|
Не использовать фреймы при просмотре страницы |
2.1. Аэродинамический метод измерения воздушной скорости
Воздушной скоростью полета называется скорость перемещения самолета относительно воздуха. При этом различают истинную воздушную скорость и приборную скорость. Истинной воздушной скоростью называется скорость перемещения ВС относительно воздушной массы. Истинная скорость Vист используется экипажем в целях самолетовождения. Приборная скорость Vпр используется летчиком для пилотирования. Vпр определяется скоростным напором воздуха и включает погрешности прибора и ПВД.
Направление вектора воздушной скорости относительно продольной оси ВС характеризуется углами атаки и скольжения, так как вектор воздушной скорости в общем случае не совпадает с продольной осью самолета. Однако в самолетовождении принято считать, что вектор скорости совпадает с продольной осью самолета и лежит в горизонтальной плоскости, потому что для самолетов углы атаки и скольжения невелики.
Для определения скорости и направления движения самолета относительно Земли необходимо учитывать , что воздушная среда находится в непрерывном движении. В этих условиях вектор полной скорости поступательного перемещения самолета относительно Земли Wп , направленный по касательной к траектории полета, является исчерпывающей характеристикой движения. Но в теории и в практике воздушной навигации вместо этого вектора используют его составляющие векторы: путевой скорости W полета и вертикальной скорости полета Wв. Использование составляющих вектора полной скорости позволяет решать навигационные задачи в вертикальнойплоскости независимо от задач самолетовождения по ЛЗП.
Наиболее распространенным методом измерения воздушной скорости полета является аэродинамический. Он основан на замере давления встречного потока воздуха, равного разности полного и статического давления атмосферы на высоте полета . Скоростной напор определяет аэродинамические характеристики ВС ( подъемную силу , лобовое сопротивление), поэтому приборные скорости используются в основном при пилотировании. .Существующая в навигации истинная воздушная скорость функционально связана с приборной , однако ее значение зависит также от давления и температуры воздуха. С подъемом на высоту давление атмосферы понижается , что приводит к росту истинной скорости полета. На высоте 12000 м истинная скорость превышает приборную вдвое. Чтобы определить Vист , учитываются инструментальная, аэродинамическая и методическая поправки. Инструментальная поправка выбирается из соответствующего графика или таблицы. Учет методической поправки производится с помощью НЛ.
Для установления зависимости между скоростью полета и скоростным напором рассмотрим тонкую струю воздуха, протекающую через сечения I и II (рис.1.). В сечении II поставим ПВД, соединенный с манометром указателя воздушной скорости.
Рис.1. К аэродинамическому методу измерения воздушной скорости
Для горизонтальной струи зависимость между скоростью, давлением и плотностью воздуха в сечениях I и II характеризуется уравнением Бернулли:
,
где V1 и V2 - скорость воздуха в первом и втором сечениях; P1 и P2 - давление воздуха в тех же сечениях; g1 и g2 - удельные веса воздуха; e1 и e2 - внутренняя (тепловая) энергия воздуха; g - ускорение свободного падения.
Первое сечение располагается на таком удалении от самолета, где поток воздуха не искажен. В этом случае имеем равенство: V1 = Vист - истинной воздушной скорости; P1 = Pн = Pст - атмосферному (статическому ) давлению воздуха на высоте полета; P2 = Pп - полному давлению, которое подается в ЧЭ указателя воздушной скорости.
Скорость элементарной струи воздуха у входа в ПВД относительно ЛА (сечение II) равно нулю, то есть V2 = 0. С учетом этого рассмотренное выше уравнение можно записать в виде:
.
<>При Vист < 400 км/ч воздух практически не сжимается, то есть его удельный вес и внутреннюю энергию можно считать неизменными (g<>1 = g<>2 = g<>Н и e1 = e2). Тогда данное уравнение упростится:
.
Разность Pп - Pст называется динамическим давлением q или скоростным напором. Выразим удельный вес воздуха gН через массовую плотность rн и ускорение свободного падения g.
gН = rнg.
Подставив полученное значение gН в формулу, представленную выше, получим:
.
Из формулы видно, что q зависит от плотности воздуха и квадрата скорости полета. Решив формулу относительно V, имеем:
.
Выразим rн через значения статического давления воздуха Pн, его абсолютной температуры на высоте полета Tн, газовой постоянной R и ускорение силы тяжести g:
.
Подставив это выражение для нахождения V и обозначив Pн = Pст, получим:
.
Из формулы видно, что при малых скоростях полета для определения Vист необходимо измерять динамическое давление, статическое давление и температуру воздуха на высоте полета.
При переходе к скоростям, превышающим 400 км/ч, необходимо учитывать сжимаемость воздуха. Сжатие воздуха у входа в ПВД сопровождается изменением его удельного веса и внутренней энергии. Существует следующая зависимость между внутренней энергией газа, давлением и его удельным весом:
,
где к = Ср / СV - отношение удельной теплоемкости газа при постоянном давлении к удельной теплоемкости его при постоянном объеме (для воздуха к = 1.4).
Подставив данное выражение в уравнение Бернулли, получим:
.
Вынеся Рст / g1 и Рп / g2 за скобки и выполнив некоторые преобразования, найдем
,
откуда, вынеся Рст / g1 за скобки, получим:
.
Для адиабатического процесса имеется равенство, именуемое уравнением Менделеева-Клапейрона,
,
откуда
.
Подставив это выражение в формулу, предложенную к рассмотрению перед уравнением Менделеева - Клапейрона, и выполнив перемножение в скобках, запишем в таком виде:
.
Учтя, что g1 = gн = Рст / RTн, данное выражение запишем так:
.
Откуда, вводя опять динамическое давление q = Рп - Рст, найдем окончательно:
.
Из формулы видно, что для Vист, превышающих 400 км/ч, необходимо знать: динамическое и статическое давления и температуру воздуха на высоте полета.
Эта формула справедлива лишь для дозвуковых скоростей. Для сверхзвуковых скоростей имеется следующая зависимость, приводящаяся без вывода:
.
Считая величины k,g и R практически постоянными, можно записать общую зависимость для Vист:
V = f (g, Pст,Tн).
В указателях приборной скорости измеряется только динамическое давление. Замер давления осуществляется специальным ЧЭ. Показания прибора будут совпадать с Vист только на уровне моря. С подъемом на высоту статическое давление уменьшается, поэтому прибор будет давать заниженные показания.
В указателях Vист измеряются два параметра: динамическое и статическое давления на высоте полета. Замер давлений производится разделенными ЧЭ. Такой прибор показывает Vист только в случае совпадения фактической температуры воздуха на высоте полета с ее стандартным значением. В противном случае он показывает скорость, близкую к истинной.
Чтобы закрепить усвоенный
материал, пожалуйста, пройдите следующий тест
Чтобы перейти в начало страницы, нажмите СЮДА!
