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]
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.
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.
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.
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 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:
минусовая позиция и исправление ошибок установки.
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.
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.
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.
Истинная воздушная скорость рассчитывается на основе калиброванной воздушной скорости следующим образом [1]
где
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 (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
где
Другими словами, [5]
где
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 определяется как
где
И число Маха, и скорость звука можно вычислить, используя измерения ударного давления , статического давления и температуры наружного воздуха .
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.
Этот перепад давления выражается в милях в час, узлах или километрах в час.