обычно имеют махметр — прибор, который показывает скорость в единицах числа Маха. В рамках сертификации самолетов в Соединенных Штатах Америки Федеральное управление гражданской авиации (FAA) сертифицирует максимальную эксплуатационную скорость в единицах числа Маха или MMO .
После серии крушения высокопроизводительных самолетов, летавших на больших высотах, причину которых невозможно было объяснить, поскольку самолеты практически полностью были уничтожены, ФАУ опубликовало консультативный циркуляр, устанавливающий руководящие принципы для улучшения подготовки летных экипажей к выполнению полетов на больших высотах с высокими летно-техническими характеристиками. самолет. В циркуляре содержится подробное объяснение аэродинамических эффектов и операций возле угла гроба. [3]
Из-за влияния большего числа Маха при полете на большой высоте ожидаемые летные характеристики данной конфигурации могут существенно измениться. На это указывалось в отчете, описывающем влияние кристаллов льда на показания воздушной скорости трубки Пито на большой высоте:
«…угол атаки для начала бафтинга значительно меньше, чем угол атаки для сваливания на малых высотах. Высокоскоростной бизнес-джет», представленный на 24-м Международном конгрессе авиационных наук, включал в себя высокоскоростной бизнес-джет средней вместимости с крыльями большой стреловидности для проведения испытаний на низкой скорости. На высоте около 13 000 футов был организован буфет. начало AOA произошло на 16,84 градусах. Напротив, в прямолинейном и горизонтальном полете на эшелоне FL 450 начальный угол AOA составил 6,95 градуса. Другими словами, будьте осторожны с тангажем на больших высотах из-за ограниченного диапазона угла наклона угла наклона из-за Маха. эффекты». [6]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сваттон, Питер Дж. (2011), «14.11», Принципы полета для пилотов , Чичестер, Великобритания: Wiley & Sons Ltd, ISBN 978-0-470-71073-9
- ^ Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Раздел 1.2, Pitman Publishing Limited, Лондон, ISBN 0-273-01120-0
- ^ Jump up to: а б Федеральное управление гражданской авиации (2003-01-02), AC 61-107B - Полеты самолетов на высоте выше 25 000 футов, средний уровень моря или числа Маха больше 0,75 , получено 31 октября 2015 г.
- ^ Пауэрс, Фрэнсис Гэри (2004). Операция «Перелет: воспоминания об инциденте с U-2» . Курт Джентри. Вашингтон, округ Колумбия: Брасси . стр. 18, 60. ISBN. 978-1-59797-996-2 . OCLC 755584088 .
- ^ Руководство по летной эксплуатации: модели самолетов U-2C и U-2F (PDF) . АФ(Ц)-1-1. ВВС США . 15 октября 1968 г. стр. 6–10.
- ^ Вейлетт, Патрик, доктор философии. Деловая и коммерческая авиация: ненадежные показания воздушной скорости ухудшились из-за высотных ледяных кристаллов 22 апреля 2019 г. (по состоянию на 24 апреля 2019 г.)
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Схема угла гроба (на немецком языке).