Швидкість польоту. Одна з найважливіших характеристик для будь-якого літального апарату. Ми всі звикли, що літак обов'язково означає «швидко». Всі асоціації працюють тільки в цьому напрямку. Швидкість багатьом подобається. Практично будь-яка людина не проти прокотитися «з вітерцем» на своєму авто (якщо, звичайно, поліція не завадить 🙂). І інформацію про рух тут отримати нескладно. Досить поглянути на спідометр, який механічним або електронним способом з'єднаний з колесом. Швидкість обертання колеса дає нам в кінцевому підсумку швидкість, з якою автомобіль рухається по дорозі.

Але а як же бути з літаком? Адже немає в повітрі доріг, по яких можна було б їхати :-). Єдине середовище, з якої літальний апарат контактує безпосередньо - це повітря. Ось від нього-то він більшу частину інформації про свій рух і отримує. Що стосується конкретно швидкості польоту, то цілком зрозуміло, що чим швидше літак летить, тим сильніше на нього тисне зустрічний повітряний потік (швидкісний або динамічний напір). Звідси логічно було б визначати швидкість польоту в залежності від величини цього тиску. Так само як, до речі, і з атмосферним тиском і висотою. Адже чим вище летить літак, тим атмосферний тиск нижче. Про висоту, однак, поговоримо в одній з наступних статей, а поки на порядку денному швидкість польоту.

Для збору і обробки такого роду даних на сучасних літаках існують спеціальні системи. Одна з назв для них - система повітряних сигналів (СВС).

Робота датчиків такої системи, які збирають дані для визначення швидкості польоту заснована на двох вже поважного віку винаходи. Перше - це трубка Піто. Вона винайдена в 1732 році французьким ученим А.Піто. Він займався гідравлікою, тобто вивчав протягом рідини в трубах. Як відомо закони гідравліки при певних умовах цілком можна застосувати для газів, тобто для повітря. Його ми в подальшому і будемо мати на увазі.

Схема класичної трубки Піто

Трубка Піто є L - образну трубку, один кінець якої поміщений в швидкісний (повітряний :-)) потік. Цей потік в трубці гальмується, створюючи в ній надлишковий тиск, за величиною якого і можна судити про швидкість потоку, тобто по суті справи швидкості польоту, якщо ця трубка встановлена ​​на літальному апараті. Вобщем-то принцип досить простий :-).

Однак тут треба не забувати ще про одну важливу річ. Все, що знаходиться всередині земної атмосфери, існує в ній під постійним атмосферним (статичним) тиском. Ми його практично не відчуваємо (якщо, звичайно, все в порядку зі здоров'ям :-)), але воно є і так чи інакше впливає практично на всі фізичні процеси, що відбуваються навколо нас, тобто на все наше життя. Прямо як у фільмі «ДМБ» :-):

- Бачиш ховраха?
- Ні ...
- І я не бачу ... А він - є!

Якщо серйозно, то той тиск, який ми отримуємо при гальмуванні повітряного потоку в трубці Піто - це так зване повне тиск. Воно, по суті, дорівнює сумі двох інших тисків.

Повний тиск = динамічний тиск (швидкісний напір) + статичний тиск.

Це, між іншим, спрощений виклад рівняння Бернуллі, того самого вченого, про який ми вже згадували в статті про підйомній силі . Все правильно, адже в обох статтях ми говоримо про газові потоках, а це стихія будь-якого літального апарату :-).

Динамічне тиск, його ще називають швидкісний напір, це те саме тиск, який і дає нам швидкість польоту. Статичний тиск - це наше непомітне (як ховрах :-)) тиск. І при вимірюванні швидкості його обов'язково треба враховувати, адже воно в різних точках простору може мати різні значення, особливо зі зміною висоти польоту, і тим самим впливати на величину виміряної швидкості польоту.

Тепер для простоти розуміння наведу пару формул. Саме для простоти розуміння, хоч це і не в традиціях сайту :-). Отже обізву (як казав мій викладач з фізики) повний тиск Р, динамічне - Р1, статичне - Р0, швидкість польоту (потоку) - V. І ще нам знадобиться такий фізичний параметр, як щільність повітря ρ. Я думаю все ще зі школи пам'ятають, що це таке :-).

Швидкісний напір виражається такою формулою Р1 = ρV² / 2.

У підсумку ми маємо таке рівняння: Р = Р0 + Р1 = Р0 + ρV² / 2

З нього дуже просто отримати потрібну швидкість польоту: V = √ ((2 (Р - Р 0)) / ρ)

Виходячи з цього нескладного вираження працюють всі авіаційні повітряні (аеродинамічні) вимірювачі швидкості. Як приклад можна привести досить простий покажчик швидкості для малоскоростной літаків УС-350.

Покажчик швидкості УС-350.

Як бачите, нам, щоб визначити швидкість польоту, потрібно виміряти повне тиск потоку і статичний тиск. Класична трубка Піто дає тільки повне тиск. Тому статику доводиться вимірювати окремо. Щоб уникнути цієї незручності трубка Піто була вдосконалена.

Це другий винахід (а точніше удосконалення) з тих двох, про яких я говорив вище. Його зробив німецький вчений-фізик Людвіг Прандтль, якого навіть іноді називають батьком сучасної аеродинаміки. Він об'єднав вимір повного тиску потоку і статичного тиску в одній трубці. Для цього в ній є один отвір в напрямку потоку для повного тиску і ряд отворів на поверхні, зазвичай розташованих по кільцю, для статичного тиску. Обидва ці тиску зазвичай відводяться в герметичні ємності, розділені чутливої ​​мембраною і вже її рух передається на стрілочний покажчик швидкості польоту. От і все. Все геніальне просто, як відомо :-) ... Такий пристрій називають трубкою Прандтля або Піто-Прандтля. На малюнку: 1 - трубка Прандтля, 2 - повітроводи, 3 - шкала покажчика швидкості (УС), 4 - чутлива мембрана.

Схема роботи трубки Прандтля (ПВД).

Робота покажчика швидкості непогано показана в цьому невеликому ролику.

На сучасних літальних апаратах ці пристрої отримали нове, більш просте і правильна назва: приймачі повітряного тиску (ПВД). Вони дають первинні дані в складний комплекс системи повітряних сигналів. Трубки Піто в чистому вигляді зараз практично не застосовуються. Хоча подекуди в малій авіації вони ще зустрічаються. У комплекті до них тоді обов'язково йдуть приймачі статичного тиску у вигляді плити з рядом отворів на обшивці літального апарату.

Трубка Піто під крилом літака Cessna 172.

Найчастіше використовуються так звані комбіновані ПВД. Вони по конструкції представляють собою типові трубки Прандтля. Ці пристрої обов'язково забезпечуються потужною системою електричного обігріву, так як невеликі отвори для виміру тиску при обмерзання літака цілком можуть бути закупорені льодом, що, звичайно, може перешкодити їх коректній роботі. На стоянках приймачі повітряних тисків закриваються спеціальними заглушками або чохлами для унеможливлення потрапляння сторонніх предметів і бруду в отвори.

Типовий ПВД сучасного літака.

Приймач повітряного тиску на СУ-24М (цифри 1 і 2).

Всі дані, що видаються ПВД, як я вже говорив, в результаті передаються на стрілки спеціальних приладів - покажчиків швидкості польоту. Вони досить різноманітні, як різноманітні і визначення для швидкостей польоту літального апарату. Адже він пересувається не тільки щодо землі, а й щодо атмосфери, яка сама по собі середовище дуже нестабільна.

Отже, швидкості літального апарату.

Повітряна швидкість (найважливіша :-)). Вона ділиться на два види:

Справжня повітряна швидкість (True Airspeed (TAS)) і приладів повітряна швидкість (Indicated Airspeed (IAS))

Приладова швидкість - це та швидкість, яку льотчик бачить в своїй кабіні на приладі-покажчику швидкості. Вона використовується для пілотування літального апарату безпосередньо в даний момент часу.

Справжня швидкість - це фактична швидкість польоту літака щодо повітря. Вона використовується для навігації. Знаючи її, наприклад, розраховується час прибуття в кінцевий пункт маршруту і можливі при цьому відхилення. Виміряти цю швидкість зазвичай неможливо. Вона розраховується з використанням приладів швидкості, тиску повітря і його температури. При цьому враховуються похибки покажчика приладової швидкості. Вони завжди є, як у будь-якого вимірювального приладу на нашій землі :-). Ці похибки (або помилки) бувають:

Інструментальні. Виникають через недосконалість і особливостей виготовлення самого приладу.

Аеродинамічні. Це помилки, що виникають при вимірі статичного тиску. Обумовлені конструкцією літака, місцем розташування датчиків і швидкістю польоту.

Методичні. Ці помилки обумовлені тим, що кожен покажчик швидкості розраховується і тарують під певні умови. У фізиці такі умови називаються нормальними. Це коли атмосферний тиск дорівнює 760 мм рт.ст. , А температура повітря 15 ° С. Але насправді з підйомом на висоту ці умови змінюються. Змінюється і щільність повітря і отже швидкість, яку показує прилад, тобто приладова. З підйомом на висоту приладова швидкість завжди менше істинної. Вони рівні тільки при нормальних атмосферних умовах. Всі ці похибки враховуються у вигляді поправок при навігаційних розрахунках.

Шляхова швидкість (Ground Speed ​​(GS)). Це швидкість літального апарату щодо землі. Вона розраховується на підставі істинної швидкості з урахуванням швидкості вітру і використовується при вирішенні навігаційних завдань.

Крейсерська швидкість. При цій швидкості величина відносини потрібної тяги до швидкості польоту мінімальна. Тобто літальний апарат на цьому режимі максимально економічний при збереженні швидкості, достатньої для виконання завдання. Крейсерська швидкість зазвичай дорівнює 0,7-0,8 від максимальної. На ній виконуються довготривалі польоти за маршрутами.

Ось поки, мабуть, і все. Однак на завершення скажу про одну важливу деталь. Говорячи в цій статті про повітряних потоках і швидкостях, ми мали на увазі швидкості до 350-400 км / год. Справа в тому, що починаючи з цих швидкостей проявляється новий ефект повітряного потоку - стисливість. Вона породжує нову методичну помилку у вимірі швидкості, яку теж треба враховувати. Вплив стисливості з ростом висоти і швидкості польоту зростає, переходячи в ефекти сверхзвуков. Але швидкість польоту на сверхзвуке, трубка Піто на цьому режимі і інші прилади вимірювання швидкості - це вже тема наступної статті ...

До нової зустрічі :-)…

PS У висновку пропоную вам подивитися додатковий ролик, що розповідає про трубках Піто і Прандтля.

No related posts.