Потолок полета самолета. Полет по потолкам.
Установившийся набор высоты на режиме максимальной скороподъемности заканчивается теоретически на какой-то высоте при условии, что на этой высоте Vy=0..
Если обратится к схеме диапазона располагаемых скоростей и высот полета (Рис.32), то мы увидим в верхней части области точку (П) —точку пересечения левой и правой границ диапазона. Эта точка соответствует теоретическому потолку полета самолета и горизонтальный полет в ней без потери скорости, практически невозможен.
На практике же для обеспечения безопасности полета вблизи потолка и исключения случаев непреднамеренного выхода самолета на скорость полета менее минимально-допустимой (когда самолет попадет в область левее левой границы) устанавливается практический (или статический) потолок. Практическим потолком принято считать такую высоту, на которой вертикальная скорость набора равна 0,5 м/сек. и до которой выполнение установившегося набора не связана с большими затруднениями в пилотировании самолета.
(Для любознательных)
У сверхзвуковых самолетов имеется обычно два режима максимальной скороподъемности: — на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях и соответственно два практических потолка: I- дозвуковой статический и II – сверхзвуковой статический. (Рис36)
 |
Область установившихся скоростей и высот горизонтального полета сверхзвуковых самолетов, (Ту-144 ,Concord и боевых) при их полете на форсажном режиме работы двигателей, отличается от аналогичной области дозвуковых самолетов, своей конфигурацией и значительным превышением максимальной высоты и максимальной скорости полета. Правая граница области, до некоторой высоты, представляет собой ограничение максимальной скорости по прочности конструкции самолета (скоростному напору), а выше этой высоты до потолка – ограничение по устойчивости и управляемости (по полетному числу М) Наивыгоднейшая сверхзвуковая скорость (Число М) набора сверхзвукового потолка на 10-12% меньше максимально-допустимой скорости (Числа М) полета.
Как вариант – рассмотрим профиль и режим полета, для достижения сверхзвукового потолка: На максимальном режиме работы двигателя и наивыгоднейшей скорости дозвукового набора, набирается опорная высота разгона — высота на 1-1,2 км ниже высоты дозвукового потолка или высота превышающая на 300-500м высоту нижней границы тропопаузы, так как наилучшие условия разгона соответствуют высоте ее нижней границы. На этой опорной высоте включается полный форсаж и в горизонтальном полете или с пологим снижением на 300 — 500м, производится разгон самолета до сверхзвуковой скорости (Числа М), соответствующей наивыгоднейшей сверхзвуковой скорости (Числу М) набора сверхзвукового потолка. Далее сохраняя постоянной эту скорость (ЧислоМ) производится набор высоты сверхзвукового потолка. Полет на сверхзвуковом потолке выполняется на этой же скорости (Числе М).
Если же не задаваться целью достичь сверхзвуковой практический потолок, а уменьшив тягу двигателей до промежуточного форсажного режима, перевести самолет в горизонтальный полет на высоте, выше дозвукового потолка, то при соответствующих значениях высоты и числа М полета, можно выполнять сверхзвуковой крейсерский полет.
Динамический потолок. Установившийся полет на высотах выше практического потолка невозможен, так как на этих высотах располагаемая перегрузка равна нулю, но выход на эти высоты возможен за счет использования части кинетической энергии путем выполнения горки с потерей скорости. Наибольшая высота, которую может достичь самолет, сохранив скорость не менее заданной, называется динамическим потолком.
На динамическом потолке прямолинейный полет и развороты в горизонтальной плоскости возможны только с торможением, при этом для выполнения маневров должен использоваться оптимальный крен, величина которого тем меньше, чем больше превышение динамического потолка над статическим. На снижение с динамического потолка самолет переводится при уменьшении скорости полета до эволютивной.
Энергетический потолок– высота, которой достигает ЛА при выполнении набора высоты с потерей поступательной скорости до нуля при работе двигателя на максимальном режиме в диапазоне его разрешенных эксплуатационных высот. Такие полеты выполняются, как правило, с экспериментальной целью или для установления рекордов.
Полет по потолкам– это крейсерский полет, выполняемый при оптимальном значении числа М и угла атаки, которые сохраняются постоянными и обеспечивают поддержание коэффициента километрового расхода топлива на минимально возможном уровне. ( Рис.37)
 |
Полет по потолкам сопровождается весьма медленным увеличением высоты, которая все время остается несколько меньше статического потолка. В полете по потолкам помимо числа М и угла атаки остается неизменной по мере уменьшения полетного веса величина равная отношению G/P. При этом число оборотов ТРД изменяется пропорционально√Т, 0 а в стратосфере, выше тропопаузы, сохраняется неизменным. Величина километрового расхода топлива Скм уменьшается пропорционально уменьшению веса самолета G, связанного с выработкой топлива.
3.3. Установившееся снижение (планирование)
Установившимся снижением (планированием) называется равномерный прямолинейный нисходящий полет, выполняемый с постоянной скоростью на наивыгоднейшем угле атаки при условии, что тяга двигателя меньше минимальной тяги, потребной для выполнения установившегося горизонтального полета, а двигатель работает на режиме полетного малого газа или вообще выключен. ( Рис.38)
Условиями прямолинейного снижения (планирования) являются
Y= G cosθ –условие прямолинейности движения
Q= G sinθ –условие равномерности движения или
Q= Рдв+G sinθ – при наличии тяги двигателей
Vпл =√2G cosθ/ Сy Sρ- скорость планирования
Θпл =αrctg K- угол снижения( угол наклона траектории к горизонту)
Vу пл=V Sinθ- скорость планирования
При снижении по спирали с заданным креном и заданной нормальной перегрузкой ny величина угла снижения определится как:
Θпл =αrcSin ny сн / К
Скорость планирования при снижении по спирали будет равна:
Минимальная величина угла планирования Θпл получается при Кmax и достигается при планировании по прямой на скоростиVпл=Vнв горизонтального полета, а при планировании по спирали на скорости планирования Vпл=Vнв√nyсп, где Vнв — наивыгоднейшая скорость горизонтального полета в данных условиях.
Выпуска механизации крыла и шасси оказывает влияние на характеристики планирования через изменение Кmax – максимального качества самолета.
Снижение на наивыгоднейшей скорости и угле планирования равном Θпл = αrctgK, при задросселированном или отключенном двигателе, обеспечивает полет на максимальную дальность планирования и максимальное время планирования. Увеличение угла планирования более Θпл =αrctgK приведет к разгону самолета и росту скорости, уменьшение угла планирования приведет к потере скорости. Дальность снижения при установившемся планировании зависит от аэродинамического качества, высоты начала и конца планирования и может быть определена как
Если планирование осуществляется против сильного ветра, то для частичной компенсации относа и получения большей дальности планирования необходимо увеличить вертикальную скорость снижения на 5-10м/сек, что приведет к уменьшению времени планирования, а следовательно, уменьшит относ.
При планировании с попутным/встречным ветром дальность планирования увеличивается / уменьшается на величину равную произведению скорости среднего ветра на время планирования.
При этом средний ветер берется для того диапазона высот в котором осуществляется планирование.
Источник
ПОТОЛОК САМОЛЕТА
С подъемом на высоту избыток тяги уменьшается и на какой-то определенной высоте становится равным нулю. А это значит, что и вертикальная скорость установившегося подъема тоже уменьшится до нуля. На этой высоте и выше самолет не имеет возможности совершать установившийся подъем.
Высота полета, на которой вертикальная скорость установившегося подъема равна нулю, называется теоретическим (или статическим) потолком самолета.
На теоретическом потолке избытка тяги нет, поэтому возможен только горизонтальный полет и только на наивыгоднейшем угле атаки (и только на наивыгоднейшей скорости), на которой наименьшая потребная тяга. Диапазон скоростей при этом равен нулю (рис. 6).
Рис.6. К определению потолка самолета: а — график зависимости Vу от высоты полета;
б — кривые потребных и располагаемых тяг на теоретическом потолке
При установившемся подъеме самолет практически не может достигнуть теоретического потолка, так как по мере приближения к нему избыток тяги становится настолько мал, что для набора оставшейся высоты потребуется затратить слишком много времени и топлива. Из-за отсутствия избытка тяги полет на теоретическом потолке практически невозможен, потому что любые нарушения режима полета без избытка тяги нельзя устранить. Например, при случайно образовавшемся даже небольшом крене самолет теряет значительную высоту (проваливается). Поэтому кроме понятия теоретического (статического) потолка введено понятие так называемого практического потолка.
Условно считают, что практический потолок самолета есть высота, на которой максимальная вертикальная скорость подъема равна 0,5 м/с.
Разница между теоретическим и практическим потолком у современных самолетов невелика и не превышает 200 м. Теоретический и практический потолки можно определить по графику (см. рис. 6).
Современные самолеты при полете с большими скоростями полета обладают настолько большим запасом кинетической энергии 
что могут использовать его для набора высоты. Причем если самолет летит вблизи практического потолка, то он за счет использования запаса кинетической энергии, сохраняя управляемость, может подняться на высоту, большую его теоретического потолка, даже при отсутствии избытка тяги.
Рис.7. Подъем самолета на динамический потолок
Максимальная высота, набираемая самолетом за счет запаса кинетической энергии, на которой можно создать скоростной напор, необходимый для сохранения управляемости, называется динамическим потолком.
Если в горизонтальном полете вблизи практического потолка Ннач самолет имеет скорость Vнач и обладает кинетической энергией 
, то при дополнительном наборе высоты ΔН скорость самолета уменьшится до Vкон =Vэв (минимальная эволютивная скорость, при которой еще сохраняется управляемость) и его кинетическая энергия станет равной 
но зато самолет приобретет дополнительную потенциальную энергию 
(12)
После преобразований получим
(13)
где Vср — средняя скорость;
ΔV — потеря скорости на горке.
Как видим из формулы, прирост высоты за счет уменьшения скорости на величину ΔV тем больше, чем выше средняя скорость самолета.
Достичь динамического потолка можно следующим образом: на некоторой высоте самолет разгоняется до максимальной скорости и выполняет горку. Перевод самолета на горку достигается увеличением подъемной силы Y.
Маневр нужно начинать с такой высоты, на которой можно получить достаточную для искривления траектории подъемную силу. На практическом потолке из-за малой плотности воздуха полет самолета совершается на больших углах атаки (больших Су) и запас для увеличения Су до Су макс получается очень малым. Поэтому на практическом потолке маневр на горку будет выполняться с очень большим радиусом кривизны траектории. Это приводит к медленному набору высоты, а затем из-за недостатка подъемной силы траектория начнет искривляться вниз. Для набора наибольшей высоты управляемого полета (динамического потолка) разгон самолета и начало маневра целесообразно перенести на меньшие, чем Нпр, высоты. На самолетах больших скоростей разгон и маневр выхода на динамический потолок начинают при М = Мпред на высоте, меньшей практического потолка на 2000 — 4000 м (рис. 7).
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
От МиГ-31 до X-15: рекорды самых высотных самолетов в мире
Начнем с истребителей. Американские истребители пятого поколения F-35 Lightning II и F-22 Raptor могут выполнять операции на высоте 18 и 20 км соответственно. В свою очередь наш Су-57 также способен достигать потолка в 20 км, но при этом он значительно маневреннее, чем Raptor.
МиГ-31 – советский сверхзвуковой высотный истребитель, сохранивший актуальность и по сей день. Самолет способен подниматься на высоту 20,5 км и перехватывать низколетящие крылаты ракеты.
Американский Lockheed F-104 Starfighter в далеком 1959 году сумел подняться на высоту 31,5 км. Однако рекорд продержался недолго. Советский фронтовой МиГ-21 Ф-13 забрался на 35 км, что было настоящей фантастикой для того времени.
Впрочем, и эта невероятная отметка продержалась не так долго. «Наследник» предыдущего рекордсмена МиГ-25 сумел в 1977 году достичь высоты 37 км.
Теперь о разведчиках. Знаменитый американский B-57 Canberra, который выпускался еще в 50-х годах, до сих пор используется ВВС США в экспериментальных целях. Машина поднималась на 14 км, а ее усовершенствованная модификация достигала высоты в 23 км. До 23 км доставал и самолет оперативной разведки СССР МиГ-25РБ, а еще один советский разведчик М-55 «Геофизика» поднимался на 21,5 км.
Lockheed U-2, выпускавшийся в 50-х годах и переживший ряд модификаций, способен взлетать почти на 27 км, а легендарный стратегический сверхзвуковой разведчик Lockheed SR-71 «Черный дрозд», списанный в 90-х годах, поднимался на 26 км и был самым быстрым самолетом в своем классе.
И, наконец, о рекордсменах, добравшихся до границ атмосферы. Экспериментальный самолет-ракетоплан North American X-15 достиг высоты 108 км в 1963 году, развив скорость в 6000 км/ч. Через 41 год данный рекорд побил также американский частный орбитальный пилотируемый самолет SpaceShipOne, который поднялся на высоту 112,5 км. После успешного возвращения на землю его пилот получил награду в 10 мл долларов и звание астронавта.
Источник
