Криволинейный полет в горизонтальной плоскости. Выполнение правильного виража (разворота)

 

Разворотом называется горизонтальный манёвр самолёта, предназначенный для изменения направления полёта. Вираж – это криволинейный полёт по окружности. Вираж, выполняемый с постоянными скоростью и углом крена, без скольжения называется правильным; вираж с креном менее 45° называется мелким, более 45° глубоким; вираж с малым радиусом называется форсированным. Если угол поворота траектории меньше 360°, то такой манёвр называют разворотом.

Рассмотрим схему сил, действующих на самолёт при выполнении правильного виража (с постоянным креном без скольжения) и запишем уравнение движения в траекторной системе координат.

                                                                      Y cosɤ             Y

     P                                                                                ɤ

 

                           Y Sinɤ                                                                  

                                                                                                   Y sinɤ

                                                 Rв Ѱ                                 ɤ

                                                  

     X                                                                                G

 

                          Рис 9.1                                         Рис 9.2

 

Эти уравнения выражают:

· ; (постоянство скорости);

· Ycosɤ-G=0 (постоянство высоты);

· (постоянство радиуса виража при постоянном крене)

Первое уравнение этой системы определяет закон изменения скорости при выполнении виража; второе – выполнение виража на постоянной высоте; третье –искривление траектории с криволинейным ускорением . Из первого уравнения системы определяем потребную перегрузку для выполнение правильного виража. При    траектория полёта искривляется в вертикальной плоскости вниз; при    вверх. Чем больше угол крена тем больше должна быть перегрузка: для  45°, = 1,41; для 60° =2; для  80 5,762.Искривление траектории осуществляется составляющей подъемной силы Ysin  направленной по нормали ли к траектории в горизонтальной плоскости. Таким образом радиус виража = Угловая скорость виража (разворота)  ;время выполнения виража ; расход топлива на вираж .

Для выполнения правильного виража подъемная сила должна быть больше, чем в горизонтальном полёте при том же угле атаки. Для создания подъемной силы потребная скорость виража должна быть больше, чем в горизонтальном полёте в раз. Действительно, =G ; = = . .

Для выполнения правильного виража с креном без скольжения скорость должна быть увеличена в  раз. В таблице 9.1 указана эта величина зависимости от угла крена.

                                                                                               Табл 9.1

	10	20	30	45	60
	1.007	1.03	1.07	1.19	1.41

 

 

Скорость сваливания на вираже возрастает в такое же число раз, эксплуатационный диапазон скоростей горизонтального полёта уменьшается. Например, для самолёта Cessna 172S скорость сваливания увеличивается, что приведено в таблице 9.2

                                                                                                  Табл 9.2

Скорость сваливания С-172S при массе 2550 pounds

Условия: Режим холостого хода

Максимально задняя центровка
Положение закрылков	Угол крена
	0⁰		30⁰		45⁰		60⁰
	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS
UP (убраны)	48	53	52	57	57	63	68	75
10⁰	42	50	45	54	50	59	59	71
FULL (полн. выпущены)	40	48	43	52	48	57	57	68
Максимально передняя центровка
Положение закрылков	Угол крена
	0⁰		30⁰		45⁰		60⁰
	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS	KIAS	KCAS
UP (убраны)	48	53	52	57	57	63	68	75
10⁰	43	51	46	55	51	61	61	72
FULL (полн. выпущены)	40	48	43	52	48	57	57	68

 

В горизонтальном полёте линией раздела I и II аэродинамических режимов является экономическая скорость . При выполнении виража Vэк больше чем в горизонтальном полёте = . Допустимые минимальной скорости виража для воздушного судна Сessna 172S имеет значения согласно таблице 9.1

Потребная для выполнения виража тяга больше тяги горизонтального полёта в  раз.

Потребная мощность виража больше потребной мощности горизонтального полёта в  раз. Действительно,

= ;

= = , из анализа зависимостей  , ,    видно, что для выполнения виража с креном до 20° потребные мощность и скорость почти равны мощности и скорости горизонтального полёта, для выполнения виражей с креном до 20° увеличение мощности С.У. и скорости практически не требуется. При крене больше 20  30° мощность и скорость, необходимые для выполнения правильного виража, увеличиваются значительно интенсивнее.

Угол крена, при котором для выполнения виража на постоянной высоте используется вся мощность С.У. называется предельным углом крена . Предельный угол крена для воздушного судна Cessna 172S около 59 – 60°. С увеличением высоты уменьшается, так как уменьшается располагаемая мощность двигателя. Параметры виража для воздушного судна Cessna 172S  Приводится в таблицы 9.2

Увеличение полётного веса требует увеличения потребной скорости и мощности виража. Выполнения правильного виража требует от пилота постоянного контроля и выдерживания заданных: скорости полёта, высоты, нулевого угла скольжения и обеспечения координированного отклонения органов управления. Для ввода в вираж необходимо плавным движением ручки управления (штурвала) ввести самолёт в вираж. Для выдерживания траектории виража и устранения возникающего из-за крена скольжения необходим координированное отклонение педали (руля направления в сторону виража). При достижении заданного угла крена органы управления следует отклонить в сторону, противоположную виражу для выдерживания заданного угла крена и скорости вращения воздушного судна. Обороты двигателя в общем случае следует несколько увеличить. В процессе выполнения правильного виража угол крена и скорость полёта необходимо сохранять с помощью ручки управления (штурвала), а угловую скорость – педалями. Угол скольжения должен быть равен нулю, то есть шарик указателя скольжения (индикация скольжения – трапеция на Garmin 1000) в центре; постоянную высоту – режимом работы двигателя. Для каждого угла крена требуется строго определённое – координированное – отклонение руля направления.

Если пилот отклонит руль поворота больше, чем требуется для данного угла крена, вираж будет с внешним скольжением (самолёт скользит на внешнее по отношению к виражу крыло); если меньше – с внутренним. Координация управления обеспечивается, если шарик (трапеция) указателя скольжения остается в центре.

Выполнение глубоких выражений (с углом крена больше 45°) отличается от выполнения мелких ( <45°) переменой рулей. На глубоких виражах руль высоты приближается по своему положению и действию к рулю направления, а руль направления к горизонтальному положению. В результате перемены рулей положение воздушного судна относительно горизонта пилот изменяет отклонением педали, а угловую скорость вращения – рулём высоты. При отклонении штурвальной колонки (ручки) "на себя "увеличивается центростремительная сила и, как следствие, угловая скорость вращения. На мелких виражах положение относительно горизонта выдерживается отклонением штурвальной колонки (ручки), а угловая скорость вращения изменяется отклонением педали. При выполнении глубоких виражей необходимо большее увеличение мощности и скорости. При опережающем увеличение мощности вираж происходит с набором высоты. При 45° отклонённых в сторону виража руль поворота создает пикирующий момент, поэтому необходимо уменьшить дачу педали. Для создания необходимой скорости вращения ручку (штурвальная колонку) следует отклонить "на себя".

При выполнении виражей проявляется влияние воздушного винта. При правом вращении винта на правом виражи самолёт стремится уменьшить крен; на левом – увеличить. На правом вираже разворачивающий момент будет меньше, на левом – больше. Потребное отклонение руля направления на правом вираже будет больше, чем на левом. На правом вираже самолёт будет опускать нос, на левом – поднимать.

Наименьшей радиус и максимальная угловая скорость достигается при минимально допустимой скорости и максимально допустимом крене. Выполнение таких виражей нарушает требования безопасности и может привести к сваливанию на крыло и к штопору.