Всем привет! Пристегните свои привязные ремни, мы начинаем.
В каждом полёте скорость самолёта варьируется в некотором расчётном диапазоне скоростей. В аэродинамике этот диапазон делят на 2 части: первый и второй режимы. При этом пилотов с пеленок учат, что первый режим - хороший, а во второй без надобности лучше никогда не лазить. Чем они друг от друга отличаются, где граница и как понять, что самолёт оказался на втором режиме полёта? Разбираемся сегодня.
Кривые Жуковского
Про первый и второй режимы нельзя рассказать, не упомянув кривые Жуковского. Для непосвященных поясню, что такое кривые Жуковского.
Для расчетов установившихся режимов горизонтального полёта, то есть когда самолёт летит с постоянной скоростью, высотой и курсом, используют кривые, отражающие располагаемую и потребую для такого полёта тяги. Эти кривые и называются кривыми Жуковского.
Строят их в координатах Тяга(Р)-Скорость(V) либо Мощность(N)-Скорость(V). При этом потребная тяга, то есть тяга, необходимая для горизонтального установившегося полёта на данной высоте при данных атмосферных условиях и полетной массе, по сути отражает аэродинамическое сопротивление воздушного судна, поэтому имеет не очень очевидную, на первый взгляд, нелинейную зависимость. Располагаемая тяга - это тяга, которую может выдавать силовая установка, то есть двигатель, при заданном режиме его работы. А разницу между располагаемой и потребной тягами именуют «избыток тяги» и обозначают ΔР.
По кривым Жуковского определяют характерные установившиеся режимы полёта, теоретический диапазон скоростей воздушного судна, характеристики разгона и торможения, рассчитывают маневры и степени дросселирования двигателей, а также многие другие параметры.
Но сейчас нас интересуют характерные скорости полёта, которые на этом графике можно отметить, а именно - экономическая (Vэк) и наивыгоднейшая (Vнв) скорости.
На экономической скорости достигается наибольший избыток тяги и минимальная мощность и часовой расход топлива. Следовательно, экономическая скорость Vэк теоретически должна обеспечивать максимальную продолжительность полета. Но в жизни двигатель работает с некоторыми потерями, поэтому минимальный часовой расход достигается на несколько большей скорости, называемой «режимом максимальной продолжительности полета».
Наивыгоднейшая скорость Vнв является нижней точкой кривой потребной тяги, на которой аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к сопротивлению) самолета максимальное, а также минимальный расход топлива на 1 км пути (максимальная дальность полёта). Но на практике опять же минимальный удельный расход топлива будет на чуть большей скорости.
Вернемся к теме. Зачем нам нужны эти две скорости, которые мы сейчас мусолили?Для определения границы первого и второго режимов полёта!
Как определить границу?
«Что тут гадать? Нас всегда учили, что граница проходит по Vэк» - скажут большинство летчиков. Более «знающие» поправят: «Для винтовых самолетов граница - это Vэк, а для реактивных - Vнв». Но и они не до конца правы. Так в чем же правда?
Уменьшая тягу (мощность) двигателей, то есть опуская кривую располагаемой тяги параллельно вниз, можно добиться того, что кривые пересекутся в одной точке, которой соответствует некая граничная скорость Vгр. Эта скорость и является границей двух режимов полёта: первого (I) при V>Vгр и второго (II) при V<Vгр.
Как видно из рисунка, Vгр лежит между Vэк и Vнв. Но для самолетов с ТРДД она располагается ближе к Vнв, а для самолетов с ТВД - ближе к Vэк. Поэтому для упрощения говорят, что границей двух режимов являются эти две скорости, которые производитель указывает в документации к ВС.
Первый режим полёта
В чем особенность каждого из режимов?Представим, что мы летим на Ту-204 (самолёт с ТРДД) вблизи земли, полётная масса - 90 тонн. Vнв для данных условий составляет 430 км/ч. Самолёт задросселирован до некоторой скорости V1>Vнв.
Если скорость по какой-то причине возрастет до V1’ (встречный порыв ветра), сопротивление воздуха увеличится и возникнет отрицательный избыток тяги ΔP. Самолёт при этом сам затормозится до исходной скорости V1, правда при условии, что пилот будет поддерживать исходную высоту полёта отклонением штурвала и не будет менять режим работы двигателей.
То же самое происходит и в случае падения скорости до V1” (самолёт попал в попутный порыв), равенство тяг нарушается, появляется уже положительный избыток тяги, и самолёт разгоняется, восстанавливая исходную скорость V1.
Поэтому говорят, что самолёт на первом режиме полёта имеет устойчивое равновесие.
Второй режим полёта
При полете на втором режиме все немного хуже, расслабляться нельзя. Пусть самолёт аналогично имеет некоторую скорость V2<Vнв, то есть находится на втором режиме полёта.
Если скорость возрастет до V2’, сопротивление самолета уменьшится, появится положительный избыток тяги и скорость самолета при неизменном режиме работы двигателей будет еще больше увеличиваться. Если сохранять высоту полёта неизменной, то скорость будет расти до тех пор, пока самолёт не перейдет на первый режим и не наступит устойчивое равновесие между тягами на скорости V1.
Звучит, вроде бы, не катастрофично…ну разгонится самолёт, превысит скоростные ограничения по выпуску закрылков или ограничения по схеме, главное - самолёт летит. Но вот если скорость от V2 случайно уменьшится до V2”, тут уже беда.
Лобовое сопротивление при этом возрастет, появится отрицательный избыток тяги, под действием которого скорость будет уменьшаться и уменьшаться, пока самолёт попросту не свалится (при условии, что мы сохраняем высоту полёта и не трогаем РУДы).
Не надо обладать сверхинтеллектом, чтобы понять, что самолёт оказался на втором режиме. Если V<Vгр и сохраняется в пределах одного значения или же падает - Вы точно на втором режиме.
Полёт на втором режиме (если очень надо) выполнять можно, но он сопряжён с повышенной опасностью, так как происходит вблизи скорости сваливания, особенно если запас по тяге близок к нулю, поэтому его лучше выполнять только на самолётах с большой тяговооруженностью и с высокой приёмистостью двигателя. И с головой на плечах, разумеется, чтобы не доводить дело до сваливания.
Вторые режимы полёта, помимо прочего, требуют более сложного управления не только при выдерживании заданной скорости, но и при переходе на новую скорость, так как приходится туда-сюда сновать штурвалом и РУДами. Поэтому гражданских летчиков и учат туда не лазить.
Однако, хочешь не хочешь, но самолёт все равно проходит через второй режим как через проходной, например, на посадке от момента выравнивания и до касания.
———————————————————————
До новых встреч и хорошего полёта!
