Lucrare mecanica - avionul

Fz comunica avionului un cuplu de picaj, adica tinde sa scoata avionul din echilibrul longitudinal, micsorand unghiul de incidenta, (avionul "pica" de bot).

Fz = a + Fz x b = Fz_αo x c

1. Unghiul de calaj al stabilizatorului.
2. Deflectarea curentului de aer in spatele aripii.

Ultimii doi factori sunt si conditiile pentru care un avion se va afla in echilibru longitudinal.

Echilibrul transversal

Definitie - un avion se afla in echilibrul transversal atunci cand centrul de greutate se afla in miscare rectilinie si uniforma, iar avionul nu se roteste in jurul axului longitudinal.

Suma fortelor este egala cu 0 iar suma momentelor longitudinale este egala cu 0.

Factori de influenta:

1. Simetria geometrica si simetria maselor - toate masele sunt dispuse simetric fata de planul de simetrie al avionului.

Fig. 41

Datorita simetrie geometrice si a maselor, portanta aripii din dreapta este egala cu portanta aripii din stanga si se afla la aceasi distanta fata de centru de greutate - momentele care rotesc avionul spre dreapta sunt egale cu momentele care rotesc avionul spre stanga.

P_dr. x α_dr. = P_st. x α_st.

Manevre inainte de angajare:

Manevre dupa angajare:

la toate aeronavele, unghiul de incidenta geometric al ampenajului orizontal este negativ fata de linia conventionala a profilului de referinta al aripii.

Din punct de vedere aerodinamic, unghiul de incidenta al ampenajului orizontal devine cu atat mai mare in valoare negativa cu cat unghiul de incidenta pozitiv al aripii se apropie de valoarea critica.

In anumite situatii, de regula foarte periculoase pentru siguranta zborului, se atinge unghiul critic negativ pe ampenaj inainte de atingerea unghiului critic pe aripa. Aeronava va fi "scapata" prematur de sub control, ajungand intr-o pozitie aproape de verticala, cu botul in jos, pozitie din care este dificil de revenit fara o pierdere substantiala de inaltime.

Factori de influenta:

Este de remarcat faptul ca variatia acestuia depinde de viteza de zbor, devenind maxim la viteza minima, deci in procedura de aterizare in momentul redresarii aeronavei inaintea contactului cu solul.

"Ridicarea" axei de portanta nula prin bracarea flapsului cu valori indicate de regula de fabricant.

"Coborarea" axei de portanta nula a ampenajului orizontal cu un unghi produs de bracarea profundorului.

Variatia unghiului de incidenta este data si de momentul de tangaj - cu cat centrajul aeronavei va fi mai mic si flapsul bracat, cu atat unghiul de bracaj al profundorului va fi mai mare - aceasta crestere suplimentata printr-o tragere ampla de mansa la o redresare precipitata.

Masuri de prevenire:

limitarea utilizarii centrajelor minime si realizarea centrajelor spre limita maxim admisa;

comandarea bracarii flapsurilor in trepte si numai pe traiectoria de coborare stabilizata sau a palierului, pentru sesizarea, chiar pe timpul bracarii daca apare necesitatea unui bracaj mai mare, favorizat de regula de un centraj corespunzator. In cazul unei situatii anormale, flapsul se reduce la o treapta inferioara si se aterizeaza cu el in aceasta pozitie (la nevoie nu se bracheaza).

Limitarea vitezei minime fara flaps.

Givrarea ampenajului orizontal reduce in mod substantial unghiul critic al ampenajului orizontal, grabind pierderea controlului aeronavei.

Zborul orizontal

Conditiile zborului orizontal:

Inltimea constanta (H = ct.), deci densitatea aerului =ct. (ρ = ct.);

Viteza constanta (V = ct.).

Echilibrul fortelor la zborul orizontal:

Fig. 63

Pentru H=ct.: portanta (Fz) trebuie sa fie egala cu greutatea (G).

Pentru V =ct.: forta de tractiune (Ft) trebuie sa fie egala cu rezistenta la inaintare (Fx).

In aceste relatii, greutatea (G) este cunoscuta iar densitatea (ρ) depinde de presiunea atmosferica (p_a in mmHg) si temperatura absoluta (T⁰_k =t⁰ ÷ 273⁰).

Dependenta caracteristicilor de zbor in functie de unghiul de incidenta.

caracteristicile de zbor ale unei aeronave sunt determinate de valorile unghiului de incidenta (α) la care se executa zborul respectiv.

El defineste valorile coeficientilor Cz si Cx pentru un anumit profil aerodinamic.

Caracteristicile de zbor ale unui anumite aeronave depind si de raportul dintre Cz si Cx, numita si finete aerodinamica (K).

K = Cz / Cx.

Aceasta variaza in functie de unghiul de incidenta, dupa o curba, functie de unghiul de incidenta.

Fig. 64

Unghiul pentru care finetea este maxima, se numeste "unghi de incidenta optim" (α_optim).

Coeficintii aerodinamici Cz si Cx se pot reprezenta inglobati in diagrama polara a avionului, formata de fapt din valorile comune fiecarui unghi de incidenta scoase din curbele polare.

Zburand cu anumite unghiuri de incidenta pe o traiectorie data, aeronava realizeaza performante proprii posibile - performante care nu se pot repeta la alte unghiuri de incidenta.

Din context se poate numi ca viteza de zbor (Vzb.) este un "traductor" al unghiului de incidenta a zborului orizontal.

Unghiul de incidenta prestabilit pentru un zbor orizontal, se reatizeaza zburand cu viteza necesara (Vn) realizarii unghiului respectiv (α_optim

Unghiul de calaj al aripii pe fuselaj

necesitatea reducerii la maxim a rezistentei la inaintare (Fx) parazitare a fuselajului, impune ca la regimul de zbor cel mai utilizat (functie de destinatia aeronavei) axul aerodinamic al fuselajului sa ramana paralel cu traiectoria de zbor.

Pentru indeplinirea acestui lucru se "caleaza" aripa pe fuselaj, la un unghi corespunzator unghiului de incidenta pentru asigurarea zborului orizontal, functie de destinatia aleasa.

Este evident ca dupa fixare, utilizarea aeronavei pentru alte configuratii de zbor se impune a fi facuta cu inrautatirea substantiala a caracteristicilor de zbor - un nou regim de zbor va deveni "permanent"! - uneori pentru ameliorarea acestor situatii se poate utiliza bracarea flapsurilor, pentru a reduce unghiul de incidenta pe traiectorie.

Coborarea

pentru cazurile de zbor planat, zbor cu forta de tractiune (Ft = 0) - coborarea cu motor redus, sau oprit cu elicea in pas drapel.

Conditiile de zbor:

panta de coborare contanta (ungh. θ⁰ = ct.)

viteza de planare constanta (V_pl. = ct.)

Echilibrul fortelor.

Fig. 65

Pentru unghiul de coborare (de panta), (θ = ct., avem Fz = G₁ = G x cosθ )

Pentru viteza de coborare (pe panta), (Vc = ct., avem Fx = G₂ x sinθ )

Vitezele pe timpul coborarii:

viteza de planare (V_p) - citita la vitezometru;

viteza componenta orizontala (Vn) - fata de sol;

viteza descendenta (w) - citita pe variometru.

Viteza necesara indicata pentru un anumit unghi de incidenta, pe traiectoria de coborare, se poate calcula astfel:

In mod practic va rezulta ca viteza de planare va fi aproximativ egala cu viteza componenta fata de sol, deci vitezele indicate necesare pentru realizarea unghiurilor de incidenta critic, economic si optim pe o panta in coborare fara forta de tractiune, sunt tot vitezele V_limita, V_economica si V_optima de la zborul orizontal, corectate cu greutatea de zbor G.

Din figura anterioara prin deplasarea centrului de greutate pe axa pantei de coborare, coroborata cu polara, se va putea deduc ca unghiul de panta pentru o anumita inaltime consumata depind in exclusivitate de finetea aerodinamica (K), corespunzatoare unghiului de incidenta pe traiectoria de coborare, ales de pilot prin intermediul vitezei de zbor.

Greutatea aeronavei nu are influenta asupra unghiului de panta (θ) si a distantei parcurse. Unghiul de panta va fi minim iar distanta parcursa in zbor planat va fi maxima la un unghi de incidenta optim, adica la viteza de zbor optima, corectata cu greutatea de zbor, pentru care se va obtine finetea aerodinamica maxima. La oricare alte unghiuri, repsectiv viteze de zbor, valoarea unghiului de panta (θ) se va mari iar distanta parcursa se va micsora.

Influenta vintului

vantul de fata va micsora distanta de planare, marind unghiul de planare (θ), iar vantul de spate va mari distanta de planare, micsorand unghiul de planare.

Se poate calcula cu relatia:

D _{(la Vn)} = H x Kn ± v x t (exprimata in metrii);

Unde t = timpul de planare cu valoarea egala cu raportul dintre inaltime (H) si viteza descendenta (w), ambele utilizand acelasi sistem de unitati (m sau km).

Influenta greutatii

diferentele de greutate ale aceleasi aeronave nu modifica finetea aeronavei (K) si deci nici unghiul de planare sau distanta de planare pentru vant nul.

Marimea greutatii va influenta viteza descendenta (w), prin marirea vitezei de planare la acelasi unghi de incidenta si in final timpul de planare.

Si acici se face prezenta influenta vantului, astfel distanta de planare cu vant la marirea greutatii (timpul va scade), factorul (± v x t) se va micsora, iar distanta de planare se va apropia de cea fara vant; daca greutatea se micsoreaza, distanta de planare va fi influentata in mai mare masura de vant.

Nota autorului: - Aceste subiecte, precum si altele vor fi studiate mai pe larg in faza a doua de pregatire a unui pilot, ele fiind de mare necesitate pentru pegatirea personala a unui pilot. Aceste influente vor trebui stiute pentru a face fata la rezolvarea unor situatii speciale, cum ar fi alegerea unui teren pentru aterizare fortata (pana de motor) sau pentru planoristi pentru executarea ultimului salt spre locul de aterizare.

Vria

o evolutie care apare datorita unei erori de pilotaj sau la comanda pilotului.

In timpul vriei, aeronava executa simultan doua rotatii:

O rotatie in jurul axei longitudinale a aeronavei;

O rotatie in jurul axei verticale.

Traiectoria descrisa pe timpul vriei, este o spirala verticala .

Fig. 66

Cauza care duce la angajarea aeronavei in vrie este pierderea stabilitatii transversale datorita depasirii incidentei critice (α._cob. > α _urc.); in acest mod se modifica rezistenta la inaintare pe cele doua aripi, astfel Fx_cob. > Fx_urc. Apare moment de rotatie pe axul vertical, aeronava se inclina pe dreapta si face viraj tot pe dreapta.

Clasificarea vriei:

1. Dupa pozitia initiala a aeronavei:

vrie normala;

vrie rasturnata.

2. Dupa pozitia axului longitudinal al aeronavei fata de orizontala:

vrie verticala;

vrie plata.

Caracteristisile vriei verticale:

raza spiralei este de ½ din anvergura;

unghiul de incidenta α ≈ 25⁰;

viteza de rotatie este mai mica fata de viteza de rotatie la vrie plata;

pierderea de inaltime la un tur complet de vrie este de aproximativ 100 m;

tendinta mansei - are tendinta sa se deplaseze catre in fata sau chiar poate ramane pe punctul neutru.

Caracteristisile vriei plate:

raza spiralei este mult mai mica;

unghiul de incidenta este mai mare de 25⁰;

viteza de rotatie este mare;

pierderea de inaltime la un tur complet este mai mare, putand ajunge la cca. 1000 m;

tendinta mansei - apasa puternic asupra pilotului.

Angajarea aeronavei in vrie

pentru angajarea in vrie, se trage de mansa pana cind aeronava depaseste unghiul de incidenta critic, apoi se strica echilibrul transversal actionand palonierul in directia in care se doreste sa se faca vria si datorita actiunilor, aeronava se va inclina in partea in care sa actionat palonierul, intrand in vrie pe stanga sau dreapta.

Scoaterea aeronavei din vrie

pentru scoaterea din vrie, este necesar sa se opreasca mai intii miscarea de rotatie in jurul axului vertical si numai dupa aceea profundorul va avea eficacitate, putand sa oprim si miscarea de rotatie in jurul axului longitudinal.

Fortele mari de inertie care apar datorate rotatiei in jurul axei verticale, dau un moment de "cabraj" mare care nu poate fi anulat prin actiunea profundorului. Intii se va actiona palonierul in partea opusa rotatiei, mansa va ramane pe loc sau se va impinge foarte usor in fata. Dupa incetarea rotatiei in jurul axei verticale (y-y₁), se elibereaza palonierul si se impinge energic de mansa pana cand incidenta devine mai mica decat valoarea incidentei critice. Aici aeronava fiind stabila transversal, rotatia in plan orizontal (axa x-x₁) va inceta de la sine, aeronava revenind intr-un picaj pronuntat.

Factori de influenta:

scoaterea aeronavei din vrie, este influentata de:

1. Tractiunea elicei - cind elicea este deplasata superior fata de axul longitudinal al avionului, pentru scoaterea din vrie se "baga" motorul in plin. Ca urmare va apare un moment de picaj si avionul iese din vrie.

M_picaj = Fz x a; unde a este distanta dintre axul elicei si axul longitudinal al avionului.

2. Momentul giroscopic al alicei; la vria care se executa pe acelasi sens de rotatie cu cel al elicei, momentul giroscopic al elicei va ajuata la scoaterea avionului din vrie; la vria care se executa cu rotirea in sensul invers al sensului de rotire al elicei, momentul giroscopic al acesteia va ridica avionul de bot si va duce la ingreunarea scoaterii din vrie a avionului.
3. "Umbrirea" suprafetelor de comanda (functie de forma ampenajului); la aceasta evolutie, viteza avionului este apropiata de viteza verticala, iar in spatele ampenajului orizontal va apare un curent turbionar si ca urmare a acsiunii acestuia directia nu va mai lucra.

Spirala

este evolutia care se face in scopul de a castiga sau pierde inaltime utilizand in acest scop o arie degajata.

se deosebeste de vrie prin faptul ca incidenta este mai mica decat incidenta critica, fiind o combinatie intre zborul planat si viraj.

Fortele care actioneaza asupra aeronavei in spirala:

Fig. 67

Ecuatii de echilibru:

Fz₂ = G₁;

Fz₁ = Fc;

Fx = G₂ + Ft;

Fz₂ = Fz cosβ;

Fz₁ = Fz sinβ;

G₁ = G cosθ;

G₂ = G sinθ.

Fz cosβ = G cosθ

Ft sinβ = Fc

G sinθ + Ft = Fx

Vv = V_spirala x sinθ;

Voriz. = V_spirala x cosθ.

Concluzie: cu cat unghiul de planare este mai mare, cu atat raza spiralei va fi mai mica.

Nota autorului: Factorul de suprasarcina, viteza in spirala, raza spiralei si pierderea de inaltime la o spirala completa - faza a doua de pregatire.

Aterizarea

este evolutia prin care o aeronava ia contact cu suprafata de aterizare si ruleaza sau aluneca pana la oprire.

Profilul aterizarii este dat de traiectoria descrisa de C.G. al aeronavei in evolutie.

Fig. 68

Redresarea este portiunea curbilinie pa care traiectoria aeronavei trece de la cea inclinata pe orizontala in vederea planarii in palier deasupra solului sau apei.

Filarea (franare in zbor orizontal) sau palierul aeronavei deasupra solului sau apei necesara pentru reducerea vitezei inaintea contactului cu solul sau apa.

Rularea aeronavei (alunecarea) - deplasarea aeronavei pana in momentul opririi.

Fortele care actioneaza asupra aeronavei si ecuatia de echilibru.

Planarea

tren scos;

flapas scos.

Ecuatia de echilibru: Fx = G₁ si Fz = G₂

G₁ = G sinθ _planare

G₂ = G cosθ _planare

Finetea trebuie sa fie minima

Cz _planare aproximativ egal cu 50 - 70% din Cz _maxim.

Fig. 69

Redresarea

este necesar ca aeronava sa aiba o anumita rezerva de vant si de inaltime, care va varia in functie de unghiul de planare.

Ecuatia de echilibru:

Fz = G₂ + Fc

Fx = G₁

G₁ = G sinθ

G₂ = G cosθ

In cazul redresarii aeronava franeaza sub actiunea fortei de rezistenta aerodinamica egala cu greutatea impartita la finete. De aceea se va mari unghiul de atac pentru ca portanta sa ramana egala cu greutatea. Aceasta crestere are loc pana cand se atinge valoarea maxima a coeficientului de portanta; ca urmare a acestei actiuni, aeronava "cade" pe sol. Viteza corespunzatoare acestei "caderi" va fi chiar viteza de aterizare.

Cz _redresare = (0,7 ÷ 0,9) x Cz _maxim

Fig. 70

Filarea

Ecuatia de echilibru

Fz = G

Fx = Fi

In timpul filarii viteza scade, cand aeronava ia contact cu solul sau apa botul este foarte ridicat.

Fig. 71

Rulajul

Ecuatia de echilibru:

G = Fz + N unde N = N₁ + N₂

Fx = Fi + Ff unde Ff = Ff₁ + Ff₂

Viteza de aterizare

valoarea vitezei in momentul initial al "caderii" pe sol difera de cea din momentul in care aeronava ia contact cu suprafata de aterizare. Pentru momentul initial al "caderii" pe suprafata se mentine inca egalitatea intre portanta si greutatea aeronavei.

In mod aproximativ se poate arata ca viteza aeronavei in momentul atingerii suprafetei de aterizare de la H = 0,3 m, reprezinta circa 0,94% din valoarea Vitezei de aterizare.

Pentru calculul vitezei de aterizare, se pot folosi formulele simplificate:

Si

Incarcarea pe aripa influenteaza direct viteza de aterizare. Daca G/S creste va rezulta si o crestere a Vitezei de aterizare.

Dupa aterizare, se poate micsora distanta de rulare prin folosirea parasutelor de franare, sau a franelor pentru roti, etc.