Глава 5 ВОЗДУШНАЯ СКОРОСТЬ И УКАЗАТЕЛЬ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
§ 41. ВОЗДУШНАЯ СКОРОСТЬ
Воздушной скоростью (V) принято считать скорость движения самолета относительно воздушной массы.
Величина воздушной скорости зависит от режима работы двигателя, аэродинамических качеств самолета и плотности воздуха. Вектор воздушной скорости приблизительно совпадаете продольной осью самолета.
В практике самолетовождения воздушная скорость самолета измеряется в километрах в час (км/час). На величину воздушной скорости ветер не оказывает никакого влияния.
В целях самолетовождения воздушная скорость самолета измеряется в горизонтально-установившемся полете.
Различают следующие режимы воздушных скоростей самолета, относящиеся к горизонтальному полету:
Минимальная скорость — наименьшая скорость, при которой самолет может лететь горизонтально (не снижаясь).
Экономическая скорость — горизонтальная скорость с наименьшей мощностью двигателя, с наименьшим расходом горючего в единицу времени.
Наивыгоднейшая скорость — несколько больше экономической скорости, получается при уменьшении экономического угла атаки. При полете на этой скорости расходуется наименьшее количество горючего на 1 км воздушного пути и, следовательно, самолет может пройти наибольшее расстояние при данном запасе горючего.
Максимальная скорость — наибольшая скорость, при которой самолет может пролететь данное расстояние за единицу времени.
Крейсерская скорость — выгодна для эксплуатации самолета и бывает порядка 0,85—0,9 от максимальной скорости самолета. Знание режима воздушных скоростей необходимо для выполнения целого ряда различных задач: самолетовождения, бомбометания, аэрофотосъемки и т. п.
Воздушная скорость самолета определяется прибором, который называется указателем воздушной скорости.
§ 42. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УКАЗАТЕЛЯ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
Указатель воздушной скорости предназначен для измерения воздушной скорости самолета в полете.
Указатель воздушной скорости является одним из важнейших приборов и должен быть постоянно в исправном состоянии, так как от качества его работы зависит не только качество выполнения различных задач полета, но и вообще возможность самого полета.
Существующий метод измерения воздушной скорости основан на использовании зависимости между скоростью движения самолета и давлением со стороны встречного потока воздуха. Это давление слагается из двух величин: статического давления Рст, зависящего от плотности окружающего самолет воздуха, и динамического давления Рдин, которое зависит от скорости полета самолета и упомянутой плотности воздуха. Сумма этих давлений называется полным давлением (Рполн), которое равно
Рполн =Рст + Рдин
Указанные давления воспринимаются с помощью приемника воздушного давления (ПВД), который представляет собой две трубки, помещенные в общем цилиндрическом корпусе.
Трубка представляет собой камеру ПВД, воспринимающую при полете самолета полное давление. Отверстие в корпусе приемника и трубки предназначены для принятия статического давления воздуха, окружающего самолет. Статическое давление зависит от высоты полета.
Таким образом, в основу измерения воздушной скорости положено измерение скоростного напора, или аэродинамического давления, производимого набегающим воздушным потоком на поверхность, поставленную перпендикулярно к этому потоку. Простейшая схема измерения воздушной скорости показана на рис. 104.
Рис. 104. Простейший прибор для измерения воздушной скорости:
1 — приемник воздушных давлений; 2 — водяной манометр; 3 — трубопроводы
Водяной манометр соединен с приемником воздушных давлений. Правое колено манометра через открытый конец приемника, направленный навстречу набегающему потоку воздуха, воспринимает статическое давление Рст и динамическое давление Рдин, или, как его называют, скоростной напор. В общей сложности создается полное давление Рполн.
В левое колено поступает только воздух со статическим давлением Рст. Так как статическое давление в обоих коленах манометра одинаково, то оно взаимно уравновешивается, и манометр будет измерять скоростной напор. Зная зависимость динамического давления от воздушной скорости, можно определить величину этой скорости.
Принципиальная схема устройства современных указателей воздушной скорости показана на рис. 105; она основана на использовании манометрической коробки. Внутренняя полость манометрической коробки соединена с трубкой полного напора (трубка динамического давления).
Рис. 105. Принципиальная схема указателя воздушной скорости:
А — корпус приемника воздушного давления; Б — герметический корпус указателя скорости; 1 — трубопровод статического давления; 2 — трубопровод динамического давления; 3 — электрообогреватель приемника воздушного давления; 4 — манометрическая коробка; 5 — механизм, преобразующий поступательное движение манометрической коробки во вращательное; 6 — стрелка прибора
Манометрическая коробка помещена в герметический корпус прибора Б, внутренняя полость которого посредством штуцера и трубопровода соединена со статической трубкой 1 приемника воздушного давления. При перемещении прибора вместе с самолетом в воздушной среде возникающая разность давления в манометрической коробке и корпусе прибора вызывает расширение или сжатие манометрической коробки. Колебание верхней поверхности манометрической коробки через систему рычага сектора передается на стрелку. По положению стрелки 6 на шкале с делением воздушной скорости в км/час. судят о величине воздушной скорости — Vпp,
§ 43. УСТРОЙСТВО УКАЗАТЕЛЯ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ УВС-350
Чувствительным элементом прибора типа УВС-350 является манометрическая коробка 1. Коробка представляет собой две гофрированные мембраны, изготовленные из фосфористой бронзы и спаянные между собой по краям. К нижней стороне манометрической коробки припаян жесткий центр 2.
Он служит для крепления коробки к основанию механизма и для присоединения трубопровода 3, по которому поступает полное давление воздуха во внутреннюю полость чувствительного элемента (рис. 106, 107).
Рис. 106. Общий вид указателя воздушной скорости типа УВС-350
Рис. 107. Схема механизма указателя воздушной скорости типа УВС-350:
1 — манометрическая коробка; 2 — жесткий центр; 3 — трубопровод; 4 — штуцер; 5 — стойка; 6 — тяга; 7 — рычаг; 8 — валик сектора; 9 — противовес; 10 — сектор; 11 — трибка; 12 — спиральная пружина; 13 — противовес сектора; 14 — шкала
Второй конец трубопровода 3 припаян к штуцеру 4, укрепленному на задней стенке корпуса прибора. Штуцер 4 называется динамическим и обозначается буквами ДН. К нему присоединяется трубопровод, идущий от штуцера динамической трубки приемника воздушных давлений (ПВД). К верхнему центру коробки припаяна стойка 5, к которой шарнирно прикреплена тяга 6 передаточного механизма.
Второй конец тяги шарнирно соединен с рычагом 7 валика сектоpa 8. С противоположной стороны валика укреплен противовес 9, предназначенный для статической балансировки механизма. На оси валика в укреплен сектор 10, сцепленный с трибкой 11. Ось трибки находится в центре прибора и на нее насажена стрелка. На оси трибки укреплена спиральная пружина 12, служащая для устранения люфтов и затираний в механизме. Шкала прибора оттарирована в диапазоне скоростей от 50 до 350 км/час. Цена деления 10 км/час, деления оцифрованы через каждые 50 км/час.
Корпус прибора герметический, изготовлен из алюминиевого сплава или из пластмассы.
На задней стенке корпуса имеется статический штуцер. Этот штуцер обозначается буквами СТ; к нему присоединяется трубопровод, идущий от штуцера статической камеры ПВД.
§ 44. КОНСТРУКЦИЯ ПРИЕМНИКА ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ
Приемник состоит из двух трубок. Одна из них имеет открытый конец 2 и воспринимает динамическое давление. Другая трубка 5 воспринимает статическое давление через ряд боковых отверстий. Обе трубки заключены в общий корпус.
В каждом приемнике имеется электрообогреватель 10 для предохранения приемника от обледенения (рис. 108).
Рис. 108. Конструкция приемника воздушного давления (ПВД):
а — общий вид; б — вид в разрезе; 1 — динамическая камера; 2 — динамическая трубка; 3 — донышко; 4 — динамический штуцер; 5 — статическая камера; 6 — статический штуцер; 7 — кожух; 8 — втулка; 9 — наконечник; 10 — элемент обогрева; 11—12 — контактные кольца; 13 — изоляционная втулка; 14 — электропровода; 15 — латунная трубка; 16 — отверстие
Приемник устанавливается в таком месте самолета, где воздушный поток менее всего возмущен при движении самолета. Обыкновенно приемник устанавливается на крыле или под фюзеляжем так, чтобы конец приемника, воспринимающий поток воздуха, был направлен вперед и параллельно продольной оси симметрии самолета.
На самолете Як-18 ПВД установлен на левой плоскости (рис. 109). Каждая трубка приемника посредством проводки из алюминиевых трубок соединяется с указателем скорости, помещенным в кабине самолета.
Рис. 109. Место установки приемника воздушного давления на самолете Як-18
§ 45. ОШИБКИ УКАЗАТЕЛЯ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
Указатель воздушной скорости, подобно другим приборам, имеет погрешности, которые необходимо учитывать. Ошибки УВС-350 разделяются на две основные группы: инструментальные, обусловленные несовершенством конструкции прибора, и методические, возникающие из-за несовершенства самого метода измерения скорости полета самолета посредством измерения аэродинамического давления манометрической коробкой.
Инструментальные ошибки происходят главным образом из-за несовершенства механизма прибора: люфтов, затираний, неправильной регулировки, изменения упругих свойств манометрической коробки и влияния изменения температуры воздуха, окружающего прибор, а также от неправильной установки приемника на самолете.
Методические ошибки состоят в том, что указателем скорости измеряется не скорость, а скоростной напор. Скоростной напор зависит не только от скорости воздушного потока, но и от плотности воздуха; поэтому показания скорости верны лишь при той плотности, для которой рассчитана шкала.
На высоте полета вследствие уменьшения атмосферного давления и понижения температуры плотность воздуха бывает обычно меньше, чем у земли. Воздушная скорость самолета на высоте будет больше воздушной скорости у земли при одном и том же показании указателя воздушной скорости. Эти ошибки учитываются расчетом исправленной воздушной скорости по навигационной линейке HЛ-8.
Инструментальные ошибки и аэродинамические поправки могут быть заранее определены и учитываются в полете по графику поправок указателя воздушной скорости.
Поправки указателя скорости необходимо определять не реже одного раза в три месяца и тогда, когда они вызывают сомнение.
§ 46. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ПОПРАВКА
Как показывает опыт, нельзя установить ПВД в таком месте самолета, где он находился бы в неискаженном потоке воздуха. Поэтому почти на всех типах самолетов приемники воздушных давлений воспринимают скоростной напор, искаженный влиянием самолета. Вследствие этого прибор допускает ошибки в своих показаниях. Аэродинамическая поправка обозначается буквами ΔVа учитывается в полете по графику поправок, построенному на алгебраической сумме инструментальной и аэродинамической ошибок. В настоящее время аэродинамическая поправка на самолетах доводится до минимума путем увеличения динамического давления в манометрической коробке за счет уменьшения воспринимаемого статического давления.
§ 47. ПРОВЕРКА ПРИЕМНИКА ВОЗДУШНОГО ДАВЛЕНИЯ И УКАЗАТЕЛЯ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
Проверка ПВД. Приемник воздушных давлений подвергают проверке на герметичность и работоспособность обогревательного элемента. Проверка на герметичность ПВД производится при помощи водяного (спиртового) манометра.
Приемник считается герметичным, если показания манометра в течение 3 мин. уменьшаются не более чем на 5 мм вод. ст.
Электрический обогрев приемника проверяют на величину потребляемого тока и на исправность по изоляции.
Величину потребляемого тока проверяют от бортовой сети 26,5 в. К положительной проводке присоединяют амперметр, с помощью которого определяют величину потребляемого тока ПВД; она должна быть 1,6 а.
Исправность изоляции проверяют с помощью микроамперметра. Показания микроамперметра при проверке не должны превышать 13,25 мка.
Проверка указателя воздушной скорости. Указатель воздушной скорости проверяют для определения состояния герметичности корпуса и величины инструментальных ошибок.
Герметичность корпуса должна быть такой, чтобы созданное внутри него разрежение (специальным приспособлением), соответствующее максимальному показанию прибора, за одну минуту спадало не более чем на 15 км/час для прибора УВС-350. Определяют инструментальные ошибки указателя скорости с помощью специальных приспособлений. Результаты проверки записывают в поверочный лист, обрабатывают, а затем заносят поправки указателя скорости в график инструментальных поправок (рис. 110), который крепится на борту самолета.
Рис. 110. График поправок скорости
§ 48. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ И ПРИБОРНОЙ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ НА НЛ-8
Истинную воздушную скорость определяют в следующем порядке:
1. Показание указателя скорости исправляют на инструментальную поправку (Vпр) по формуле
V' = Vпр + (±ΔVпр)
2. Определяют температуру воздуха на высоте по термометру или по вертикальному температурному градиенту.
3. На шкале линейки «Температура на высоте для V» находят деление, соответствующее температуре воздуха, и совмещают его с делением высоты на шкале «Высота в км для V». Ключ для определения Vист на НЛ-8 приведен на рис. 111.
Рис. 111. Определение истинной воздушной скорости на НЛ-8
4. На шкале «Высота и скорость по прибору» находят деление, соответствующее скорости, и против него на шкале «Исправленная высота и скорость» читают искомую скорость.
Пример 1. Показание указателя скорости 160 км/час. Высота полета 1000 м. Температура воздуха на высоте полета +10°. Инструментальная поправка указателя скорости +8 км/час.
Определить истинную воздушную скорость Vист.
Решения: 1. Исправляем показания указателя скорости на инструментальную поправку, получим:
V' = 160 + (+8) = 168 км/час.
2. По НЛ-8 находим истинную воздушную скорость: 177 км/час.
Пример 2. Vпр = 150 км/час. Hпр = 200 м, tн = —10°.
Инструментальную поправку находим по графику, она равна +9 км/час.
Решения: 1. V' = 150 + (+ 9) = 159 км/час.
2. По НЛ-8 Vист = 171 км/час.
Воздушная скорость по прибору (показание указателя скорости) для полета с заданной истинной скоростью определяется на навигационной линейке НЛ-8 в таком же порядке, как и истинная воздушная скорость, с той лишь разницей, что при расчете на НЛ-8 по Vист определяется скорость и исправляется на инструментальную поправку указателя скорости с обратным знаком (рис. 112).
Рис. 112. Определение скорости по прибору на НЛ-8
Vпр = V' — (±ΔVпр).
Пример 1. Заданная истинная воздушная скорость 200 км/час. Высота полета 2000 м. Показание термометра на высоте полета —20°. Инструментальная поправка указателя скорости км/час. Определить показание прибора по НЛ-8.
Решение. По счетной навигационной линейке определяем скорость по прибору, получаем 187 км/час, прибавляем инструментальную поправку, получаем 187 — (+10) = 177 км/час.
Пример 2. Заданная Vист = 180 км/час; Hпр = 1500 м; tн = + 5°. Инструментальную поправку находим в графике.
Решение. По НЛ-8 находим приборную скорость 168 км/час. В графике находим инструментальную поправку для этой скорости: +8 км/час.
Получим Vпр = 168 — (+8) = 160 км/час.
§ 49. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ
Приближенные определения воздушной скорости в уме можно производить по приведенным таблицам.
Рассчитанная поправка по таблице прибавляется к скорости по прибору, исправленной на инструментальную поправку (ΔVпр), а при определении скорости по прибору вычитается из заданной истинной скорости.
Пример. Воздушная скорость по прибору 160 км/час. Высота полета 2000 м. По графику находим ΔVпр + 8 км/час: 160 + (+8) = 168 км/час. Полет совершается летом (пользоваться таблицей для дета). Определить истинную воздушную скорость.
Решение. Для H = 2000 м поправка равна 5 %, что составляет 8 км/час.
Следовательно, истинная воздушная скорость будет равна: Vист = 168 + 8 = 176 км/час.
§ 50. ОСМОТР УКАЗАТЕЛЯ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ ПЕРЕД ПОЛЕТОМ
В результате осмотра указателя воздушной скорости перед вылетом летчик должен убедиться во внешней исправности прибора: в целости стекла и стрелок прибора, в надежности его крепления к приборной доске самолета, в наличии на борту самолета графика инструментальных поправок, в чистоте стекла и самого указателя скорости. Перед тем как войти в самолет, летчик обязан проверить, снят ли предохранительный чехол, который надевается на время стоянки самолета на трубку ПВД, нет ли на ПВД грязи, песка, снега или льда.
§ 51. САМОЛЕТНЫЕ ЧАСЫ
Часы на самолете необходимы летчику (экипажу) для учета времени в полете. В кабине летчика устанавливаются бортовые часы АВР-М (авиационные рантовые модернизированные). Они предназначены для установки в кабине летчика и других членов экипажа.
На циферблате этих часов три стрелки: часовая, минутная и секундная. Двигателем часов является спиральная заводная пружина. Пружина заводится при помощи обода, называемого рантом, и кольцевой рейкой. Заводят пружины вращением обода в левую сторону против хода часовой стрелки до упора и холостым вращением в правую сторону (рис. 113).
Рис. 113. Общий вид часов АВР-М:
1 — секундная стрелка; 2 — минутная стрелка; 3 — часовая стрелка; 4 — обод (рант); 5 — индекс ранта
В часовом механизме предусмотрено приспособление для устранения температурной ошибки часов посредством температурных маятников. Обод такого маятника изготовляется из двух спаянных между собой металлов с различным температурным коэффициентом расширения. Перевод стрелок часов осуществляется вращением обода по ходу часовой стрелки. Перед этим обод оттягивают на себя до отказа и в таком положении придерживают его во время перевода стрелок. На задней крышке часов укреплен электрообогреватель.
Механизм часов изготовлен на 15 камнях, вес часов 300 г. Суточный ход (изменение хода часов за сутки) 1 мин.; полный завод пружины обеспечивает работу механизма в течение 5 суток.
В кабине летчика могут стоять штурманские самолетные часы АЧХО (авиационные часы — хронометр с электрообогревателем). На циферблате этих часов имеется шесть стрелок: стрелки основного механизма часов, минутная и секундная стрелки секундомера, часовая и минутная стрелки времени полета (рис. 114).
Рис. 114. Штурманские часы АЧХО
В нижней части часов имеется две головки. Левая головка служит для завода часового механизма, перевода стрелок, а также для пуска в ход и остановки счетчика времени полета. Часы заводят, вращая левую головку против часовой стрелки. Для перевода стрелок нужно вытянуть головку до упора и вращать ее по движению стрелок. Для приведения в действие счетчика времени следует нажать на головку, тогда в сигнальном отверстии появится красный цвет и стрелки начнут вращаться. Нажав вторично головку, останавливают движение стрелок; при этом в сигнальном отверстии появится красный и белый цвет. Вели нажать на головку третий раз, то стрелки счетчика времени пройдут к нулевому положению, а в сигнальном отверстии появится белый цвет. Правая головка служит для пуска в ход и остановки секундомера.