парашюты и парапланы| Главная » Статьи » Теория параплана » 3. Аэродинамика и аэромеханика ППС |
Аэродинамическое качество системы пилот-параплан
| Аэродинамическое качество системы пилот-параплан. Изменяется ли аэродинамическое качество системы пилот-параплан с изменением удельной массовой нагрузки на крыло? Ответ 6.06.11. Теоретически, как мне кажется, аэродинамическое качество системы пилот-параплан должно изменяться. Приведу следующие, на мой взгляд, правдоподобные рассуждения. 1. С увеличением веса пилота (а, значит, удельной массовой нагрузки на крыло), должна увеличиться вертикальная составляющая истинной воздушной скорости системы пилот-параплан (это можно легко показать теоретически). 2. Оснований для одновременного пропорционального (чтобы сохранился прежним угол планирования а, значит, и аэродинамическое качество) увеличения горизонтальной составляющей скорости нет, поскольку сопротивление в целом возрастает с увеличением результирующей скорости. 3. Таким образом, угол планирования системы должен возрастать а, значит, аэродинамическое качество (как котангенс угла планирования) должно уменьшаться. 4. Кроме того, увеличение удельной массовой нагрузки на крыло и стропную систему, должно приводить в целом к деформациям, искажениям и изменениям в геометрии крыла и стропной системы, что также должно увеличивать сопротивление системы и снижать ее аэродинамическое качество. 5. И тем не менее, в пределах весовой вилки это может быть практически незаметно (качество может изменяться в первом знаке после запятой). Изменяется ли аэродинамическое качество с изменением высоты полета системы пилот-параплан? Ответ 20.06.11. Аэродинамическое качество парапланерных систем является одной из важнейших их летно-тактических характеристик и характеризует горизонтальную дальность полета при снижении с заданной высоты в условиях полного штиля (т.е. при отсутствии ветра, потоков и турбулентности). Можно выдвинуть гипотезу об изменении аэродинамического качества системы пилот-параплан на больших высотах, – как следствие изменения режима обтекания крыла за счет изменения вязкости и плотности воздуха. Это может оказывать существенное влияние на перестройку картины течения вокруг крыла и системы в целом по мере увеличения высоты. Может изменяться положение линий отрыва потока, а, значит, изменяться аэродинамические характеристики крыла, в том числе и его аэродинамическое качество. Рассмотрим возможные причины изменения аэродинамического качества с изменением высоты полета. 1. Кинематическая вязкость с высотой увеличивается, и от 0 до 5км она изменяется фактически в 1,5 раза (а от 0 до 10км – в 2,4 раза). Число Рейнольдса, характеризующее режим течения воздуха вокруг крыла и системы в целом и зависящее от вязкости и плотности, с увеличением высоты также будет изменяться. Таким образом, можно предположить, что и критическое число Рейнольдса, определяющее положение точек отрыва потока от крыла, и системы в целом, будет изменяться (уменьшаться, а отрыв становиться более ранним). Т.е. на большой высоте положение точек отрыва на верхней поверхности крыла как планирующего парашюта, так и параплана может быть смещено против потока, что приведет к увеличению размеров зоны отрыва и, как следствие, к увеличению коэффициента сопротивления системы и к уменьшению коэффициента подъемной силы. А, значит, к уменьшению горизонтальной составляющей скорости полета и увеличению вертикальной. Это, в свою очередь, приведет к увеличению (по модулю) траекторного угла (угла планирования системы) и, как следствие, к уменьшению аэродинамического качества системы. При этом изменятся силы и моменты, действующие на систему относительно ее центра масс, что в соответствии с принципом минимума энергетических затрат заставит перебалансироваться крыло вперед, на меньший угол атаки. А это на большой высоте может еще дополнительно изменить угол планирования а, значит, несколько изменить аэродинамическое качество системы в ту или иную сторону. 2. С увеличением высоты существенно уменьшается плотность воздуха, и от 0 до 5 км она фактически уменьшается в 1,6 раза (а от 0 до 10км – в 2,9 раза). Если система старается перебалансироваться в воздухе так, чтобы выполнялось условие сохранения коэффициента полной аэродинамической силы, то есть сохранения постоянным скоростного напора, то отсюда следует, что изменение истинной скорости движения системы с высотой будет происходить по закону пропорциональному скорости на уровне моря умноженной на корень квадратный из отношения плотностей на данной высоте и уровне моря. Расчеты показывают, что на высоте 5км истинная скорость системы пилот-параплан в 1,3 раза выше ее значения на уровне моря (на высоте 10км – в 1,7 раз). Изменение аэродинамического качества системы на больших высотах является следствием изменения вектора полной скорости, изменения ее горизонтальной и увеличения вертикальной составляющих, что, по мере снижения системы, приведет к изменению максимально возможной дальности полета до предполагаемой точки посадки, до которой можно и не дотянуть (если в расчетах принимать аэродинамическое качество неизменным). В целом же необходимо проведение специальных исследований по выявлению закономерностей изменения режимов обтекания и балансировки крыла большого удлинения на больших высотах. Для чего все это нужно? Ведь пилоты-парапланеристы не собираются систематически летать на больших высотах. При длительных маршрутных переходах, полетах на больших высотах (например, в горах), вероятно, необходимо оценивать и учитывать возможное изменение аэродинамического качества за счет существенного изменения плотности, давления, вязкости и температуры воздуха в процессе движения системы пилот-параплан. Кроме того, сегодня, военными ведомствами ряда зарубежных стран проводятся исследования возможности скрытного десантирования с больших высот (порядка 7-10км) на большие расстояния на крыльях большого удлинения. Т.е., по существу, речь идет об использовании конструкций аналогичных парапланам для управляемой доставки живой силы и грузов к точке цели. Как изменяется аэродинамическое качество крыла и параплана в целом с изменением угла атаки? Ответ 22.11.11 На рис.1 представлен график аэродинамического качества параплана среднего класса, полученный расчетным путем из условий, что в рабочем диапазоне углов атаки коэффициент аэродинамической подъемной силы изменяется по линейному закону, а коэффициент лобового сопротивления по закону квадратной параболы, что весьма близко к реальности.  Рис.1 Зависимость аэродинамического качества параплана от угла атаки крыла при полностью отпущенных стропах управления Как видно из графика, кривая зависимости аэродинамического качества от угла атаки имеет явно выраженный максимум. Чем выше точка максимума, тем больше величина аэродинамического качества. Угол атаки, на котором реализуется максимум, является углом максимального аэродинамического качества. Важное значение при анализе графика имеет пологость вершины графика. Это значит, что в окрестности вершины существует достаточный диапазон углов атаки (в нашем примере 6-100), при которых аэродинамическое качество не будет существенно уменьшаться, что важно при полетах в турбулентности и при обработке термических и динамических восходящих потоков. Островершинность графика (малый диапазон изменения углов атаки в окрестности вершины) при достаточно больших значениях величины аэродинамического качества в точке максимума характерна для некоторых спортивных и рекордных аппаратов. Чтобы непрерывно удерживать такой аппарат в турбулентности в окрестности точки максимума аэродинамического качества, от пилота требуется высокое мастерство. Очевидно, что точка максимума горизонтальной составляющей скорости параплана должна лежать левее точки максимума аэродинамического качества, что соответствует меньшим значениям коэффициентам лобового сопротивления и меньшим углам атаки. Большая величина горизонтальной составляющей скорости важна для маршрутных полетов при попытке пробиться против ветра к следующему термику (конечно, если нет акселератора). Точка минимума вертикальной составляющей скорости параплана может располагаться в зоне более высоких значений аэродинамической подъемной силы крыла. Значение балансировочного угла атаки параплана может находиться между точками максимальной горизонтальной составляющей скорости и максимума аэродинамического качества, т.е. на восходящей ветви кривой. | |
| Просмотров: 2382 | Рейтинг: 2.0/1 |
| Всего комментариев: 0 | |
