Дальность (воздухоплавание) - Range (aeronautics)

Максимальная выносливость и дальность полета в зависимости от скорости полета. Условия максимальной продолжительности полета будут достигнуты в точке минимальной требуемой мощности, поскольку это потребует минимального расхода топлива, чтобы самолет оставался в устойчивом горизонтальном полете. Условие максимального диапазона возникает там, где отношение скорости к требуемой мощности является наибольшим. Условие максимального диапазона достигается при максимальном соотношении подъемной силы / сопротивления (L / DMAX).

Максимальная общая дальность полета - это максимальное расстояние, на которое самолет может пролететь между взлетом и посадкой , которое ограничено запасом топлива у самолетов с двигателем или скоростью по пересеченной местности и условиями окружающей среды в самолетах без двигателя . Дальность действия можно рассматривать как скорость движения по пересеченной местности, умноженную на максимальное время нахождения в воздухе. Ограничение по времени подачи топлива для самолетов с двигателями устанавливается в зависимости от количества топлива и расхода топлива. Когда все топливо израсходовано, двигатели останавливаются, и самолет теряет тягу.

Дальность перегонки означает максимальную дальность полета, которую может достичь самолет, выполняющий перегонку. Обычно это означает максимальную загрузку топлива , опционально с дополнительными топливными баками и минимальным оборудованием. Это относится к перевозке самолетов без пассажиров и груза.

Боевой радиус - это связанная мера, основанная на максимальном расстоянии, на которое военный самолет может проехать от своей базы, выполнить некоторую цель и вернуться на исходный аэродром с минимальными запасами.

Вывод

Для большинства самолетов без двигателя максимальное время полета варьируется, ограничивается доступным световым днем, конструкцией (характеристиками) самолета, погодными условиями, потенциальной энергией самолета и выносливостью пилота. Следовательно, уравнение дальности может быть точно рассчитано только для самолета с двигателем. Он будет производиться как для винтовых, так и для реактивных самолетов. Если общая масса самолета в конкретный момент времени составляет:

= ,

где - масса без топлива и масса топлива (оба в кг), расход топлива в единицу времени потока (в кг / с) равен

.

Скорость изменения массы самолета с расстоянием (в метрах) составляет

,

где скорость (в м / с), так что

Отсюда следует , что диапазон получается из определенного интеграла ниже, с и начала и окончания периода , соответственно , и , и начальные и конечные массы самолета

Конкретный диапазон

Термин , где - скорость, а - уровень расхода топлива, называется удельным диапазоном (= дальность на единицу массы топлива; единицы СИ: м / кг). Теперь можно определить конкретную дальность полета, как если бы самолет находился в квазистационарном режиме полета. Здесь следует отметить разницу между реактивными и пропеллерными самолетами.

Винтовой самолет

При использовании пропеллерной силовой установки необходимо учитывать скорость горизонтального полета при различных массах самолета из условия равновесия . Каждой скорости полета соответствует определенное значение тягового КПД и удельного расхода топлива . Последовательные мощности двигателя можно найти:

Теперь можно рассчитать соответствующие массовые расходы топлива:

Сила тяги - это скорость, умноженная на сопротивление, и получается из отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению :

 ; здесь Wg - вес (сила в ньютонах, если W - масса в килограммах); g - стандартная сила тяжести (ее точное значение варьируется, но в среднем оно составляет 9,81 м / с 2 ).

Интеграл по дальности, предполагающий полет с постоянной подъемной силой и сопротивлением, принимает вид

Чтобы получить аналитическое выражение для дальности, необходимо отметить, что конкретная дальность и массовый расход топлива могут быть связаны с характеристиками самолета и двигательной установки; если они постоянны:

Электрический самолет

Электрический самолет с питанием только от батареи будет иметь одинаковую массу при взлете и посадке. Логарифмический член с весовыми отношениями заменяется прямым соотношением между



где - энергия, приходящаяся на массу аккумулятора (например, 150-200 Втч / кг для литий-ионных аккумуляторов), общий КПД (обычно 0,7-0,8 для аккумуляторов, двигателя, коробки передач и гребного винта), превышение силы сопротивления (обычно около 18). , а массовое соотношение обычно составляет около 0,3.

Реактивный двигатель

Аналогичным образом можно определить дальность полета реактивного самолета. Теперь предполагается квазистационарный горизонтальный полет. Связь используется. Теперь тягу можно записать как:

 ; здесь W - сила в ньютонах

Реактивные двигатели характеризуются удельным расходом топлива по тяге , поэтому расход топлива пропорционален лобовому сопротивлению, а не мощности.

Используя уравнение подъемной силы ,

где - плотность воздуха, а S - площадь крыла.

конкретный диапазон равен:

Вставив это в (1) и предполагая, что только меняется, диапазон (в метрах) становится:

 ; вот опять масса.

При крейсерском движении на фиксированной высоте, фиксированном угле атаки и постоянном удельном расходе топлива диапазон становится:

где сжимаемость на аэродинамические характеристики самолета не учитывается, так как скорость полета уменьшается во время полета.

Круиз / восхождение

Для реактивного самолета большой дальности, работающего в стратосфере (высота примерно от 11 до 20 км), скорость звука постоянна, следовательно, полет под фиксированным углом атаки и постоянное число Маха заставляет самолет набирать высоту без изменения значения локальной скорости. звука. В таком случае:

где это круиз число Маха и скорость звука . W - вес в килограммах (кг). Уравнение диапазона сводится к:

где  ; здесь - удельная теплоемкость воздуха 287,16 (на основе авиационных стандартов) и (получено из и ). и - удельные теплоемкости воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме соответственно.

Или , также известное как уравнение диапазона Бреге в честь пионера французской авиации Бреге .

Смотрите также

Рекомендации

  • GJJ Ruijgrok. Элементы летно-технических характеристик самолета . Издательство Делфтского университета. ISBN   9789065622044 .
  • Проф. З.С. Спаковский . Термодинамика и движение, Глава 13.3 Диапазон самолетов: уравнение диапазона Бреге, турбины Массачусетского технологического института , 2002 г.
  • Мартинес, Исидоро. Двигательная установка самолета. Диапазон и выносливость: уравнение Бреге стр.25 .