Самолет и транспортер. Взлетит или нет?
Опубликованные в «Крыльях Родины» № 10 за 1980 год письмо авиамеханика Запорожского аэроклуба Л. Бутенко и ответ доцента Московского авиационного института В. Махрова на вопросы, по которым завязался спор среди технического состава аэроклуба, вызвали широкий отклик читателей журнала. В своих письмах они поддерживают либо одну, либо другую спорящие стороны, уточняют или отвергают доводы и расчеты автора статьи «Кто прав!».
Вопрос №1. Самолет приземляясь на движущуюся в противоположном направлении поверхность (транспортер), остановиться значительно быстрее?
Вопрос №2 Сможет ли самолет взлететь с движущейся поверхности транспортира, если скорость транспортира постоянно увеличивается пропорционально вращению колес. Взлетит или нет?
Конечно, в сети интернет встречаются разные мнения и материалы. Мы же приводим ответы работников авиации. Которые были присланы в редакцию журнала "Крылья Родины"
Письмо авиатехника Л. Бутеико и статья «Кто прав?» В. Махрова у меня, как и у других читателей, вызвали желание высказать свое мнение по вопросам, о которых спорили работники Запорожского аэроклуба.
В своем ответе на первый вопрос-сократится ли длина пробега (L) самолета, если он совершит посадку на движущуюся навстречу транспортерную ленту, тов. Махров отвечает утвердительно. Но это не соответствует истине. Правильно выполнив анализ формулы длины пробега, автор ответа забывает о том; что Vпос — есть скорость самолета относительно воздушной массы или относительно неподвижной части аэродрома при безветрии. Эта скорость является величиной строго определенной для каждого типа самолета и зависит от его весовых, геометрических и аэродинамических характеристик, а также от плотности воздуха. Это видно из формулы:
где G — посадочный вес самолета, Супос -коэффициент подъемной силы самолета, S — площадь крыла самолета, ρ— массовая плотность воздуха. Следовательно, движение транспортерной ленты с любой скоростью не влияет на посадочную скорость самолета и лишь как-то может сказаться на длине его пробега.
Как же, эта длина в действительности изменится по сравнению с посадкой на обычную ВПП? Закономерен ли вывод, сделанный автором статьи из использованной им формулы длины пробега:
В этой формуле Vпос и Кпос являются величинами строго определенными для соответствующего типа самолета и от внешних условий, кроме состояния атмосферы, не зависят. Следовательно, на длину пробега будет влиять только величина fпp (приведенный коэффициент трения колес о ВПП).
При посадке на ленту fпр за счет большего расхода кинетической энергии самолета на раскрутку колес в момент касания движущейся навстречу ленты и на их вращение при пробеге, вероятно, увеличится, как и силы трения качения колес. Однако обе эти силы настолько в общем незначительны, что делать вывод о значительном сокращении длины пробега, тем более о возможности мгновенной остановки самолета при каком-то регулировании скорости движения ленты, даже в теоретическом плане, незакономерно.
В ответе на второй вопрос: «взлетит ли самолет с транспортерной ленты, если она движется навстречу ему, а скорость ее движения нарастает пропорционально нарастанию тяги двигателя?» автор напоминает, что подъемная сила самолета образуется за счет обтекания крыла самолета воздушным потоком. И тут же делает вывод, что этому потоку неоткуда взяться, так как тяга двигателя будет лишь уравновешивать снос самолета с точки транспортера, на которой он установлен.
При глубоком изучении данного вопроса мы пришли к другому выводу. Ведь сила тяги, движущая самолет вперед, создается не за счет сцепления колес с земной поверхностью, как у автомобиля (в данном случае вывод автора был бы правильным), а за счет реактивной силы массы воздуха, которая отбрасывается назад силовыми установками самолета. (В рассматриваемом случае воздушная среда на аэродроме считается неподвижной, и ее состояние от скорости движения транспортерной ленты, естественно, не зависит).
При взлете тяга двигателей расходуется на создание ускорения разбега, средняя величина которого выражается формулой:
В данной формуле: Θвпп — угол наклона ВПП, который мы в учет не берем; g — ускорение свободного падения, Кр — коэффициент, учитывающий изменение силы тяги двигателей с ростом скорости на разбеге. (Для современных двигателей Кр = 0,95 ~1,05 и в нашем случае его можно принять за Кр — 1,0), Рст — статическая тяга двигателей, G — взлетный вес самолета, f — приведенный коэффициент сопротивления. Для современных самолетов он принят 0,06 — 0,1. Величина выражает тяговооруженность самолета и составляет для современных самолетов 0,5 - 0,9. Величина f характеризует, какая часть тяговооруженности самолета расходуется на преодоление сил сопротивления на взлете. Ее можно определить выражением:
где Qcp — средняя величина аэродинамического сопротивления.
В начале разбега Q равна нулю. Затем, по мере нарастания скорости, она увеличивается по квадратичному закону и в момент отрыва определяется по известной формуле:
Fтр ср - средняя величина силы трения качения колес о ВПП. В начале разбега Fтp имеет максимальное значение. В процессе разбега, по мере роста подъемной силы крыла, следовательно и одновременного уменьшения силы реакции земли, величина Fтp уменьшается, и в момент отрыва она равняется нулю.
Анализ формулы среднего ускорения разбега показывает, что при взлете с транспортерной ленты на величину jcp будет влиять только прирост силы Fтp. Тяговооруженность современных самолетов значительно больше величины j. Поэтому при любой скорости встречного движения ленты у самолета будет запас тяги для создания ускорения разбега и достижения воздушной скорости, необходимой для взлета.
И самолет взлетит, хотя длина разбега при взлете с лёнты, видимо, увеличится.
В. ПАЛ К И Н,
военный штурман
1-го класса
ВОПРОСЫ, по которым разгорелся спор на занятиях технического состава Запорожского аэроклуба, не раз обсуждались и в нашем Актюбинском высшем летном училище гражданской авиации. Опубликованная в «Крыльях Родины» (№ 10 за 1980 год) статья «Кто прав», написанная доцентом МАИ, кандидатом технических наук В. Махровым, что называется, подлила масла в огонь. Споры возобновились. Если с ответом В. Махрова на первый вопрос у нас согласились почти все, то ответ на второй вопрос техников аэроклуба большинство курсантов, в том числе наша группа, считает неудовлетворительным.
Прежде всего, автор не дал убедительных доказательств своего утверждения, что самолет не взлетит с транспортерной ленты, если она движется на встречу самолету, а скорость ее движения будет нарастать пропорционально нарастанию тяги двигателей. Утверждение, что самолет останется на месте, так как тяга двигателя будет лишь уравновешивать его снос с точки транспортера, на которой он установлен, мы считаем неправильным. Тов. Махров, видимо упустил, что двигатель самолета создает тягу, которая необходима для преодоления лобового сопротивления и движения самолета относительно воздуха, а не относительно, ленты транспортера. Следовательно, при движении транспортерной ленты навстречу взлетающему самолету, ее действие на него будет выражаться только в увеличении силы трения качения в подшипниках колес.
Используя основные законы аэродинамики, физики, механики, мы сообща проанализировали несколько возможных случаев (вплоть до практически невероятного, при котором коэффициент К почти равен единице) решения задачи, соответствующей вопросу, поставленному механиком Запорожского аэроклуба..
Вывод у нас был однозначен: в реальных условиях при даче ручки управления двигателя, самолет в любом случае, начнет разбег, так как он движется по третьему закону Ньютона с какой силой будет действовать газ, вырывающийся из сопла двигателя, с такой же силой сама оболочка самолета будет двигаться вперед относительно воздуха. При этом длина разбега увеличится на величину, необходимую для преодоления дополнительных сил трения в подшипниках, так как скорость вращения колес будет равна сумме: скорости движения самолета в неподвижной системе координат (т. е. массы воздуха) и скорости подвижной системы координат (т. е. точки на ленте транспортера). При достижении присущей данному типу самолета скорости отрыва он в конце концов взлетит.
Курсанты
А. КИРОКАСЯНЦ, В. КОДИНЦЕВ,
Р. СИМОНЯН, А. ТРОФИМОВ,
Г. ФЕДИН, Б. ШТЕПА и др.
Актюбинск.
ОТВЕЧАЯ НА ВОПРОСЫ, заданные авиамехаником Запорожского аэроклуба, автор статьи «Кто прав?», на мой взгляд, неправильно применил известное правило механики о сложении относительных скоростей. Это и привело его к ошибочному выводу, что при посадке на движущуюся навстречу транспортерную ленту пробег самолета существенно сократится. Фактически же длина пробега будет такой же, как и при посадке на обычную ВПП, ибо основные силы, влияющие ка длину пробега — сила сопротивления воздуха и сила трения шин в обоих случаях остаются неизменными. Сила воздушного сопротивления является аэродинамической характеристикой самолета и не зависит от того, движется или нет транспортерная лента. Не зависят от ее скорости и коэффициент трения шин и сила, создаваемая тормозами. Из сказанного напрашивается вывод: использование транспортерной ленты ни практически, ни теоретически изменить длину пробега самолета, а тем более остановить его мгновенно не может.
Изменится только длина пробега самолета по самой транспортерной ленте. При этом посадка на встречно движущуюся ленту, на мой взгляд, лишь увеличит длину пробега самолета, а посадка на попутно движущуюся ленту — уменьшит.
Неверно, по-моему, и утверждение автора статьи «Кто прав», что самолет не излетит с движущейся (безразлично как) транспортерной ленты. Ее движение не создает сил, действующих ни самолет при взлете, а поэтому он будет проходить так же, как и с неподвижной, обычной бетонной или грунтовой взлетно-посадочной полосы.
В. КОРНИЕНКО,
младший научный сотрудник,
председатель дельтаклуба «ЭОЛ»
физико-технического института
Харьков
ЛЕТНЫЙ СОСТАВ нашего подразделения с интересом встретил опубликованное в журнале № 10 за 1980 год письмо авиамеханика Запорожского клуба А. Бутенко и внимательно разобрал ответы, которые дал на них доцент МАИ кандидат технических наук В. Махров. По поручению товарищей, принимавших участие в анализе ответов, сообщаю наше мнение по существу статьи тов. В. Махрова.
Прежде всего, на наш взгляд, автор при ответе на первый вопрос неправильно использовал и рассмотрел формулу Vnoc=Vс— Vл и отсюда Lпр=K(Vс—Ул)2
Ведь Vnoc — это скорость самолета относительно воздушной массы у поверхности аэродрома в момент касания транспортерной ленты. Следовательно, выражение Vпос=Vc—Ул просто не имеет смысла. При посадке на ленту Vnoc самолета не изменится, увеличится лишь скорость вращения колес, пропорционально скорости транспортерной ленты. При больших угловых скоростях уменьшается коэффициент трения и эффективность торможения, а следовательно, длина пробега возрастает. Длина пробега сократится и даже будет равна Нулю, если навстречу самолету в момент посадки будет двигаться не лента, а ветер со скоростью, близкой или равной посадочной скорости самолета.
Вспомним посадку первых самолетов, которые не имели никаких тормозных устройств. Он останавливался в результате сопротивления воздуха, трения в подшипниках колес и действия сцепления пневматиков колес с поверхностью аэродрома. Эти силы будут одинаково действовать и при посадке на транспортерную ленту. Трение в подшипниках колес изменится незначительно, сцепление пневматиков с поверхностью ленты уменьшится, так как угловая скорость колес возрастает. Таким образом, теоретически спор идет лишь об изменении длины пробега всего на несколько метров, а не о значительном ее сокращении...
По нашему мнению, не убедителен ответ В. Махрова и на второй вопрос. Для наглядности условимся, что скорость транспортерной ленты, движущейся навстречу стартующему самолету, равна его взлетной скорости (Vотр)- Чтобы самолет не перемещался относительно земли вместе с лентой, к нему должна быть приложена сила тяги, равная силе трения колес о ленту. Но ведь с такой тягой самолет не взлетит и с обычной полосы, так как для достижения Vотр ему необходимо преодолеть еще и сопротивление воздуха. А по условиям на это тяги не хватает. Но в этом случае такой аппарат не имеет права называться самолетом. Реально же, нормальный самолет преодолеет добавочное сопротивление движущейся транспортерной ленты и взлетит, практически, так же, как с обычной ВПП. Разница будет лишь в скорости вращения колес. За это говорят логика и наш опыт летной работы.
Майор В. ОДУЕВ, военный летчик-инструктор
Похожие материалы: