Кафедра динамики и управления летательных аппаратов
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
___________А.В. Ефремов
Методическое пособие по выполнению лабораторной работы
По курсу «Динамика полета» часть 1
Лабораторная работа №1
Расчет высот и скоростей установившегося
горизонтального полета самолета
Автор: В.Н. Овчаренко
2013г
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Цель работы. Лабораторная работа направлена на приобретение и освоение практических навыков выполнения расчетов высот и скоростей установившегося горизонтального полета самолета. Расчет выполняется упрощенным методом тяг Н.Е. Жуковского.
Теоретический минимум. Метод тяг Жуковского основан на сопоставлении потребной тяги с располагаемой тягой двигателя. Потребная тяга двигателя – тяга необходимая для выполнения горизонтального полета самолета с постоянной скоростью. В этих условиях анализ равновесия сил, действующих на самолет, приводит к следующим соотношениям
Другими словами потребная тяга Р пчисленно равна лобовому сопротивлению Ха самолета, а аэродинамическая подъемная сила Ya численно равна весу самолета G. Из этих соотношений следует, что потребная тяга может быть вычислена по формуле
где К – аэродинамическое качество самолета.
Алгоритм расчета потребной тяги двигателя состоит из следующих шагов.
1. Задается высота полета Н и предполагаемый диапазон скоростей полета 
.
2. Предполагаемый диапазон скоростей полета разбивается точками Мi на 5 – 6 интервалов с шагом 
, включая и граничные точки 
и 
.
3. Для каждого Мi рассчитывается потребное значение безразмерного коэффициента подъемной силы 
по формуле
где 
– давление атмосферы на высоте полета Н, н/м2; Мi – число Маха; S – характерная площадь (площадь крыла), м2.
4. По поляре вычисляется безразмерный коэффициент лобового сопротивления 
на скорости полета Мi (здесь квадратичная поляра)
,
– безразмерный коэффициент сопротивления самолета при 
; 
– значение безразмерного коэффициента подъемной силы, при котором 
;
– коэффициент отвала поляры.
5. Вычисляется аэродинамическое качество самолета на скорости полета с числом Маха Мi
.
6. Вычисляется потребная тяга двигателя на скорости полета с числом Маха Мi
.
7. Вычисления по п.п. 3 – 6 повторяют для всех чисел Мi из предполагаемого диапазона скоростей полета . Вычислив потребную тягу 
для всех заданных скоростей полета, строят диаграмму потребных 
и располагаемых 
тяг двигателя в зависимости от скорости полета (рис.1).
|
Рис. 1
Здесь располагаемая тяга двигателя – тяга, которую реально обеспечивает двигатель на высоте Н и скорости полета с числом Маха Мi.
По диаграмме потребных и располагаемых тяг находят:
· наивыгоднейшую скорость полета 
, соответствующую наименьшему значению потребной тяги;
· наименьшую скорость полета 
, как крайне левую точку по числу Маха, в которой пересекаются кривые располагаемой и потребной тяг;
· наибольшую скорость полета 
, как крайне правую точку по числу Маха, в которой пересекаются кривые располагаемой и потребной тяг.
Для построения области располагаемых высот и скоростей горизонтального установившегося полета самолета строят сетку кривых потребных и располагаемых тяг для различных высот полета и для каждой высоты определяют наименьшую и наибольшую скорости полета (рис.2).
|
Рис. 2
Значение , вычисленное в п.3, суть потребное значение безразмерного коэффициента подъемной силы необходимое для выполнения полета на высоте Н со скоростью на числе Маха Мi и может принимать неправдоподобно большие значения на малых скоростях полета. Поэтому минимально допустимая скорость 
установившегося полета определяется из условия 
. На рис.3 показано, как можно определить графическим способом минимально допустимую скорость полета.
|
Рис. 3
Затем скорости , , для каждой высоты полета наносят на плоскости (М, Н) и соединяют полученные точки плавной кривой. Кроме того, на эту же плоскость наносят линии дополнительных ограничений по предельным значениям числа Маха М пред и скоростному напору q пред. Полученные области высот и скоростей установившегося горизонтального полета имеют вид, показанный на рис. 4 и рис. 5.
|
Рис. 4.
|
Рис. 5.
Порядок выполнения лабораторной работы.
Преподаватель разбивает группу студентов на подгруппы по числу исследуемых самолетов.
Каждая из подгрупп разбивается на меньшее число подгрупп по числу расчетных высот полета так, чтобы на каждого студента приходилась одна высота полета самолета. Затем каждый студент выполняет расчетную работу на высоте полета, указанной преподавателем.
Все варианты по высоте полета рассчитываются с одним полетным весом самолета, указанным преподавателем.
Все исходные характеристики берутся из Приложений для указанного типа самолета.
По вышеприведенным формулам и алгоритму выполняются все расчеты и строятся диаграммы потребных и располагаемых тяг.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
· задание преподавателя;
· исходные данные;
· диаграмму потребных и располагаемых тяг;
· расчетную таблицу.
Пример исходных данных.
Самолет: Ту–154М (марку самолета заменить на свою);
Площадь крыла S =;
Масса топлива; Взлетная масса самолета 
; Число двигателей; Расчетная масса самолета m =;
Заданная высота полета Н =;
Предельное значение скоростного напора q пред =;
Предельное значение числа Маха М пред =;
Характеристики атмосферы на высоте полета:
Давление атмосферы р н =; Скорость звука а н =;
Плотность атмосферы 
=.
Расчетная таблица должна иметь следующий вид
| М | М1 | М2 | М3 | · | · | · | · | · | Мк |
| |||||||||
| |||||||||
| |||||||||
| К(М) | |||||||||
|
| |||||||||
|
| |||||||||
| |||||||||
|
| |||||||||
|
| |||||||||
|
| |||||||||
|
|
На заключительном этапе лабораторной работы № 1 все расчетные данные по каждому самолету объединяются преподавателем и студенты строят область высот и скоростей установившегося горизонтального полета на плоскости (М, Н) либо на плоскости (V, Н).
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 1.
1. Что такое потребная тяга двигателя.
2. Что такое располагаемая тяга двигателя.
3. Почему безразмерный коэффициент подъемной силы, найденный по формуле п. 3, является потребным коэффициентом подъемной силы.
4. Почему минимальная скорость полета ограничена условием не превышения .
5. Что такое область высот и скоростей установившегося горизонтального полета.
6. Какой горизонтальный полет называется установившимся полетом.
7. Какая скорость полета называется наивыгоднейшей и как ее найти на диаграмме потребных и располагаемых тяг.
8. Как на диаграмме потребных и располагаемых тяг найти максимальную скорость полета.
9. Как меняется потребное аэродинамическое качество по скорости полета.
10. Как по поляре самолета найти его максимальное аэродинамическое качество.
11. Может ли одно и тоже аэродинамическое качество достигаться на различных углах атаки.
12. Может ли максимальное аэродинамическое качество самолета достигаться на различных углах атаки.
Литература
1. Аэромеханика самолета. Под ред. А.Ф. Бочкарева. М:, Машиностроение, 1985.
2.Л.Ф. Николаев Аэродинамика и динамика полета транспортных самолетов. М:, Транспорт, 1990.
3. Конспект лекций.