Diagrama de rafala si manevra. Anvelopa de zbor

Datele initiale ale calculului de rezistenta al structurii sunt reprezentate de sarcinile exterioare. Din punctul de vedere al limitarii acestora se pot defini doua categorii:

a)   &nbs 323i88d p;  Sarcini exterioare a caror marime nu este limitata natural, caz in care se alege o limitare arbitrara.

b)   &nbs 323i88d p;  Sarcini exterioare a caror marime in exploatare este limitata prin mijloace de incredere la o valoare definita ce nu poate fi depasita.

Sarcinile exterioare considerate in calculul structurilor de aviatie intra in categoria celor limitate arbitrar. Valorile parametrilor (viteza si factor de sarcina) ce determina aceste limite ale sarcinilor exterioare sunt stabilite prin normele de calcul si de admisibilitate la zbor a aeronavelor (FAR 23, JAR 23, JAR 25 etc.).

Marimea si distributia sarcinilor depinde de:

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; tipul manevrei de zbor (V si n)

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; altitudine

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; amplitudinea si viteza bracajelor suprafetelor de comanda

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; turbulenta atmosferica

Manevrele aparatelor de zbor sunt caracterizate in principal de viteza (V) si de factorul de sarcina (n).

Definitii:

Diagrama de manevra (DM) reprezinta domeniul V - n (combinatiile posibile intre viteze si factorii de sarcina) la o anumita altitudine H, in care se desfasoara manevra de zbor. Manevrele de zbor pot fi:

A.   &nbs 323i88d p; Simetrice (in raport cu planul de simetrie al aeronavei) sau nesimetrice.

B.   &nbs 323i88d p; Rafale orizontale sau verticale (datorate atmosferei turbulente).

Manevrele de tip A se produc datorita vointei pilotului iar cele de tip B datorita turbulentei atmosferice.

Anvelopa de zbor reprezinta suma topologica a diagramelor de manevra de tip A si/sau B (DM) si diagrama de rafala (DR). Ca urmare se poate afirma ca orice evolutie, la o altitudine data, se caracterizeaza printr-o anvelopa de zbor.

Diagrama de manevra

Prin normele de calcul se limiteaza valorile parametrilor viteza V si factor de sarcina n ce caracterizeaza o manevra. In continuare se vor considera manevrele simetrice. Calculul se face pentru o anumita inaltime H. Conform regulamentelor referirile la viteza se fac in sensul vitezelor echivalente (EAS), care difera de viteza adevarata (TAS) prin legea:

sau

Factorul de sarcina (transversal) n este definit intr-un sistem de axe legat de viteza:

unde P este portanta reala necesara pentru "a suspenda" greutatea G multiplicata cu n.

Constructia diagramei de manevra

Se definesc punctele:

pentru avioane de vanatoare/interceptare, total acrobatice

    pentru avioane partial acrobatice, de bombardament in picaj si atac la sol

pentru avioane partial acrobatice si de scoala/antrenament

Factori de sarcina

In ceea ce priveste n1, valoarea mare se alege in cazul efectuarii calculelor la greutatea de baza iar cea mica la greutatea maxima.

Viteze

Valoarea Vd este viteza maxima ce se poate atinge in zboruri operationale sau ce este specificata in documentele de proiectare.

este in km/h si in sens EAS

V_A se numeste viteza minima de manevra si este viteza minima la care se poate efectua o resursa cu factor de sarcina maxim.

Masa avionului este:

[kg]

Greutatea avionului este:

[N]

Altitudinea de zbor este:

[m]

Densitatea aerului la altitudinea de 0 m este:

Temperatura aerului la altitudinea de 0 m este:

[K]

Densitatea aerului la altitudinea de 6100 m este:

Coeficientul maxim de portanta al aripii este:

Valorile coeficientilor de portanta:

Coeficientul 0,9 semnifica imposibilitatea determinarii precise a valorii Czmax. Daca avionul are aripa cu profil simetric si unghi de calaj mic pentru Czmaxminus se foloseste un coeficient apropiat de 0,8 (altfel se ia 0,6 sau apropiat de acesta).

Suprafata aripii este:

In ceea ce priveste valorile n1 valoarea mare se alege in cazul efectuarii calculelor la greutatea de baza iar cea mica la greutatea maxima. Valoarea Vd este viteza maxima ce se poate atinge in zboruri operationale sau ce este specificata in documentele de proiectare.

Diagrama de rafala

Efectele turbulentei atmosferice asupra sarcinilor aerodinamice (si inertiale) se evalueaza prin una din urmatoarele metode:

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; metoda rafalelor discrete

-   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p; metoda turbulentei continue

In prima varianta se considera rafale avand diferite intensitati, aplicate in cazuri initiale bine precizate, si se determina valorile sarcinilor obtinute. In a doua varianta se determina probabilitatea de producere a unor sarcini cunoscandu-se o repartitie statistica a intensitatilor rafalelor in functie de altitudine, timp si specificul aeronavei (misiunii acesteia), numarul de ore de zbor etc.

Vom efectua calculele urmand metoda rafalelor discrete, agreata de majoritatea regulamentelor de calcul. Aceste regulamente prevad/impun conditia ca avionul sa suporte sarcinile produse de rafale in toate configuratiile de zbor.

Regimul initial se considera, pentru orice rafala (simetrica), un zbor orizontal, la altitudinea H, cu o viteza V* (ce va fi precizata), cu factorul de sarcina n = 1. Intensitatea rafalei (verticale) se exprima prin viteze perpendiculare pe viteza de zbor (V*) notate w, conform tabelului de mai jos:

Vitezele impuse prin regulamente sunt considerate in sens EAS si deci nu se mai impune corectarea lor. Sensurile vitezei rafalei w se vor considera, succesiv, pozitive si negative.

In tabelul de mai sus apar vitezele notate V_B, V_C, V_D. Pentru V_C si V_D se vor considera definitiile date la diagrama de manevra atat pentru avioanele civile cat si pentru cele militare. Viteza notata V_B se numeste viteza de siguranta la rafala si corespunde unei evolutii cu factor de sarcina . In fond, aceasta viteza nu este antedefinita, ci se determina cum se va vedea mai jos.

Masa avionului este:

[kg]

Greutatea avionului este:

[N]

Altitudinea de zbor este:

[m]

Densitatea aerului la altitudinea de 0 m este:

Temperatura aerului la altitudinea de 0 m este:

[K]

Temperatura aerului la altitudinea de 6100 m este:

Densitatea aerului la altitudinea de 6100 m este:

Coeficientul maxim de portanta al aripii este:

Valorile coeficientilor de portanta:

Suprafata aripii este:

[m^2]

Anvergura aripii este:

[m]

Coarda medie geometrica este:

[m]

Panta curbei de portanta a avionului (echilibrat) calculata in punctul corespunzator regimului initial (anterior aparitiei rafalei):

Viteza echivalenta in regimul initial (viteza maxima operationala):

Viteza (intensitatea) rafalei este:

   

   

Coeficientul de atenuare a rafalei, care tine cont de faptul ca aeronava supusa efectului rafalei dobandeste o componenta a miscarii pe directia rafalei astfel incat incidenta reala datorata rafalei este mai mica decat cea indicata de w/V, fiind deci h*w/V. Acest coeficient depinde in mare masura de incarcarea alara, altitudinea de zbor si regimul initial de zbor astfel:

Viteza sunetului la altitudinea de 6100 m:

Acceleratia gravitationala este:

Coeficientul este:

Deoarece M<Mcritic:

Ca urmare a interventiei rafalei verticale (ascendente sau descendente, respectiv cu vitezele (EAS) +w si -w), factorul de sarcina care rezulta este de forma:

sau

Considerand parabola

sau

se intersecteaza cu dreapta:

Din aceasta intersectie se afla punctul B'.

Determinarea punctului B'(V_B, n_B')

Deci viteza V_B este:

[m/s]

Factorul de sarcina in punctul B' este:

Determinarea punctului C'(V_C,n_C')

Viteza in punctul C' este:

Coeficientul de portanta la viteza VC este:

Factorul de sarcina in punctul C' este:

Determinarea punctului F'(V_C,n_F')

Viteza in punctul F' este aceeasi cu viteza in punctul C':

Factorul de sarcina in punctul F' este:

Determinarea punctului D'(V_D,n_D')

Coeficientul de portanta la viteza VD este:

Factorul de sarcina in punctul D' este:

Determinarea punctului E'(V_D,n_E')

Viteza in punctul E' este aceeasi cu viteza in punctul D':

Factorul de sarcina in punctul E' este:

Determinarea punctului G'(V_B,n_G')

Punctul G' este simetric fata de B' in raport cu axa n=1. Viteza punctului G' este:

Factorul de sarcina in punctul G' este:

Nota: (Dupa MIL) Metoda rafalelor discrete asigura o probabilitate de "supravietuire" la efectele rafalelor verticale mai mare sau egala cu 0,9995. Daca devine evident ca pot sa existe situatii astfel incat aceasta probabilitate sa scada sub 0,9995, proiectantul si beneficiarul vor negocia valorile limita asigurand indeplinirea dezideratelor de siguranta, indeplinirea misiunilor etc.

5.3.   &nbs 323i88d p;   &nbs 323i88d p;    Anvelopa de zbor

S-au analizat anterior sarcinile de manevra (datorate vointei pilotului), cat si cele de rafala (datorate turbulentei atmosferice). Aceste tipuri (clase) de sarcini au fost sistematizate si se reprezinta grafic sub forma unor diagrame in coordonate (V - n ) ce delimiteaza domenii inchise pentru punctele (V, n) ce caracterizeaza o solicitare a aeronavei in zbor.

Reuniunea (suma topologica) a diagramei de manevra si a diagramei de rafala, la o inaltime data, reprezinta anvelopa de zbor. Aceasta va reprezenta majoritatea evolutiilor simetrice posibile ale aeronavei, caracterizate prin viteza si factor de sarcina transversal, la o altitudine data.

Exista posibilitatea in mod accidental si, in orice caz, foarte rar - cu probabilitate de aparitie foarte mica - sa se ajunga in situatii pentru care punctul (V, n) sa se afle in afara anvelopei de zbor. Pentru aceste situatii securitatea aeronavei se asigura prin folosirea unui coeficient de siguranta (maxim 1,5) cu care se amplifica fortele (generalizate) cu caracter sigur, deci cele date de situatiile evidentiate in anvelopa de zbor.