Полет по приборам. Впервые весь полет, от взлета до посадки, ориентируясь только по приборам, осуществил лейтенант Дж.Дулитл в сентябре 1929. Он использовал упомянутые выше гироскопические датчики и, кроме того, высокочувствительный высотомер, курсовой радиомаяк и веерные радиомаркеры. Этот полет подготовила группа ученых при финансовой поддержке Фонда Гуггенхайма.

Автопилоты. Один из первых автопилотов использовал У.Пост, который в одиночку облетел земной шар в 1933. Эти автопилоты управляли самолетом хуже, чем летчики, и часто возникали опасные ситуации, вызванные замедленной реакцией на возмущения и несовершенством их конструкции. Позднее – к тому времени, когда самолеты стали летать на больших высотах, где их динамическая устойчивость ухудшалась до такой степени, что ими стало трудно управлять даже летчикам, – были созданы усовершенствованные автопилоты, которые позволяли более плавно «вести» самолет, чем это могли бы сделать сами летчики.

Первые автопилоты предназначались для поддержания курса, и их приходилось перестраивать всякий раз, как только курс самолета нужно было изменить. В дальнейшем в автопилотах было использовано устройство, которое позволило летчику настраивать систему посредством поворота ручек на приборной панели автопилота. Затем были разработаны автопилоты, которые полностью управляли полетом, например, самолета-истребителя при заходе на цель для открытия огня и делали это лучше, чем летчик. Автопилот, способный выполнить такие операции, стали называть программируемым. Современный программируемый автопилот может выполнять все действия по пилотированию самолета, и в будущем, по-видимому, на всех военных и гражданских самолетах будут устанавливаться такие автопилоты, а обязанности экипажа самолета сведутся к контролю автоматизированной системы управления полетом летательного аппарата.

Взаимозависимость теоретических концепций и характеристик реальных летательных аппаратов воплощается в уравнении, которое было выведено французским пионером авиации Л.Бреге. Это уравнение устанавливает простую аналитическую связь между количеством расходуемого топлива и дальностью полета. При соответствующей интерпретации это уравнение применимо ко всем летательным аппаратам, которые совершают установившийся полет в атмосфере, т.е. к самолетам, вертолетам, летающим платформам и аппаратам на воздушной подушке. Однако оно неприменимо к летательным аппаратам, которые выходят за пределы атмосферы Земли и затем снова возвращаются в атмосферу, т.е. к ракетам, спутникам, межпланетным космическим станциям и планирующим возвращаемым космическим летательным аппаратам.

При выводе этого уравнения используются два предположения. Во-первых, принимается, что массовый расход топлива пропорционален скорости полета и аэродинамическому сопротивлению летательного аппарата вдоль траектории полета, т.е. лобовому сопротивлению. Во-вторых, предполагается, что аэродинамическое качество L/D является постоянной величиной. Из первого предположения следует

где W – вес летательного аппарата, t – время, L – подъемная сила, D – лобовое сопротивление, V – скорость полета, h – КПД силовой установки и H – теплота сгорания топлива. Так как в установившемся полете аэродинамическая подъемная сила равна весу, второе предположение позволяет записать

Представим скорость в виде

где s – расстояние, пройденное за время t, и подставим (2) и (3) в уравнение (1). Исключая переменную t, перегруппируем члены и, выполняя интегрирование, получим уравнение Бреге:

Применение уравнения Бреге иллюстрирует рис. 12. При высоком аэродинамическом качестве, L/D = 15, КПД силовой установки, равном 0,25, и использовании углеводородного топлива для трансконтинентальных маршрутов требуется, чтобы отношение массы топлива к полной массе самолета составляло от 0,3 до 0,5. Если 40% взлетной массы приходится на топливо, 30% – на планер самолета, 10% – на силовую установку, 10% – на радиоаппаратуру, навигационные приборы, электрическое, гидравлическое и вспомогательное оборудование и лишь 10% – на полезную нагрузку, то становится понятным, почему реактивный самолет на 150 пассажиров должен иметь взлетную массу не менее 150 т. Сверхзвуковой пассажирский самолет, у которого аэродинамическое качество намного ниже (~6), становится экономически приемлемым транспортным средством при использовании турбореактивного двигателя с КПД = 0,3 при сверхзвуковых скоростях. Вертолеты вследствие их низкого аэродинамического качества могут применяться только на трассах небольшой протяженности.

(16.77 Кб)

Как показывает уравнение Бреге, для прогресса в развитии летательной техники необходимо повышение аэродинамического качества L/D планера самолета, КПД силовой установки и уменьшение массы конструкции. В то же время необходимо обеспечить высокую надежность систем летательного аппарата и не увеличивать существенно длину взлетно-посадочной полосы.

назад