Методы экспериментального определения характерных скоростей полета дельталета

УДК 629.7.072.5

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРНЫХ СКОРОСТЕЙ ПОЛЕТА ДЕЛЬТАЛЕТА

ИВ. НИКИТИН, О.Е. ЧЕРНИГИН

В статье рассмотрены методы экспериментального определения характерных скоростей полета дельталета.

Ключевые слова: экспериментальные методы, дельталет, характерные скорости полета.

Для точного определения воздушной скорости необходимо провести тарировку датчика воздушной скорости.

В качестве альтернативного метода можно предложить метод тарировки датчика скорости с использованием GPS. Идеальным вариантом является проведение тарировки в штиль. В этом случае фактическая воздушная скорость связана со скоростью в земной системе координат, определенной в горизонтальном полете при помощи GPS следующим соотношением

где Vgi - скорость, определенная по GPS.

Идеальные условия бывают довольно редко и, как правило, полеты выполняются при наличии ветра. В этом случае при наличии на заданной высоте постоянного по скорости и направлению ветра предлагается следующий метод. На заданной высоте выполняются пять-семь серий по четыре пролета по взаимно перпендикулярным направлениям в прямом и обратном направлении. На рис. 1 приведена схема выполнения пролетов.

Рис. 1. Схема выполнения пролетов для тарировки ДС с использованием GPS

В каждой серии выдерживается постоянная скорость по указателю скорости. Как минимум необходимо выполнить пять серий пролетов, увеличивая скорость через примерно равные промежутки от минимальной скорости до максимальной. По GPS определяется скорость в земной системе координат Vgi. Неизвестными являются воздушная скорость - V, скорость ветра W, угол направления вектора ветра Yw, углы между вектором воздушной скорости и вектором скорости ветра Y при пролетах в различных направлениях. Для определения указанных неизвестных можно составить с использованием известных теорем геометрии следующую систему уравнений:

V = -^, л/А

2 2 2

Vgi = V + W - 2VW cosy1,

2 2 2

Vg2 = V + W - 2VW cosy2,

2 2 2

Vg3 = V + W - 2VW cos y3,

2 2 2

Vg4 = V + W - 2VW cosy4,

V = V

sin У1 sin

sin y 2 sin

sin y 3 sin y w

Vg4 = V

sin y4 sin

Решение этой системы уравнений позволяет определить воздушную скорость - V; скорость ветра W и угол направления вектора ветра Yw.

При известном направлении ветра задача тарировки датчика скорости упрощается. В этом случае пролеты на постоянной воздушной скорости рекомендуется выполнять против ветра и по ветру. Воздушную скорость можно определить по формуле

V= (Vgi + Vg2)/2,

где Vg1- скорость пролета по GPS по ветру; Vg2- скорость пролета по GPS против ветра.

Определение минимальной скорости

Требованиями определено, что скорость сваливания не должна превышать 65 км/ч. Причем, эта скорость должна быть минимальной постоянной скоростью, при которой еще обеспечивается управляемость дельталета. Скорость сваливания или минимальная скорость полета при отсутствии сваливания определяется в посадочной конфигурации при максимальной взлетной массе. Двигатель должен находиться в режиме малого газа или быть выключенным. Оценить величину скорости сваливания можно расчетным методом по формуле

Максимальные значения коэффициента подъемной силы для различных дельталетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Тип профиля Т-2 Т-4 Спорт-5 «Небо-18» М-2 Славутич Профиль

Значение Суатах 1,25 1,28 1,3 1,33 1,31 1,2 1,24

При летных испытаниях (ЛИ) минимальную скорость рекомендуется определять на режиме установившегося планирования с выключенным двигателем и по возможности в штилевых условиях. Скорость должна плавно уменьшаться до такой величины, при которой дельталет способен выполнять установившийся прямолинейный полет без признаков срыва потока. Если признаков срыва не наблюдается, то РТ должна быть перемещена вперед до упора и за минимальную скорость принимается скорость, определенная при этом положении РТ. Рекомендуется установить минимальную высоту выключения двигателя и начала планирования не менее 300 м. При наличии тарированного ДС или ДС можно определить Vso, используя эти приборы. При этом рекомендуется провести не менее трех измерений и определить среднее значение.

Минимальная скорость на планировании может быть определена также при помощи GPS. Система GPS при планировании позволяет определить и регистрировать вертикальную скорость Vy, горизонтальную проекцию скорости в земной системе координат Vg, текущее значение высоты полета H, пройденный путь S. Используя эти параметры, можно определить угол наклона траектории 0 и значение минимальной скорости по формулам

При наличии ветра следует выполнить не менее трех замеров на планировании по ветру и против ветра и определить среднее значение минимальной скорости.

Учитывая, что в горизонтальном полете значение минимальной скорости незначительно превышает ее значение, полученное при планировании с выключенным двигателем, оценку минимальной скорости можно проводить и в установившемся режиме горизонтального полета.

При условии того, что полученное значение не будет превышать величины 65 км/ч, этот метод позволяет сократить объем ЛИ. Имея данные GPS, определив скорость и направление ветра, с использованием метода, изложенного в работе [1] и выполнив пролет на установившейся минимальной скорости на постоянной высоте, можно легко рассчитать истинную минимальную воздушную скорость по формуле

где - угол между направлением вектора скорости ветра и вектором путевой скорости.

Определение минимальной скорости может быть проведено также при помощи метода пролетов на мерной базе. Однако этот метод отличается значительной трудоемкостью и его использование не всегда оправдано при испытаниях единичных экземпляров. Этот метод может быть использован в качестве поверочного при калибровке и оценке показаний эталонных приборов.

Определение балансировочной скорости

Угол атаки, при котором продольный аэродинамический момент, действующий на крыло, относительно точки подвеса (ТП) равен нулю, называется балансировочным углом атаки, а соответствующая ему скорость полета называется балансировочной скоростью - Уб. При этой скорости дельталет должен устойчиво лететь при освобожденной РТ, если же пилот удерживает РТ, то усилие на РТ будет равно нулю.

Балансировочная скорость с освобожденным управлением должна находиться в диапазоне от 1,10 У§о - скорости сваливания до 0,9 Утах- максимальной скорости. При ЛИ балансировочную скорость следует определять на режиме установившегося горизонтального полета, по возможности в штилевых условиях. При перемещении РТ в положение, когда усилие на ней отсутствует в прямолинейном горизонтальном полете, пилот должен освободить управление и выполнять прямолинейный пролет на постоянной высоте в течение не менее 10 секунд. При этом не должно наблюдаться колебаний РТ. При наличии тарированного ДС или УС можно определить Уб, используя эти приборы. При этом рекомендуется провести не менее трех измерений и

0 = arccos(S / H), VSo = Vg/cos 0 .

определить среднее значение. Балансировочная скорость в установившемся горизонтальном полете может быть определена также при помощи GPS.

При наличии ветра следует выполнить не менее трех замеров на пролетах по ветру и против ветра и определить среднее значение балансировочной скорости. Имея данные GPS, определив скорость и направление ветра с использованием вышеуказанного метода, и выполнив пролет на установившейся балансировочной скорости на постоянной высоте, можно рассчитать истинную балансировочную воздушную скорость по формуле

где - угол между направлением вектора скорости ветра и вектором путевой скорости.

Определение максимальной скорости

Максимальная скорость дельталета практически не зависит от мощности двигателя и режима прямолинейного полета и определяется исключительно положением РТ. Максимальная скорость горизонтального полета может зависеть от мощности двигателя, когда при РТ, взятой "на себя", для продолжения горизонтального полета этой мощности не хватает. Однако с точки зрения безопасности и в целях сертификации представляет интерес именно максимальная скорость, которую достигает дельталет при РТ полностью взятой "на себя". Учитывая, что при высоких скоростях существенно изменяются характеристики устойчивости и управляемости дельталета, можно рекомендовать, чтобы максимальная скорость дельталета не превышала значений, приведенных на рис. 2.

При ЛИ максимальную скорость следует определять на режиме установившегося горизонтального полета, по возможности в штилевых условиях. При перемещении РТ в положение, которое соответствует полету на максимальной скорости, пилот должен выполнять прямолинейный пролет на постоянной высоте в течение не менее 30 секунд. При этом не должно наблюдаться колебаний по курсу и тангажу. При наличии тарированного ДС или УС можно определить V^x, используя эти приборы. При этом рекомендуется провести не менее трех измерений и определить среднее значение. Максимальная скорость в установившемся горизонтальном полете может быть определена также при помощи GPS.

При наличии ветра следует выполнить не менее трех замеров на пролетах по ветру и против ветра и определить среднее значение максимальной скорости.

V,

км/ч

150 --

100 --

50 —

10

20

30 G/S, кг/м2

Рис. 2. Рекомендуемые ограничения максимальной скорости дельталета в зависимости от нагрузки на крыло

Имея данные GPS, определив скорость и направление ветра и выполнив пролет на установившейся максимальной скорости на постоянной высоте, можно рассчитать истинную максимальную воздушную скорость по формуле

I 2 2

Vmax =V(Vg + W - 2VgW cos(Yw)),

где yw - угол между направлением вектора скорости ветра и вектором путевой скорости.

ЛИТЕРАТУРА

1. Никитин И.В. Разработка теории полета, требований и методов оценки летной годности дельталетов: дисс. ... д-ра техн. наук. - М., 2008.

METHODS OF ULTRALIGHT TRIKE V-SPEEDS EXPERIMENTAL DETERMINATION

Nikitin I.V., Chernigin O.E.

Methods of ultralight trike v-speeds experimental determination are described in the article.

Key words: experimental methods, ultralight trike, reference speeds.

Сведения об авторах

Никитин Игорь Валентинович, 1953 г.р., окончил МИИГА (1979), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник МГТУ ГА, автор более 100 научных работ, область научных интересов -сверхлегкая авиация, проектирование и конструкция, область и эффективность применения сверхлегких воздушных судов, аэродинамика и динамика полета, методы испытаний.

Чернигин Олег Евгеньевич, 1960 г.р., окончил МИИГА (1986), инженер СКБ МГТУ ГА, автор более 15 научных работ, область научных интересов - сверхлегкая авиация, проектирование и конструкция, применение сверхлегких воздушных судов в экономике, аэродинамика и динамика полета, методы испытаний.