Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Сила тяги

Сила тяги

Thrust

Для того, чтобы самолет двигался, к нему необходимо приложить усилие тяги, которое должно превосходить силу сопротивления. Самолет продолжит движение, и скорость его движения будет расти до тех пор, пока усилие тяги не сравняется с силой сопротивления. Чтобы поддержать постоянную скорость полета, тяга и сопротивление должны оставаться равными, так же, как подъемная сила должна уровнять вес самолета, чтобы поддерживать постоянную высоту полета. Если в горизонтальном полете, мощность двигателя будет уменьшена, то и тяга снизится, а самолет начнет замедляется. Пока тяга меньше чем сопротивление, самолет продолжает замедляться, до тех пор, пока его скорость полета не достигнет минимального значения при котором невозможно поддержание самолета в воздухе.

Аналогично, если мощность двигателя будет увеличена, тяга возрастет и станет больше, чем сила сопротивления, следовательно и скорость полета будет увеличиваться. Пока тяга больше чем сопротивление, самолет продолжает ускоряться. Когда сила сопротивления поравняется с силой тяги, скорость самолета станет постоянной.

Горизонтальный полет может производиться в широком диапазоне скоростей. Пилот координирует угол атаки (УА — острый угол образованной линией хорды крыла и направлением набегающего на крыло потока воздуха) и тягу во всех режимах полета, если необходимо поддержать самолет в горизонтальном полете. Скоростные режимы могут быть сгруппированы в три категориях: полет на малых скоростях, полет на крейсерской скорости и высокоскоростной полет.

Когда скорость полета мала, УА должен быть относительно большим, чтобы поддержать баланс между подъемной силой и весом самолета. [Рисунок 4-3]. Если тяга будет уменьшения и снижена скорость полета, подъемная сила станет меньше, чем вес самолета, и самолет начинает снижаться. Чтобы поддержать горизонтальный полет, пилот может увеличить УА на величину, достаточную для создания подъемной силы, которая снова уравновесит вес самолета. Горизонтальный полет можно поддержать даже при снижении скорости полета, если пилот должным образом выставит УА, который соответствует заданной тяге.

Рисунок 4-3. Угол атаки при различных скоростях.

Горизонтальный полет на малых скоростях создает некоторые интересные условия равновесия сил, так при кабрировании самолета у вектора силы тяги возникает вертикальный компонент, который помогает поддерживать самолет. С одной стороны, нагрузка на крыло стремится быть меньше, чем ожидается. Большинство пилотов знают, что самолет уйдет в сваливание быстрее на малой скорости при наличии тяги, чем при отсутствии тяги, при прочих равных условиях. Набегающий на крылья поток воздуха от винта также способствует этому. Однако, если анализ ограничен четырем силам, как они обычно определяются во время полета на малых скоростях, тяга равна сопротивлению, подъемная сила равна весу.

Во время горизонтального полета, если тяга увеличена и скорость полета возрастает, УА должен быть уменьшен. Таким образом, при установке соответствующего соотношения между тягой и углом атаки самолет останется в горизонтальном полете, но на более высокой скорости.

Если бы УА не был скоординирован (уменьшен) с увеличением тяги, то самолет начал бы подниматься. Но уменьшение УА изменяет подъемную силу, сохраняя ее равной весу и самолет остаются в горизонтальном полете. При очень больших скоростях горизонтальный полет возможен даже при малых отрицательных значениях УА. Это очевидно тогда, тот горизонтальный полет может быть выполнен с любым УА между останавливающимся углом и относительно маленькими отрицательными углами, найденными на высокой скорости.

У некоторых самолетов есть способность изменять направление вектора силы тяги вместо того, чтобы изменить УА. Это достигается за счет поворота двигателей или изменением направления выхлопных газов. [Рисунок 4-4].

Рисунок 4-4. У некоторых самолетов есть способность изменять направление вектора силы тяги.

For an aircraft to move, thrust must be exerted and be greater than drag. The aircraft will continue to move and gain speed until thrust and drag are equal. In order to maintain a constant airspeed, thrust and drag must remain equal, just as lift and weight must be equal to maintain a constant altitude. If in level flight, the engine power is reduced, the thrust is lessened, and the aircraft slows down. As long as the thrust is less than the drag, the aircraft continues to decelerate until its airspeed is insufficient to support it in the air.

Likewise, if the engine power is increased, thrust becomes greater than drag and the airspeed increases. As long as the thrust continues to be greater than the drag, the aircraft continues to accelerate. When drag equals thrust, the aircraft flies at a constant airspeed.

Straight-and-level flight may be sustained at a wide range of speeds. The pilot coordinates angle of attack (AOA) — the acute angle between the chord line of the airfoil and the direction of the relative wind — and thrust in all speed regimes if the aircraft is to be held in level flight. Roughly, these regimes can be grouped in three categories: low-speed flight, cruising flight, and high-speed flight.

When the airspeed is low, the AOA must be relatively high if the balance between lift and weight is to be maintained. [Figure 4-3] If thrust decreases and airspeed decreases, lift becomes less than weight and the aircraft starts to descend. To maintain level flight, the pilot can increase the AOA an amount which will generate a lift force again equal to the weight of the aircraft. While the aircraft will be flying more slowly, it will still maintain level flight if the pilot has properly coordinated thrust and AOA.

Figure 4-3. Angle of attack at various speeds.

Straight-and-level flight in the slow-speed regime provides some interesting conditions relative to the equilibrium of forces because with the aircraft in a nose-high attitude, there is a vertical component of thrust that helps support it. For one thing, wing loading tends to be less than would be expected. Most pilots are aware that an airplane will stall, other conditions being equal, at a slower speed with the power on than with the power off. (Induced airflow over the wings from the propeller also contributes to this.) However, if analysis is restricted to the four forces as they are usually defined during slow-speed flight the thrust is equal to drag, and lift is equal to weight.

During straight-and-level flight when thrust is increased and the airspeed increases, the AOA must be decreased. That is, if changes have been coordinated, the aircraft will remain in level flight, but at a higher speed when the proper relationship between thrust and AOA is established.

If the AOA were not coordinated (decreased) with an increase of thrust, the aircraft would climb. But decreasing the AOA modifies the lift, keeping it equal to the weight, and the aircraft remains in level flight. Level flight at even slightly negative AOA is possible at very high speed. It is evident then, that level flight can be performed with any AOA between stalling angle and the relatively small negative angles found at high speed.

Some aircraft have the ability to change the direction of the thrust rather than changing the AOA. This is accomplished either by pivoting the engines or by vectoring the exhaust gases. [Figure 4-4].

Figure 4-4. Some aircraft have the ability to change the direction of thrust.


Система Orphus