Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Коэффициенты перегрузки » Диаграмма скорости и перегрузки

Диаграмма скорости и перегрузки

Vg Diagram

Способность самолета противостоять перегрузкам в полете отражается на диаграмме, по вертикальной оси которой отмечается коэффициент перегрузки. [Рисунок 4-47] диаграмма называется «Vg диаграмма» и показывает зависимость коэффициента перегрузки от скорости полета. Для каждого самолета эта диаграмма своя и она верна для определенного веса самолета и высоты полета.

Первой важной частью диаграммы является кривая характеризующая способность генерировать подъемную силу. На диаграмме, показанной на рисунке 4-47 самолет способен к развитию перегрузки не больше, чем +1g при скорости 62 мили в час — скорости сваливания самолета. Так как фактор максимальной перегрузки пропорционален квадрату скорости полета, то максимальная положительная способность производить подъемную силу для этого самолета составит 2g при 92 милях в час, 3g при 112 миль в час, 4.4g при 137 милях в час, и т.д. Любая перегрузка выше этой линии невозможна с точки зрения аэродинамики (то есть, самолет не может совершать полет при перегрузке выше линии максимальной способности генерации подъемной силы, потому что это приведет к его сваливанию). Та же самая ситуация происходит и для отрицательного полета за исключением того, что скорость требуемая для создания определенной подъемной силы выше, чем скорость необходимая для создания той же перегрузки, но с положительным знаком.

Если полет производится с положительной перегрузкой большей чем 4.4g, то возможно повреждение элементов конструкции самолета. При полетах с перегрузками около 4.4g может возникнуть нежелательная деформация конструкции самолета, а также появится большая степень усталости материала конструкции самолета. При выполнении нормального полета необходимо избегать превышения допустимой перегрузки.

На Vg диаграмме есть еще две важные точки. Первая — пересечение линии допустимой положительной перегрузки и линия максимальной подъемной силы. Скорость полета в этой точке — минимальная скорость полета, при которой предельная перегрузка может быть развита аэродинамически. Любая скорость полета, больше, чем эта, создает такую подъемную силу, которая может повредить самолет. И наоборот, любая скорость полета меньше, чем эта не обеспечит той критической подъемной силы, которая может нанести ущерб самолету от сильной перегрузки. Такую скорость обычно обозначают как «эволютивная скорость», в дозвуковой аэродинамике — минимальная скорость, на которой самолет имеет возможность выполнять некоторые минимальные маневры. Эволютивная скорость — важный ориентир, так как самолет, который эксплуатируется на меньших скоростях, не может произвести разрушительную положительную перегрузку. Любая комбинация маневра и порыва ветра не может создать повреждение из-за лишней аэродинамической нагрузки, когда скорость самолета ниже эволютивной.

Рисунок 4-47. Типичная Vg диаграмма.

Вторая важная точка на диаграмме — пересечение отрицательного коэффициента предельной перегрузки и линия максимальной способности создавать отрицательную подъемную силу. Любая бо́льшая скорость полета, создать такую подъемную силу которая может повредить самолет; любая меньшая скорость полета не может привести к созданию той отрицательной подъемной силы, которая может спровоцировать повреждение самолета от чрезмерной перегрузки.

Предельная скорость полета (или скорость в красной зоне) ограничена структурой самолета — этот самолет ограничен по скорости 225 милями в час. Если полет будет производиться со скорость больше предельной, то может произойти поломка или разрушение элементов конструкции самолета из-за различных явлений.

При совершении полета самолет имеет ограничения по скоростным режимам и возникающим перегрузкам, которые не должны превышать предельные (обозначены красными линиями) и не должен превышать максимальную способность производить подъемную силу. Скорость и перегрузка должны находиться в пределах конвертообразной фигуры, ограниченную красными кривыми, чтобы избежать повреждения конструкции самолета и гарантировать ожидаемый эксплуатационный ресурс самолета. Пилот должен расценивать Vg диаграмму как описание допустимых комбинаций скоростей полета и коэффициентов перегрузки для безопасного полета. Любой маневр, порыв воздуха или порыв и маневр вне «конверта» на диаграмме могут вызвать повреждение конструкции самолета и существенно сократить срок службы самолета.

The flight operating strength of an aircraft is presented on a graph whose vertical scale is based on load factor. [Figure 4-47] The diagram is called a Vg diagram — velocity versus G loads or load factor. Each aircraft has its own Vg diagram which is valid at a certain weight and altitude.

The lines of maximum lift capability (curved lines) are the first items of importance on the Vg diagram. The aircraft in the Figure 4-47 is capable of developing no more than +1 G at 62 mph, the wing level stall speed of the aircraft. Since the maximum load factor varies with the square of the airspeed, the maximum positive lift capability of this aircraft is 2 G at 92 mph, 3 G at 112 mph, 4.4 G at 137 mph, and so forth. Any load factor above this line is unavailable aerodynamically (i.e., the aircraft cannot fly above the line of maximum lift capability because it stalls). The same situation exists for negative lift flight with the exception that the speed necessary to produce a given negative load factor is higher than that to produce the same positive load factor.

If the aircraft is flown at a positive load factor greater than the positive limit load factor of 4.4, structural damage is possible. When the aircraft is operated in this region, objectionable permanent deformation of the primary structure may take place and a high rate of fatigue damage is incurred. Operation above the limit load factor must be avoided in normal operation.

There are two other points of importance on the Vg diagram. One point is the intersection of the positive limit load factor and the line of maximum positive lift capability. The airspeed at this point is the minimum airspeed at which the limit load can be developed aerodynamically. Any airspeed greater than this provides a positive lift capability sufficient to damage the aircraft. Conversely, any airspeed less than this does not provide positive lift capability sufficient to cause damage from excessive flight loads. The usual term given to this speed is “maneuvering speed,” since consideration of subsonic aerodynamics would predict minimum usable turn radius or maneuverability to occur at this condition. The maneuver speed is a valuable reference point, since an aircraft operating below this point cannot produce a damaging positive flight load. Any combination of maneuver and gust cannot create damage due to excess airload when the aircraft is below the maneuver speed.

Figure 4-47. Typical Vg diagram.

The other point of importance on the Vg diagram is the intersection of the negative limit load factor and line of maximum negative lift capability. Any airspeed greater than this provides a negative lift capability sufficient to damage the aircraft; any airspeed less than this does not provide negative lift capability sufficient to damage the aircraft from excessive flight loads.

The limit airspeed (or redline speed) is a design reference point for the aircraft — this aircraft is limited to 225 mph. If flight is attempted beyond the limit airspeed, structural damage or structural failure may result from a variety of phenomena.

The aircraft in flight is limited to a regime of airspeeds and Gs which do not exceed the limit (or redline) speed, do not exceed the limit load factor, and cannot exceed the maximum lift capability. The aircraft must be operated within this “envelope” to prevent structural damage and ensure the anticipated service lift of the aircraft is obtained. The pilot must appreciate the Vg diagram as describing the allowable combination of airspeeds and load factors for safe operation. Any maneuver, gust, or gust plus maneuver outside the structural envelope can cause structural damage and effectively shorten the service life of the aircraft.


Система Orphus