Маневрирование самолета в вертикальной плоскости

Введение

Целью реферата является рассмотрение понятия маневрирования самолета в вертикальной плоскости.Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: рассмотреть понятие маневренности самолета;разобрать маневренность самолета в вертикальной плоскости.Представленная тема является достаточно актуальной в современноммире, поскольку люди ежедневно сталкиваются с таким средством передвижения, как самолет.

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ МАНЕВРЕННОСТИ САМОЛЕТА
Маневренность самолета — это его способность изменять за определенный промежуток времени свое положение в пространстве (направление, скорость и высоту полета), т. е. совершать эволюции, маневрировать в воздухе. Маневренные свойства самолета зависят от ряда факторов: аэродинамические и прочностные ограничения, располагаемая тяга двигателей, полетный вес и др. Эксплуатационная маневренность самолета определяется его управляемостью, приемистостью двигателей, быстротой включения реверса тяги, быстротой отклонения закрылков, щитков, спойлеров.Маневрирование летательного аппарата – изменение одного или нескольких параметров полёта ЛА (направления, высоты, скорости) для занятия выгодного положения при атаке цели, выхода из-под удара противника и преодоления его ПВО, а также для изменения взаимного расположения ЛА или их групп. [1]Управляемость самолета — это его способность изменять режимполета по воле пилота (при отклонении им рычагов управления). При этом движения рычагов управления должны быть простыми и сопровождаться небольшими, но хорошо ощущаемыми на них усилиями.Устойчивость самолета — способность его самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять заданный режим полета и возвращаться к исходному равновесию после прекращения действия внешних возмущений. Иначе говоря, устойчивость, по определению Н. Е. Жуковского, можно понимать как «прочность» равновесия.Самолет должен быть устойчив относительно всех трех осей. Хорошие характеристики устойчивости необходимы для лучшей управляемости самолета. У устойчивого самолета более простые движения рычагами управления и меньше общая затрата нервной и мускульной энергии пилота на управление.Под маневром самолета понимают обычно сравнительно короткий этап полёта, целью которого является заданное изменение параметров движения центра масс самолета — скорости (ее величины V и направления, т. углов наклона траектории л и пути ), положения самолета в пространстве (высоты, дальности). Строго говоря, такие этапы полета, как маршевый (крейсерский) полет, набор высоты, снижение также являются маневрами, так как их задачей является именно изменение положения самолета. Но эти этапы обычно достаточно протяженны, их длительность сравнима с полной продолжительностью полета, а движение можно считать установившимся или прямолинейным. Поэтому обычно для таких протяженных этапов полета говорят о режиме полета, используя термин «маневр» только для коротких этапов с интенсивным изменением параметров движения. Именно в этом смысле рассматриваются здесь и маневренные характеристики самолета — его способность быстро изменять положение центра масс в пространстве, скорость, направление и высоту полета при выполнении требуемого маневра.В самом общем случае маневренность самолета можно полностью охарактеризовать секундным векторным приращением скорости. Пусть в начальный момент времени величина и направление скорости самолета изображается вектором V1 (рис. 1), а через одну секунду - вектором V2; тогда V2=V1+ΔV, где ΔV - секундное векторное приращение скорости.Рисунок 1 - Секундное векторное приращение скоростиНа рис. 2 изображена область возможных секундных векторных приращений скорости для некоторого самолета при его маневре в горизонтальной плоскости. Физический смысл графика состоит в том, что через одну секунду конца векторов ΔV и V2 могут оказаться только внутри области, ограниченной линией а-б-в-г-д-е. При располагаемой тяге двигателей Рр конец вектора ΔV может оказаться только на границе а-б-в-г, на которой можно отметить следующие возможные варианты маневрирования:а - разгон по прямой,б - разворот с разгоном,в - установившийся разворот,г - форсированный разворот с торможением.Рисунок 2 - Область возможных секундных векторных приращений скоростиПри нулевой тяге и выпущенных тормозных щитках конец вектора ΔV может оказаться через секунду только на границе д-е, например, в точках:д - энергичный разворот с торможением,е - торможение по прямой.При промежуточной тяге конец вектора ΔV может оказаться в любой точке между границами а-б-в-г и д-е. Отрезок г-д соответствует разворотам при Сyдоп с различной тягой. [2]ГЛАВА 2. МАНЕВРИРОВАНИЕ САМОЛЕТА В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

К маневрам в вертикальной плоскости относятся пикирование, горка, петля Нестерова, полупетля, переворот и другие виды движения самолета.Пикированием называется крутое снижение самолета с углами более 30°. Оно необходимо для быстрой потери высоты, для набора скорости, а также для точного поражения наземных целей.Ввод в пикирование совершается в результате действия центростремительной силы, направленной вниз. Эта сила складывается из проекции на нормаль к траектории силы веса и подъемной силы. Для уменьшения роста скорости при прямолинейном спуске уменьшают тягу двигателя и выпускают тормозные щитки.Вывод из пикирования должен обеспечивать безопасную высоту в конце выхода из пикирования,Горкой называется подъем самолета с углом, превышающим угол установившегося набора высоты Она состоит из криволинейных участков входа и выхода и небольшого прямолинейного участка набора высоты. При большой тяго вооруженности самолета горка выполняется с набором скорости.Петля Нестерова — криволинейный полет самолета по замкнутой траектории в вертикальной плоскости. Возможность выполнения такой траектории движения самолета была доказана Н. Е. Жуковским в работе « О парении птиц» (1891 г.).Полупетля с переворотом - криволинейное движение самолета в вертикальной плоскости, состоящее из первой половины петли Нестерова и переворота самолета вокруг касательной к траектории в верхней точке и прямолинейного полета. Она используется для изменения направления полета на обратное с набором высоты. Этот манёвр боевых условиях может быть использован также для поражения целей противника, расположенных вблизи линии фронта без ее перелета.[3]Переворотом называют движение самолета в вертикальной плоскости; он состоит из переворота самолета вокруг продольной оси его на 180° второйполовины петли Нестерова. Используется для входав крутое пикирование или для уходаот преследования под самолет противника.Пикирование самолета состоит из трех этапов: ввода, прямолинейного крутого спуска и вывода.Типичные маневры в вертикальной плоскости (Т = 0) выполняются без крена и скольжения. Управление движением осуществляется выбором программы изменения нормальной перегрузки пуа и уровня тяги движителя, а также, если необходимо, путем выпуска воздушных тормозов.В вертикальной плоскости рассмотрим четыре характерных маневра: пикирование, горку, петлю и переворот.Уравнения движения центра масс самолета для всех этих маневров можно записать, при условии Т = 0; уа = р = 0:Пикирование самолета. Неустановившееся крутое снижение самолета, сопровождаемое быстрой потерей высоты, называется пикированием самолета. Будем считать, что траектория пикирования (рис. 3) лежит в вертикальной плоскости. Условно ее можно разбить на три участка: криволинейный участок входа в пикирование 1—2, служащий для перехода от горизонтального полета к снижению; прямолинейный участок пикирования 2—3 с углом наклона траектории к горизонту 0 п; криволинейный участок выхода из пикирования 3—4.[4]Рисунок 3 - Возможные схемы выполнения пикированияВход в пикирование и выход из него представляют собой неустановившиеся движения по криволинейным траекториям. При обычном входе в пикирование из горизонтального полета летчик отклоняет руль высоты, уменьшая угол атаки крыла, а следовательно, и подъемную силу, которая уже не уравновешивает силу тяжести. Получившаяся центростремительная сила искривляет траекторию полета вниз. Чтобы траектория была криволинейной, необходимо на всем участке ввода в пикирование выдерживать перегрузку Пуавв < 1 >0 (условие 0 < 0). Как только достигнуто необходимое значение угла наклона траектории, летчик переводит самолет в прямолинейный полет, сохраняя перегрузку пуа„ = соз0п постоянной. Чем меньше будетпуа вв, тем круче вход в пикирование. На практике часто применяется вход в пикирование с разворотом при накрене- нии самолета примерно на 90 припуат, близкой к нулю. Крен обеспечивает летчику хороший обзор. В этом случае искривление траектории происходит под действием только силы тяжести. Применяется также метод входа с переворотом на 180°, позволяющий использовать большие положительные перегрузки и значительно уменьшающий радиус входа, но требующий от пилота высокой квалификации. На прямолинейном участке пуап = со8.Тягу движителя можно принять равной нулю, если нежелателен быстрый рост скорости и, наоборот, максимальной, если целью пикирования является быстрый разгон. На крутых траекториях во избежание выхода на скорость, превышающую допустимую (с учетом ограничений пос/пих), используется выпуск воздушных тормозов.Для вывода самолета из пикирования необходимо создать центростремительную силу. С этой целью, отклоняя руль высоты, летчик увеличивает угол атаки, создавая перегрузк пуав >cos0n. Траектория искривляется вверх, угол 0П (отрицательный) увеличивается, пока не достигнет нужного значения 0К (в частном случае это может быть© к = 0, соответствующий горизонтальному полету).Расчет траектории пикирования выполняется численным методом по уравнениям (6.8) для выбранных пуат на участке ввода, Пуап = cos©п на участке пикирования и пуавыв > 1,0 на участке вывода с учетом изменения пха.Уравнения для коротких по времени участков ввода и вывода можно проинтегрировать аналитически, если принять, что на этих участках при пуа |> 1,0 перегрузка пха »0 и энергия практически не изменяется (Н3 *0) [4J. В результатегде индексом «0» отмечены параметры в начале участка.Если пха *= 0, то уравнения интегрируются только численно.Горка. Горкой называется маневр самолета, проводимый с целью быстрого набора высоты по S-образной траектории, лежащей в вертикальной плоскости (рис. 4). Для начала маневра летчик увеличивает угол атаки, создавая перегрузку пуа > 1,0. Самолет переходит в криволинейный полет по восходящей траектории — вход в горку (участок 1—2). По достижении требуемого угла наклона траектории 0 тах самолет переводится в прямолинейный полет с пуа =cos0max (участок 2—3). Криволинейный выход из горки (участок 3—4) совершается с перегрузкой пуа < cos 0. Расчет входа в горку и выхода из нее производят так же, как и расчет выхода из пикирования и входа в него. Определение параметров движения на прямолинейном участке производится численным интегрированием системыРисунок 4 - Возможные схемы выполнения горкиприпуа =cos0,шх. В отличие от пикирования скорость при выполнении горки, как правило, уменьшается. Поэтому, если после горки должен следовать горизонтальный участок полета, нужно, чтобы в конце горки скорость была больше минимальной скорости горизонтального полета на этой высоте. Если горизонтальный полет не обязателен, то скорость должна быть не меньше скорости, при которой аэродинамические рули сохраняют достаточную эффективность для управления угловым положением самолета.[5]Петля Нестерова. Данная фигура пилотажа относится к маневрам, которые используют боевые самолеты при атаке наземной цели и в воздушном бою. На рис. 5 показана схема данной фигуры в координатах Н - L. На рис. 6 показана запись параметров полета и управления при выполнении петли.Рисунок 5 - Схематичное изображение петли НестероваВвод в петлю производится созданием подъемной силы, в 4...6 раз превышающей силу тяжести самолета, т.е. с нормальной перегрузкой 4...6. Такую перегрузку летчик создает в течение 2...4 с. Ограничение темпа увеличения перегрузки обусловлено различными факторами. Один из них состоит в том, что при таком темпе создания перегрузки летчику легче ее дозировать.Одним из условий успешного выполнения петли является требование иметь в верхней точке скорость не ниже определенной величины (для каждого самолета она индивидуальна), при которой сохраняется достаточная управляемость. Для современных боевых самолетов она лежит в диапазоне V, ~ 250...450 км/ч (в зависимости от полетной нагрузки на крыло); и иногда эту скорость называют эволютивной.В процессе выполнения первой половины петли (полупетли) интенсивно уменьшается скорость вследствие влияния составляющей силы -Gsin0, увеличения индуктивного сопротивления при больших перегрузках пуа (cxa « Асуаг„пуа) и уменьшения тяги движителя с ростом высоты.Если на вводе в петлю Нестерова нормальные перегрузки пуат больше рекомендуемых, то при подходе к верхней точке скорость может быть меньше эволютивной. Это объясняется интенсивным ростом сопротивления, вследствие чего несмотря на уменьшение радиуса траектории скорость успевает значительно уменьшиться.Рисунок 6 - Изменение полетных параметров при выполнении самолетом петли Нестерова (С/ 5 = 360 кге / м2, / = 63режим работы двигателя — максимальный)Если перегрузки на вводе меньше рекомендованных, то это приводит к растянутости траектории, большому изменению высоты полета, что также сопровождается чрезмерным падением скорости при подходе к верхней точке, но за большее время. [6]ЗаключениеВ ходе написания реферата были изучены все поставленные в начале работы задачи:рассмотрено определение маневренности самолета. Маневренность самолета — это его способность изменять за определенный промежуток времени свое положение в пространстве (направление, скорость и высоту полета), т. е. совершать эволюции, маневрировать в воздухе;разобрана маневренность самолета в вертикальной плоскости. В ходе этого вопроса были выявлены разновидности маневренности в вертикальной плоскости.
Список использованной литературы

Бочкарёв А.Ф. Аэромеханика самолёта/ Андреевский В.В. - М. «Машиностроение», 1985 - 361 с.Байдаков В.Б. Аэродинамика и динамика полёта летательных аппаратов/ Клумов А.С. - М. «Машиностроение», 1979 - 342 с.Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей ч. 1 - М. «Мир», 1991 - 505 с.Н.С. Бахвалов Численные методы/ Н.П. Жидков, Г.М. Кобельников - М. 1987 - 636 с.С.В. Богословский Динамика полёта летательных аппаратов: Учеб. пособие/ А.Д. Дорофеев - СПб, СПбГУАП 2002 - 64 с.А.С. Браверман Балансировки одновинтового вертолёта/ Д.М. Перлштейн, С.В. Лаписова - М. «Машиностроение», 1975 - 176 с