Скорость полета

Скорость самолета относительно окружающего воздуха

Указатель воздушной скорости — это летный прибор , отображающий воздушную скорость. Этот указатель воздушной скорости имеет стандартизированную маркировку для многомоторного самолета .

В самолетах есть трубки Пито для измерения скорости полета.

В авиации воздушная скорость — это скорость самолета относительно воздуха, в котором он летит (который сам обычно движется относительно земли из-за ветра) . Трудно измерить точную воздушную скорость самолета (истинную воздушную скорость), но другие показатели воздушной скорости, такие как индикаторная воздушная скорость и число Маха, дают полезную информацию о возможностях и ограничениях летно-технических характеристик самолета. Обычными мерами воздушной скорости являются: ^[1]

• Индикационная воздушная скорость (IAS), которая считывается на приборе воздушной скорости, подключенном к статической системе Пито .
• Калиброванная воздушная скорость (CAS), индикаторная воздушная скорость, скорректированная с учетом положения системы Пито и ошибки установки.
• Истинная воздушная скорость (TAS) — это фактическая скорость, с которой самолет движется в воздухе. В сочетании с ветром на высоте он используется для навигации.
• Эквивалентная воздушная скорость (EAS) равна истинной воздушной скорости, умноженной на коэффициент плотности корней. Это полезный способ расчета аэродинамических нагрузок и характеристик самолета на низких скоростях, когда поток можно считать несжимаемым.
• Число Маха — это мера того, насколько быстро летит самолет относительно скорости звука.

Измерение и индикация воздушной скорости обычно осуществляется на борту самолета с помощью указателя воздушной скорости (ASI), подключенного к статической системе Пито . Статическая система Пито состоит из одного или нескольких датчиков Пито (или трубок), обращенных к набегающему потоку воздуха, для измерения давления Пито (также называемого стагнационным , общим или напорным давлением) и одного или нескольких статических портов для измерения статического давления в воздухе. поток. Эти два давления сравниваются ASI для получения показаний IAS. Указатели воздушной скорости предназначены для отображения истинной воздушной скорости при давлении на уровне моря и стандартной температуре . Поскольку самолет поднимается в менее плотный воздух, его истинная воздушная скорость превышает скорость, указанную на ASI.

Калиброванная воздушная скорость обычно находится в пределах нескольких узлов от указанной воздушной скорости, в то время как эквивалентная воздушная скорость немного снижается по сравнению с CAS по мере увеличения высоты самолета или на высоких скоростях.

Единицы

Скорость полета обычно выражается в узлах (уз). С 2010 года Международная организация гражданской авиации (ИКАО) рекомендует использовать километры в час (км/ч) для воздушной скорости (и метры в секунду для скорости ветра на взлетно-посадочных полосах), но разрешает использовать фактический стандарт узлов и не имеет установленной даты. о том, когда остановиться. ^[2]

В зависимости от страны-производителя или эпохи в истории авиации указатели воздушной скорости на приборных панелях самолетов были настроены на показания в узлах, километрах в час, милях в час. ^[3] При полете на большой высоте число Маха иногда используется для определения воздушной скорости.

Приборная скорость полета

Индикационная воздушная скорость (IAS) — это показания указателя воздушной скорости (ASIR) без поправки на ошибки приборов, положения и другие ошибки. Из текущих определений EASA: Приборная воздушная скорость означает скорость самолета, показанную на его статическом указателе воздушной скорости Пито, откалиброванном для отражения стандартного адиабатического потока сжимаемого газа в атмосфере на уровне моря, без поправки на ошибки системы воздушной скорости. ^[4]

Указатель воздушной скорости представляет собой манометр дифференциального давления, показания которого выражаются в единицах скорости, а не давления. Скорость полета определяется разницей между давлением набегающего воздуха из трубки Пито или давлением торможения и статическим давлением . Трубка Пито установлена ​​лицевой стороной вперед; статическое давление часто обнаруживается в статических портах на одной или обеих сторонах самолета. Иногда оба источника давления объединяются в одном зонде — статической трубке Пито . Измерение статического давления может быть ошибочным из-за невозможности разместить статические порты в положениях, где давление соответствует истинному статическому давлению при всех скоростях полета и положениях. Коррекция этой ошибки представляет собой коррекцию ошибки местоположения (PEC) и варьируется в зависимости от самолета и скорости полета. Дальнейшие ошибки в 10% и более являются обычным явлением, если самолет летит в «несогласованном» полете.

Использование индикаторной воздушной скорости

Приборная воздушная скорость является лучшим показателем требуемой мощности и доступной подъемной силы, чем истинная воздушная скорость. Поэтому IAS используется для управления самолетом во время руления, взлета, набора высоты, снижения, захода на посадку или посадки. Целевые скорости для наилучшей скороподъемности, максимальной дальности и максимальной выносливости указаны в единицах индикаторной скорости. Конструкционный предел воздушной скорости, при превышении которого силы на панелях могут стать слишком высокими или может возникнуть флаттер крыла, часто указывается в терминах IAS.

Калиброванная скорость полета

Калиброванная воздушная скорость (CAS) представляет собой указанную воздушную скорость с поправкой на ошибки приборов, ошибку положения (из-за неправильного давления в статическом порту) и ошибки установки.

Калиброванные значения воздушной скорости, меньшие скорости звука на стандартном уровне моря (661,4788 узлов), рассчитываются следующим образом:

${\displaystyle V_{c}=a_{0}{\sqrt {{\bigg (}{\frac {2}{\gamma -1}}{\bigg )}{\Bigg [}{\bigg (}{\frac {q_{c}}{p_{0}}}+1{\bigg )}^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1{\Bigg ]}}}}$минусовая позиция и исправление ошибок установки.

где

${\displaystyle V_{c}\,}$калиброванная воздушная скорость,

${\displaystyle a_{0}\,}$скорость звука на стандартном уровне моря

${\displaystyle \gamma \,}$- коэффициент удельных теплоемкостей (1,4 для воздуха)

${\displaystyle q_{c}\,}$ударное давление , разница между полным давлением и статическим давлением

${\displaystyle p_{0}\,}$статическое давление воздуха на стандартном уровне моря

Это выражение основано на форме уравнения Бернулли , применимого к изоэнтропическому сжимаемому потоку. CAS аналогична истинной воздушной скорости в стандартных условиях на уровне моря, но становится меньше истинной воздушной скорости по мере того, как мы поднимаемся в зону более низкого давления и более прохладного воздуха. Тем не менее, он остается хорошим показателем сил, действующих на самолет, а это означает, что скорость сваливания можно определить по указателю воздушной скорости. Значения и соответствуют МСА , т.е. условиям, при которых калибруются указатели воздушной скорости. ${\displaystyle p_{0}}$ ${\displaystyle a_{0}}$

Истинная скорость полета

Истинная воздушная скорость ( TAS ; также KTAS , для узлов истинная воздушная скорость ) самолета — это скорость самолета относительно воздуха, в котором он летит. Истинная воздушная скорость и курс самолета определяют его скорость относительно атмосферы.

Использование истинной воздушной скорости

Истинная воздушная скорость является важной информацией для точной навигации самолета. Чтобы поддерживать желаемую траекторию движения во время полета в движущейся воздушной массе, пилот самолета должен использовать знания о скорости ветра, направлении ветра и истинной скорости воздуха, чтобы определить требуемый курс. См. треугольник ветров .

TAS — это скорость, которую следует использовать при расчете дальности полета самолета. Это скорость, обычно указанная в плане полета, которая также используется при планировании полета , прежде чем учитывать влияние ветра.

Измерение истинной воздушной скорости

Механический указатель воздушной скорости самолета, показывающий IAS в узлах (внутренняя шкала на черном фоне) и милях в час (внешняя шкала на черном фоне). Пилот устанавливает барометрическую высоту и температуру воздуха в верхнем окне с помощью ручки; стрелка указывает истинную воздушную скорость в левом нижнем окне (белый фон).

Истинная воздушная скорость рассчитывается на основе калиброванной воздушной скорости следующим образом ^[1]

${\displaystyle V=V_{c}{\sqrt {\theta {\frac {(1+q_{c}/p)^{(\gamma -1)/\gamma }-1}{(1+q_{c}/p_{0})^{(\gamma -1)/\gamma }-1}}}}}$

где

${\displaystyle V\,}$это истинная воздушная скорость

${\displaystyle \theta \,}$- отношение температур, а именно местной температуры к стандартной температуре на уровне моря, ${\displaystyle T/T_{0}}$

Некоторые индикаторы воздушной скорости включают шкалу TAS, которая устанавливается путем ввода температуры наружного воздуха и барометрической высоты. Альтернативно, TAS можно рассчитать с помощью полетного калькулятора E6B или его эквивалента, учитывая входные данные CAS, температуру наружного воздуха (OAT) и барометрическую высоту.

Эквивалентная воздушная скорость

Эквивалентная воздушная скорость (EAS) определяется как воздушная скорость на уровне моря в международной стандартной атмосфере, при которой (несжимаемое) динамическое давление такое же, как динамическое давление при истинной воздушной скорости (TAS) и высоте, на которой летит самолет. То есть оно определяется уравнением

${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho _{0}{V_{e}}^{2}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}}$

где

${\displaystyle V_{e}\,}$эквивалентная воздушная скорость

${\displaystyle V\,}$это истинная воздушная скорость

${\displaystyle \rho \,}$– плотность воздуха на высоте, на которой в данный момент летит самолет;

${\displaystyle \rho _{0}\,}$плотность воздуха на уровне моря в международной стандартной атмосфере (1,225 кг/м ³ или 0,00237 слаг/фут ³ ).

Другими словами, ^[5]

${\displaystyle V_{e}\equiv V{\sqrt {\sigma }}}$

где

${\displaystyle \sigma }$это коэффициент плотности, то есть ${\displaystyle {\frac {\rho }{\rho _{0}}}}$

Использование эквивалентной воздушной скорости

EAS — это мера воздушной скорости, которая является функцией динамического давления несжимаемой жидкости. Структурный анализ часто проводится с точки зрения несжимаемого динамического давления, поэтому эквивалентная воздушная скорость является полезной скоростью для структурных испытаний. Значение эквивалентной воздушной скорости заключается в том, что при числах Маха ниже начала волнового сопротивления все аэродинамические силы и моменты на самолете пропорциональны квадрату эквивалентной воздушной скорости. Таким образом, управляемость и «ощущение» самолета, а также аэродинамические нагрузки на него при заданной эквивалентной скорости полета почти постоянны и равны таковым на стандартном уровне моря, независимо от фактических условий полета.

При стандартном давлении на уровне моря CAS и EAS равны. Примерно до 200 узлов CAS и 10 000 футов (3 000 м) разница незначительна, но на более высоких скоростях и высотах CAS отличается от EAS из-за сжимаемости.

число Маха

Число Маха определяется как ${\displaystyle M}$

${\displaystyle M={\frac {V}{a}}}$

где

${\displaystyle V\,}$это истинная воздушная скорость

${\displaystyle a\,}$это локальная скорость звука

И число Маха, и скорость звука можно вычислить, используя измерения ударного давления , статического давления и температуры наружного воздуха .

Использование числа Маха

Для самолетов, которые летают близко к скорости звука, но ниже ее (т.е. для большинства гражданских самолетов) предел скорости сжимаемости дается в единицах числа Маха. За пределами этой скорости может произойти тряска Маха, сваливание или подворачивание.

Смотрите также

• Рекомендации ИКАО по использованию Международной системы единиц
• Акронимы и сокращения в авионике
• Летные приборы
• Скорость относительно земли
• Скорость маневрирования
• V скорости

Рекомендации

1. Маккормик, Барнс (1995). Аэродинамика, аэронавтика и механика полета (второе изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 38–39. ISBN 0-471-57506-2.
2. Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и рекомендуемая практика - Единицы измерения, используемые в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации.
3. Справочник техника по техническому обслуживанию авиации - Планер. Университет Пердью: Федеральное управление гражданской авиации / Aviation Supplies & Academics, Incorporated. 2012. с. Г-2. ISBN 978-1-56027-950-1. Проверено 2 декабря 2023 г. Этот перепад давления выражается в милях в час, узлах или километрах в час.
4. «Определения и сокращения, используемые в спецификациях сертификации продуктов, деталей и приборов» (PDF) . ЕАСА. 5 ноября 2003 г.
5. Эйкен, Уильям (сентябрь 1946 г.). «Стандартная номенклатура воздушных скоростей с таблицами и диаграммами для использования при расчете воздушной скорости» (PDF) . Национальный консультативный комитет по аэронавтике . НАКА ТН 1120.

Библиография

• Глауэрт Х. (1947). «2». Элементы теории крыла и воздушного винта . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139241953.
• Уильям Грейси (май 1980 г.). Измерение воздушной скорости и высоты самолета (PDF) . НАСА.
• Знакомство с характеристиками самолета (PDF) . Поддержка полетов и линейная помощь. Служба поддержки клиентов Airbus. Январь 2002 года.

Внешние ссылки

• Кевин Браун. «Истинные, эквивалентные и калиброванные воздушные скорости». Математические страницы .

Калькуляторы

• Дэн Исраэль Мальта. «Солодовое приложение». Аэронавигационный и атмосферный калькулятор, приложения для Windows и Android.
• Луис Монтейро. «Альтиметрия». Калькуляторы учитывают сжимаемость, нагрев из-за трения и другие переменные.
• Луис Монтейро. «Ветер и время – скорость – расстояние». Учитывайте изменения плотности топлива из-за температуры.
• Барух Кантор. «Атмосферный калькулятор». NewByte Динамика полета.