Котик М.Г., Павлов А.В., Пашковский И.М. Летные испытания самолетов

Подождите немного. Документ загружается.

Глава X

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК САМОЛЕТА

10.1. ОСОБЕННОСТИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ САМОЛЕТОВ

Возрастание максимальных скоростей полета современных са

молетов связано с ухудшением их взлетно-посадочных характери

стик: увеличением взлетных и посадочных скоростей, приводящим

в частности к увеличению длин разбега и пробега. Это затрудняет

расчет и выполнение посадки, взлета, усложняет технику пилоти

рования самолета и тем самым снижает безопасность полета,

а также требует значительного увеличения потребных размеров

аэродромов (из-за необходимости удлинения ВПП). Увеличение

потребных длин ВПП является наиболее тяжелым последствием

увеличения посадочных скоростей скоростных самолетов. Необхо

димость увеличения ВПП связана также и с ухудшенными харак

теристиками взлета современных тяжелых самолетов (значитель

ное возрастание дистанций прерванного и продолженного взлета

у современных многомоторных самолетов в случае асимметричного

отказа двигателей).

Возрастание потребных размеров ВПП является весьма неже

лательным как с военной (повышенная уязвимость больших аэро

дромов, необходимость концентрации вокруг них большого коли

чества авиационной техники), так и с экономической точки зрения.

Так, например, по американским данным, стоимость увеличения

длины бетонной ВПП, пригодной для летной эксплуатации совре

менных тяжелых самолетов (с весом порядка 100 г и более, для

чего требуется бетонное покрытие толщиной порядка 400 мм и

выше), на каждые 200 м составляет около 500 000 долларов.

Поэтому в течение последних двух десятилетий во всем мире

ведутся интенсивные поиски средств улучшения взлетно-посадоч

ных характеристик самолетов (создания самолетов с укороченными

взлетом и посадкой, а также и самолетов безаэродромной авиа

ции— вертикально взлетающих самолетов). Для создания самоле

тов с укороченными взлетом и посадкой, в частности, широка при

меняются различные средства механизации крыла (отклоняющиеся

•носки, предкрылки, реактивные закрылки и т. д.), системы управ

ления пограничным слоем, устройства для реверсирования тяги

359

двигателей, специальные вертикальные двигатели кратковременного

использования для взлета и посадки.

В настоящее время существуют самолеты, способные произво

дить как аэродромные, так и безаэродромные (точнее — без дви

жения по земле, т. е. без разбега и пробега) взлет и посадку. Однако

современные самолеты массовой эксплуатации предназначены

только для аэродромного базирования, т. е. для их взлета и посад

ки требуется наличие специально подготовленной летной полосы.

я&лп-

-КПБ -

-впп-

• КПБ -

ЛП

Рис. 10. 1. Схема летной полосы

Летная полоса (ЛП) состоит из взлетно-посадочной полосы (ВПП)

и концевых полос безопасности (КПБ) (см. рис. 10. 1). Располагае

мая длина летной полосы (РЛП) представляет собой сумму длин

взлетно-посадочной полосы и концевой полосы безопасности, нахо

дящейся впереди по направлению движения самолета (в направ

лении которой производится взлет или посадка).

Схематически аэродромные взлет и посадка самолета в нор

мальных эксплуатационных условиях представлены на рис. 10.2 и

10.3. Высота, обозначенная на схеме рис. 10.2 и 10.3 символом

Рис. 10.2. Схематическое представление траекторий аэродромных взлета

и посадки старого дозвукового самолета

Нусл, является условной высотой препятствий на подходах к аэро

дрому. Ранее было принято считать условную высоту препятствий

одинаковой для случаев взлета и посадки и равной 25 м. В настоя

щее время по требованиям Международной Организации Граж

данской Авиации ^САО) величина Я усл считается равной 10,7 м

для взлета и 15 м для посадки. При этом высота Яусл=10,7 м

отсчитывается от уровня ВПП в' точке отрыва самолета на взлете,

360

а # усл=15 м — от уровня ВПП в точке касания самолетом земли

при посадке.

Взлетной дистанцией называется путь, проходимый самолетом

при взлете от линии старта (точки начала разбега) до точки траек

тории на высоте Яусл (отсчитываемой от уровня ВПП в точке от

рыва самолета), в которой самолет достигает безопасной скорости

взлета. Безопасной скоростью взлета Убез называется наименьшая

скорость полета, при которой допускается выполнение дальней

шего набора высоты (по достижении самолетом высоты Яусл).

^вез

■Посадочная дистанция

Рис. 10.3. Схематическое представление траекторий аэродромных взлета

и посадки сверхзвукового самолета

В частности, в случае многомоторных самолетов величина Убез

является наименьшей скоростью полета, при которой разрешается

производить дальнейший набор высоты в случае продолжения

взлета с отказавшим критическим двигателем, о чем подробней

будет сказано ниже. Безопасная скорость взлета должна превы

шать скорость сваливания самолета во взлетной конфигурации при

работе двигателей на режиме холостого хода (малого газа) не ме

нее чем на 20'% — для самолетов, имеющих не более двух двига

телей, и 15%— для самолетов, имеющих более двух двигателей.

Безопасная скорость взлета должна превышать эволютивную ско

рость полета не менее чем на 10%.

Посадочной дистанцией (рис. 10.2 и 10.3) называется путь, про

ходимый самолетом при посадке от точки траектории на высоте

Пуел (отсчитываемой от уровня ВПП в точке касания самолета)

до момента полной его остановки. В процессе выполнения расчета

и захода на посадку скорость полета самолета должна быть не ме

нее 1,3 Уев (скорости сваливания) при соответствующей внешней

конфигурации самолета и .работе двигателей на режиме холостого

хода (малого газа), а также не превышать предельно допустимую

скорость полета с данным положением органов механизации крыла,

13 598 361

установленную из условий прочности конструкции или устойчиво

сти и управляемости самолета.

Внешняя конфигурация самолета определяется сочетанием по

ложений органов механизации крыла, шасси, воздушных тормозов,

наружных подвесок и т. д. Различают три основные конфигурации

самолета: взлетную, полетную и посадочную. Взлетная конфигура

ция самолета соответствует условиям полета со взлетной меха

низацией крыла при выпущенном или убранном шасси, полетная —

условиям полета самолета с убранным шасси при положении орга

нов механизации крыла, соответствующем крейсерскому режиму

полета, посадочная — условиям полета с посадочной механизацией

крыла и выпущенным шасси.

Взлетная

дистанция

Линия

старта

начало уборки

КПБ

ВПП

Располагаемая Ълина

летной полосы

Летная полоса

Начальный набор бысоть/

Полет по

начало уборки

органоб механизации

^Линия ограничения препятствий

^ Уровень ВЛП 6 точке отрыба

Р и с 10.4. Схема взлета и начального наборя высоты (по требованиям

ГСАО>-

Требованиями ,1САО регламентируются не только условия

взлета, но и условия дальнейшего, так называемого начального

набора высоты — до достижения самолетом высоты 457

М, после

чего начинается уже полет по маршруту. Схематически траектория

движения самолета на взлете и в процессе начального набора вы

соты (полная взлетная дистанция) показана на рис. 10.4. Уборка

шасси начинается в конце взлетной дистанции (в точке 1 , соответ

ствующей высоте полета 10,7 м).

По окончании взлетной дистанции наступает этап начального

набора высоты. В точке 2 уборка шасси заканчивается, после чего

начинается участок значительно более интенсивного набора вы

соты. Так, например, по требованиям ^ А О для четырехмоторных

самолетов минимальный уклон траектории набора высоты * в пря

молинейном полете должен быть не менее 1,3% на участке 1 — 2 и

3% на участке 2—3. В точке 3 (высота полета 122 м) начинается

* Уклон траектории набора высоты на взлете т]ВЗл определяется обычно

в процентах из следующего выражения:

ан

Ивзл = *8 0взл-ЮО% = — -100% ^ б в зл -1 0 0 % ,

аь

где

0 взл — в

р а д .

352

уборка органов механизации. Далее^самолет продолжает полет по

прямолинейному, или состоящему из отдельных отрезков участку

траектории начального набора высоты, заканчивающемуся на вы

соте 457 м (точка 4). После этого этап, начального набора высоты

считается завершенным и летчик может приступить к выполнению

полета по заданному маршруту.

У современных реактивных самолетов, обладающих большой

энерговооруженностью (тяговооруженностью), этапы выдержива

ния и подъема (см. рис. 10.3) сливаются в один — разгон с одно

временным набором высоты. Скорости отрыва и посадочная у со

временных сверхзвуковых самолетов значительно выше, чем у до

звуковых. Это объясняется возрастанием удельной нагрузки' на

крыло, уменьшением несущих свойств крыла, увеличением угла

стреловидности и уменьшением относительной толщины крыла,

а также условиями обзора и конструктивными соображениями,

препятствующими использованию при отрыве и подходе к земле

всего допустимого из условий аэродинамики диапазона углов атаки

(уменьшение удлинения крыла у современных сверхзвуковых са

молетов обычной схемы приводит к существенному увеличению

критических углов атаки). У сверхзвуковых самолетов из-за умень

шения аэродинамического качества по сравнению с дозвуковыми

возрастают угол предпосадочного планирования (точнее, сниже

ния) и вертикальная скорость снижения самолета, что нежела

тельно. Поэтому самолет снижают при работе двигателей на режи

ме, соответствующем повышенной по сравнению с таковой на ре

жиме малого газа тяге (мощности) двигателей. Это облегчает

и повышает безопасность выравнивания самолета, а в случае необ

ходимости позволяет сразу уйти на второй круг. Однако при этом

возрастает скорость планирования, что приводит к увеличению

длины посадочной дистанции. Скорость отрыва всегда выше поса

дочной. Длины разбега и пробега сверхзвуковых самолетов значи

тельно превышают таковые у дозвуковых самолетов.

У реактивных самолетов выдерживание (рис. 10.3) произво

дится обычно не по горизонтальной, а по наклонной траектории —

с плавным постепенным приближением основных колес шасси

к земле по окончании выравнивания. Участок парашютирования

у них отсутствует. Длина выдерживания реактивного самолета

оказывается обычно значительно большей, чем у самолетов с порш

невыми двигателями. Поэтому для того, чтобы приземлить реак

тивный самолет вблизи начала ВПП, летчик должен начинать вы

равнивание не над самой полосой, а значительно раньше (на под

ходах к ней).

Самолеты безаэродромной авиации, совершающие вертикаль

ные взлет и посадку, по положению фюзеляжа на этих режимах

можно разделить на два типа — с горизонтальным или с верти

кальным положением фюзеляжа. В последнее время безаэродром-

ные самолеты строят, как правило, с горизонтальным положением

фюзеляжа на взлете и посадке. У таких самолетов вертикальная

13*

363

тяга для взлета и посадки создается, например, отклонением пово

ротного сопла ТРД, ось которого, как и у обычных самолетов,

направлена по продольной оси фюзеляжа, либо с помощью спе

циальных стартовых ТРД с вертикальной осью или стартовых тур

бовентиляторных установок, либо поворотом маршевых двигате

лей и т. п.

На рис. 10.5 и 10.6 для примера схематически показан один из

возможных вариантов вертикальных взлета и посадки самолета

с горизонтальным положением фюзеляжа на этих режимах. У та-

Р и с. 10.5. Схематическое представление траектории верти

кального ззлета самолета с горизонтальным положением

фюзеляжа при отрыве

ких самолетов траектория взлета состоит из двух частей (см.

рис. 10.5): вертикального набора высоты, заканчивающегося вы

ходом на условную высоту препятствий, которая для обеспечения

большей безопасности полета при вертикальном взлете прини

мается обычно равной 50 м (вдвое больше, чем при аэродромном

взлете), и взлетного переходного режима, в процессе которого

самолет разгоняется (обычно по наклонной траектории с продол

жением набора высоты) до эволютивной скорости Уэ, т. е. самолет

переходит от режима висения при У = 0 к нормальному полету

со скоростью Уэ.

На первом участке траектории такого взлета тяга двигателей

направлена вертикально вверх, на втором участке направление

тяги изменяется и к концу его тяга оказывается направленной

практически по продольной оси самолета, как это требуется для

нормального полета.

Для выполнения вертикальной посадки самолет снижается

(планирует) и тормозится в режиме нормального полета с таким

364

расчетом, чтобы оказаться вблизи выбранного места посадки

со скоростью Уэ. Посадка такого самолета также состоит из двух

этапов (см. рис. 10.6): посадочного переходного режима, в про

цессе которого самолет переходит от режима нормального полета

со скоростью Уэ к режиму висения при У = 0, и вертикального сни

жения, заканчивающегося приземлением самолета.

Р и с. 10.6. Схематическое представление траектории верти

кальной посадки самолета с горизонтальным положением

фюзеляжа при касании земли

Существуют также самолеты, совершающие безаэродромный

взлет с помощью специальных наземных стартовых устройств

(стартовых катапульт и т. д.), но затем выполняющие обычную

аэродромную посадку.

В настоящее время большое внимание уделяется созданию

самолетов с укороченными взлетом и посадкой (с малыми длинами

разбега и пробега). Это достигается повышением несущих свойств

крыла с помощью систем управления пограничным слоем, приме

нением дополнительных подъемных двигателей, реверса тяги мар

шевых двигателей на посадке и т. п.

10.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ,

ОПРЕДЕЛЯЕМЫ Е ПРИ ИСПЫТАНИЯХ

При проведении летных испытаний самолетов с аэродромными

взлетом и посадкой определяются следующие взлетно-посадочные

характеристики: длина и время разбега, скорость отрыва, длина

и время прохождения взлетной дистанции, длина и время пробега,

посадочная скорость, длина и время прохождения посадочной ди

станции, угол наклона траектории и скорость предпосадочного пла

365

нирования самолета. Длины разбега и пробега, взлетной и посадоч

ной дистанций, а также углы набора высоты являются основными

характеристиками, определяющими размеры взлетно-посадочных

полос (ВПП), аэродромов и подходов к ним.

Наряду с кинематическими взлетно-посадочными характеристи

ками, определяются и характеристики устойчивости и управляемо

сти самолета на этих режимах. Кроме того, на основании отзыва

летчика-испытателя дается качественная оценка взлетно-посадоч

ных свойств самолета, в которой отмечаются:

а) особенности поведения самолета при отрыве на взлете и при

касании земли на посадке: плавность и легкость отрыва, плавность

касания земли, устойчивость и управляемость самолета на этих

режимах;

б) легкость выдерживания прямолинейности движения и эф

фективность рулей при разбеге и пробеге, легкость педъема носо

вого колеса при разбеге самолета с трехколесным шасси (шасси

с носовым колесом), склонность самолета к рысканию, продольной

раскачке;

в) эффективность и рекомендации по использованию тормозов

колес, поведение самолета при перемещениях рычагов управления

двигателями, рекомендации по использованию тормозных посадоч

ных парашютов, моменту поднятия носового колеса при разбеге

и моменту опускания его при пробеге;

г) особенности поведения и пилотирования самолета на воз

душных частях траекторий взлета и посадки, легкость выдержива

ния прямолинейности полета после отрыва, устойчивость и управ

ляемость самолета на этих режимах, поведение и техника пило

тирования самолета при выпуске и уборке шасси, органов механи

зации и включения стартовых ускорителей;

д) особенности взлета и посадки в турбулентной атмосфере,

определение наибольшей скорости бокового ветра, при которой

допустимы взлет и посадка самолетов в массовой эксплуатации;

е) обзор из кабины, общая оценка условий работы летчика

в кабине.

В основном эти взлетно-посадочные характеристики опреде

ляются и при проведении летных испытаний самолетов.с укорочен

ными взлетом и посадкой. При проведении летных испытаний са

молетов с безаэродромными взлетом и посадкой в первую очередь

определяются характеристики режимов висения вблизи земли

(точность выдерживания заданной высоты висения и заданных

вертикальных перемещений самолета, управляемость и стабилиза

ция самолета при нулевых и околонулевых скоростях полета),

особенности вертикального старта и вертикального приземления

самолета (в частности, средняя вертикальная скорость снижения

самолета перед касанием земли) и точность выдерживания и рас

полагаемые величины горизонтальных перемещений самолета при

подходе к месту посадки на околонулевых скоростях полета.

Весьма важными являются характеристики переходных режимов:

366

управляемость, стабилизация и особеппи^ги поведения самолета

на этих режимах, а также особенности пилотирования и выбор

оптимальных траекторий полета при разгоне самолета на взлете

от У= 0 до У= Уэ и при торможении от Уд до У= 0 на посадке

(изменение высоты и горизонтальной дальности полета в переход

ном режиме, характер изменения угла тангажа и скорости полета

и т. д.). Однако ввиду того, что в настоящее время самолетов с без-

аэродромными взлетом и посадкой в массовой эксплуатации нет,

ограничимся в дальнейшем рассмотрением взлетно-посадочных

характеристик только самолетов с аэродромными взлетом и по

садкой.

10.3. МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ТРАЕКТОРИЙ ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ

Взлетно-посадочные характеристики самолетов определяются

как путем внешнетраекторных измерений, так и с помощью реги

стрирующей аппаратуры, устанавливаемой непосредственно на

самолете. Рассмотрим методы, разработанные для определения

взлетно-посадочных характеристик самолетов с обычными аэро

дромными взлетом и посадкой. Эти методы применимы также и для

самолетов с укороченными взлетом и посадкой.

Наибольшее распространение получили методы внешнетраек

торных измерений: о п т и ч е с к и е, визуальный и радиоло

кационный. Основными из них являются оптические методы

определения характеристик траекторий взлета и посадки, обеспе

чивающие наибольшую точность измерений. В качестве примера

методов, использующих установленную на самолете регистрирую

щую аппаратуру для определения кинематических параметров

движения самолета, можно назвать метод интегрирования скоро

стей и перегрузок и метод счетчика оборотов колеса. Часто исполь

зуются комбинации нескольких различных методов. Подробно ме

тоды определения характеристик траектории полета изложены

выше (см. гл. II). Здесь разберем лишь специфические особенно

сти и сравнительные характеристики отдельных наиболее распро

страненных методов, применяемых для определения взлетно-поса

дочных характеристик самолетов.

Оптические методы

Взлетно-посадочные характеристики самолетов можно опреде

лять двумя оптическими методами: кинотеодолитным и методом

взлетно-посадочной фотокамеры. Для современных самолетов, как

правило, применяется только кинотеодолитный метод. Этот метод

позволяет определять непосредственно не только взлетно-посадоч-

ные характеристики самолета, но и характеристики траектории

полета после взлета, а также при заходе на посадку с большого

удаления и большой высоты, что очень важно, в частности, при

367

летных испытаниях с имитацией аварийных посадок. Однако при

кинотеодолитном методе применяют весьма сложную и дорогостоя

щую аппаратуру — кинотеодолитные станции (КТС). Обычно при

проведении испытаний с использованием КТС самолет оборудуется

радиосинхронизатором для синхронизации записей приборов-само

писцев с данными кинотеодолитных измерений. Моменты отрыва и

касания определяются визуально и фиксируются оператором ближ

него кинотеодолитного поста нажатием кнопки отметки особых

явлений, а затем уточняются по записям установленных на самолете

приборов-самописцев (при наличии синхронизаций результатов

измерений).

Взлетно-посадочная фотокамера (ВПК) представляет собой

неподвижную фотокамеру с широкоугольным объективом, в кото

рой размеры кадров определяются отверстием экранирующего кол

пака, вращающегося относительно проходящей через центр объек

тива вертикальной оси. При фотосъемке оператор с помощью ви

зира производит непрерывное ориентирование экранирующего кол

пака по движущемуся самолету, направляя ось визира все время

на одну и ту же точку, выбранную примерно в середине фюзеляжа.

Съемки производятся с заранее заданными интервалами времени,

устанавливаемыми на часах, подающих импульсы на срабатыва

ние затвора. На неподвижной фотопленке получается ряд кадров,

характеризующих положение самолета в различные моменты

времени.

При больших длинах взлетно-посадочных дистанций и отсутст

вии кинотеоделитных установок можно использовать две взлетно-

посадочные фотокамеры, обеспечив синхронизацию их работы.

Применение двух таких фотокамер позволяет повысить точность

измерений.

Существуют и другие оптические методы определения взлетно-

посадочных характеристик самолетов: с помощью фотокамеры,

установленной на линии взлета, либо вращающейся фотокамеры,

оптическая ось которой отслеживает движение самолета. Однако

эти методы в настоящее время применяются очень редко.

Визуальный и радиолокационный методы

Визуальный метод является наиболее простым методом

определения длины и времени разбега (пробега). Измерения ви

зуальным методом производятся непосредственно наблюдате-

лями-хронометристами. При взлете один наблюдатель находится

на старте, а остальные (4—5 человек) располагаются вдоль ВПП

в месте предполагаемого отрыва на расстоянии около 50 м друг

от друга. В момент страгивания самолета с места наблюдатель

на старте подает сигнал, по которому остальные включают свои

секундомеры. Останавливают секундомеры в момент отрыва по

сигналу одного из наблюдателей. Точку отрыва определяют на глаз,

после чего замеряют длину разбега, например, рулеткой или с по

368