Дальність та тривалість польоту на гелікоптері

Дальністю польоту L називається відстань, яка може пролетіти вертоліт за маршрутом польоту від місця вильоту до місця посадки. Тривалістю польоту t підлога називається час перебування вертольота в польоті (тобто час, що минув з моменту зльоту до посадки).

Дальність та тривалість польоту залежать від кількості (запасу) палива на борту вертольота при зльоті та економічності його витрати. Запас палива на гелікоптері може залежати від маси вантажу, що перевозиться. Економічність витрати залежить від властивостей СУ, польотної маси вертольота та режиму польоту. Отже, в залежності від поставленого завдання та умов його виконання можуть бути різними як запас палива, так і його витрата і, природно, можливі дальність та тривалість польоту.

Крім того, можуть бути відхилення від заданого маршруту або режиму польоту, викликані неточностями вертольотаводження екіпажем, а також різними зовнішніми причинами, які передбачати не завжди вдається (зміни метеорологічних умов, дії противника і т. д.). Тому при визначенні можливостей щодо дальності та тривалості польоту необхідно враховувати як різні експлуатаційні фактори, так і випадкові причини, які можуть вплинути на дальність та тривалість польоту.

Кожен політ вертольота складається з кількох етапів. Визначивши дальність та тривалість кожного етапу, можна визначити сумарну дальність та тривалість польоту. Найпростіший схематизований профіль польоту вертольота складається з трьох етапів: набору висоти, горизонтального польоту та зниження.Таким чином, дальність польоту L можна визначити як суму трьох величин - відстаней (дальностей), досягнутих при наборі Lнаб, горизонтальному польоті Lгп і при зниженні LCH:

L = Lнаб + Lгп + Lсн.

Аналогічно дальності тривалість польоту можна визначити, склавши час набору висоти горизонтального польоту та зниження:

t підлога = t наб + t гп + ​​t сн

У вертольотів шляхи набору висоти та зниження зазвичай становлять дуже невелику частку загальної дальності польоту. Тому немає потреби зупинятися на методах їх розрахунку. Найвигідніші режими набору висоти та зниження вказуються в Інструкції екіпажу для кожного типу вертольота. Там же на графіках і таблицях наводяться значення Lнаб, Lсн, і відповідні витрати палива в залежності від висоти польоту, що набирається (втрачається).

Залишається, таким чином, знайти величини дальності та тривалості горизонтального польоту та проаналізувати основні закономірності, що їх визначають. Найпростіше ці величини визначаються при виконанні горизонтального польоту з постійною швидкістю в безвітря.

При польоті гелікоптера на дальність можна вважати, що режим роботи рухової установки не змінюється і, отже, характеристики витрати палива на даній ділянці незмінні. Кожен тип двигуна має характеристики економічністі витрати палива. Витрата палива силовою установкою за годину польоту називається годинною витратою Q год (кг/год). При цьому двигуни розвивають ефективну потужність Ne.

Відношення годинної витрати палива до ефективної потужності називається питомою витратою палива Се:

Се = Q год / Ne

Св - витрата палива на вироблення 1 л. с. потужності двигуна за годину.

При польоті гелікоптера зі швидкістю V силова установка за годину витрачає Q ч кг палива, а гелікоптер (у штиль) пролітає за цей час S км шляху. Отже, поділивши Q год на V, можна знайти скільки палива витрачається на кожен кілометр пройденого шляху:

q км = Q год / V

Розмір q км називається кілометровою витратою палива.

Знаючи наявний запас палива для горизонтального польоту Wгп і величини кілометрових і годинних витрат, легко визначити дальність і тривалість цієї ділянки польоту:

Lгп = Wгп /q км
t гп = Wгп / Q год
t гп = Lгп/V

За цими формулами знаходяться загальні можливі дальність та тривалість польоту.

Розрізняють поняття "технічна дальність", "практична дальність", "тактична дальність". Найбільш важливим є поняття «практична дальність», яке розглядається в цьому розділі.

Практичною для заданого режиму та профілю польоту називається дальність польоту вертольота при даній заправці палива, розрахована без витрати мінімального гарантійного та невиробного залишків палива. Аналогічно поняттю «практична дальність» застосовується поняття «практична тривалість польоту». Часто буває важливо знати, на якій максимальній відстані від аеродрому вильоту гелікоптер може виконати якесь завдання та повернутися на свій аеродром. У цьому використовується поняття «радіус дії».

Тактичним радіусом дії називається максимальна відстань, яка може пролетіти гелікоптер (група) із заданим режимом або профілем польоту від аеродрому вильоту до об'єкта дій з виконанням поставленого завдання та поверненням на свій аеродром при даній заправці палива без витрачання мінімального гарантійного та невиробного залишків палива.

У реальних умовах при виконанні різних завдань кількість етапів польоту може бути більшою за три, а самі етапи за видом траєкторії та характером пілотування можуть бути більш складними. При цьому описані вище принципи розрахунку дальності та тривалості польоту залишаються справедливими, але кількість ділянок, на які розбивається політ, збільшується. Ділянки вибираються з умови, щоб у межах кожного їх величини кілометрового і годинного витрат палива можна було вважати незмінними.

Наявний запас палива

Наявним (Повним) запасом Wпов називається максимальна кількість палива, яке може бути в розпорядженні екіпажу на гелікоптері для виконання завдання (максимально можлива заправка).

Однак не завжди можна заправляти паливну систему повністю. На вертольотах заправка палива у багатьох випадках залежить від навантаження. Адже злітна маса вертольота mвзл не повинна перевищувати граничну за умовами зльоту і посадки mпред або максимально допустиму в експлуатації mмак.

Тому частку палива залишається різниця між граничної (максимальної) масою вертольота і масою всього іншого, що необхідно перевозити в польоті.

WРАСП = GМАК - GВЕРТ - GЕКІП - GГР

ДЕ GВЕРТ = GКОНСТР + GМАСЛ + GЗЙОМ.ПРО + GСПІРТ

Запасом палива для горизонтального польоту Wгп називається максимальна кількість палива, яка може бути витрачена в горизонтальному польоті:

Wгп = Wповн - Wземл - Wнаб - Wсн - Wгарант - Wневір

де Wземл - витрата палива на землі - на запуск, прогрів, пробу двигунів і рулювання (встановлюється наказом відповідно до середньої витрати палива); Wнаб - витрата палива на зліт та набір заданої висоти польоту (дається в Інструкції екіпажу); WCH-витрата палива на зниження та посадку (дається в Інструкції екіпажу); Wгарант - гарантійний запас палива (запас, що враховує неточне витримування маршруту, зміна метеорологічних умов, бойової обстановки тощо). Зазвичай для одиночного польоту мінімально приймають Wrap = 10%, при польоті ланки в строю Wrap = 15%, при польоті ескадрильї та полиця в строю Wгap = 20% кількості заправленого перед польотом палива. Залежно від ступеня підготовки екіпажів та умов виконання завдання величина Wrap за рішенням командира може змінюватись порівняно з вищезазначеними величинами; Wневир — невиробний залишок палива, що залежить від особливостей паливної системи конкретного типу вертольота.

Визначення режимів максимальної дальності та тривалості горизонтального польоту

Максимальна дальність і тривалість горизонтального польоту досягаються за наявності на борту наявного (максимального) запасу палива. При цьому дальність польоту буде найбільшою, коли мінімальна кілометрова витрата, а тривалість при мінімальній годинній витраті. Величини годинного та кілометрового витрат палива істотно залежать від економічності двигуна, показником якої є його питома витрата палива Се, та режиму польоту.

Питома витрата палива дається у характеристиках двигуна. Він змінюється із зміною потужності двигуна та залежить, як і потужність, від числа оборотів. Ці залежності різні для різних типів двигунів.Особливо різка залежність питомої витрати від кількості оборотів спостерігається у газотурбінних двигунів. У поршневих двигунів ця залежність менш різка, зменшення їх потужності навіть наполовину мало впливає на питому витрату, зменшуючи його іноді на 5 — 10%. У ВМД (при зменшенні потужності до 0,5 номінальної) питома витрата підвищується на 25-35%.

У вертольотів з ВМД годинна витрата палива досягає мінімуму при польоті з такою швидкістю, коли потужність, потрібна для виконання горизонтального польоту. Отже, найменша кількість палива протягом заданого часу буде витрачена під час польоту на цій швидкості. Тому така швидкість польоту називається економічною V ек або швидкістю найбільшої тривалості польоту Vtмах.

При цьому запасі палива тривалість польоту на економічній швидкості буде максимальною. Політ на швидкості, більшій або меншій Vек призводить до зменшення можливої ​​тривалості внаслідок зростання годинної витрати, так як збільшується N г п Так, тривалість польоту на режимі висіння майже вдвічі менша за максимальну.

Характер зміни тривалості польоту вертольота в залежності від швидкості показано на рис. 1.

Якщо знехтувати зміною Се/?м, кілометрова витрата буде найменшою, а дальність польоту - найбільшою при польоті на швидкості, коли величина відношення Nr.n/V досягає мінімуму. Ця швидкість відповідає польоту при максимальній аеродинамічній якості вертольота. Величина Vнв знаходиться шляхом проведення дотичної до кривої Nr.n=f(V) з початку координат.

Величина швидкості VL max знаходиться шляхом проведення дотичної з початку координат залежності Qч =/(V) (Рис.2).

За цієї швидкості польоту кілометровий витрата мінімальний, оскільки точка торкання визначає мінімум відношення Qч/V=q км. Залежності q км = f(V) показано на рис.1.

Для вертольотів з ВМД швидкість найбільшої дальності значно більша за найвигіднішу. Її іноді називають крейсерською швидкістю Vкр, так як режим роботи двигуна при польоті біля землі менше номінального. Часто величина VLmax ближче до максимально допустимої, ніж Vек . Це пояснюється помітним падінням питомої витрати пального у вертольотів з ВМД зі збільшенням режиму роботи двигунів та швидкості польоту понад економічну та найвигіднішу. Збільшення ?м зі зростанням швидкості польоту) ще більше сприяє збільшенню VLmn у порівнянні з вертольотами з ПД.

При відхиленні швидкості польоту від швидкості найбільшої дальності у той чи інший бік можлива дальність польоту зменшується (рис.2).

Вплив різних експлуатаційних факторів на дальність та тривалість польоту

Зі збільшенням висоти польоту питома витрата палива у ВМД (рис.) зменшується, що сприяє зменшенню Qч і q км, збільшенню дальності та тривалості польоту. Однак потужність, потрібна для виконання горизонтального польоту на швидкостях Vтах та VLmax, і відношення N г п / V цих швидкостях збільшується, що, навпаки, сприяє зменшенню дальності і тривалості польоту. Вплив збільшення N г.п дещо послаблюється за рахунок зменшення Зе при зменшенні ступеня дроселювання двигунів зі збільшенням висоти польоту. Але збільшення висоти польоту вимагає збільшення витрати палива на ділянці набору, коли Qч і qKM більше, ніж у горизонтальному польоті.

В результаті дія цих суперечливих тенденцій призводить до того, що у гелікоптерів з ВМД, у яких швидкості VLmax близькі до максимальних, дальність польоту при збільшенні висоти у зв'язку із зменшенням qKM збільшується приблизно до межі висотності двигуна. При наборі ще одного кілометра висоти польоту дальність практично не змінюється, а на висотах, великих Нр +1000 м починає зменшуватися внаслідок збільшення q км через суттєве зростання Nrn. Так, для вертольота Мі-8 дальність польоту досягає максимуму при польотах на висотах 2000 - 3000 м. Тривалість польоту у гелікоптерів з ВМД від висоти практично не залежить.

Як змінюються швидкості найбільшої дальності та тривалості польоту залежно від висоти?

У разі збільшення висоти польоту справжнє значення швидкості Vек зростає, але приладове не змінюється. Це означає, що незалежно від висоти польоту для витримування режиму найбільшої тривалості льотчик повинен виконувати політ при постійній швидкості прибору, що дорівнює Vек біля землі. Для вертольота Мі-8 ця швидкість становить 120-130 км/год.

Справжнє значення швидкості найбільшої дальності зі збільшенням висоти спочатку зростає приблизно пропорційно 1/v. Отже, швидкість приладів VLmax також залишається постійною.

Однак, починаючи з деякої висоти польоту (1500-2000 м), величини швидкостей найбільшої дальності сильно наближаються до значень максимально допустимої швидкості (особливо у гелікоптерів з ВМД). При цьому починають позначатися відповідні обмеження швидкості польоту.Тому, починаючи з висот 1500-2000 м, значення швидкості найбільшої дальності починають зменшуватися, фактично відповідаючи обмеженням максимально допустимої швидкості, і на висоті динамічної стелі стають рівними Vек.

Вплив польотної маси гелікоптера

Збільшення польотної маси (ваги) вертольота т вимагає збільшення Nг.п-потужності, необхідної для горизонтального польоту, усім швидкостях. Тому збільшення маси вертольота (при постійному запасі палива Wпов) призводить до збільшення кілометрових і годинних витрат палива, до зменшення дальності та тривалості польоту.

У середньому кожен відсоток збільшення маси понад нормальну призводить до скорочення дальності на 0,4 ±0,6% при польотах на висотах до 1000-1500 м і на 0,8 - 1% при польотах на висотах 2000-3000 м у гелікоптерів з ВМД . Політна маса вертольота протягом польоту може зменшуватися як поступово за рахунок вироблення палива, так і різко за рахунок викиду десанту або вантажів. При невеликих змінах польотної маси (5 - 10%) можна розрахунок дальності проводити, вважаючи масу незмінною, що дорівнює її середньому значенню.

У середньому кожен відсоток збільшення маси понад нормальну призводить до скорочення дальності на 0,4 ±0,6% при польотах на висотах до 1000-1500 м і на 0,8 - 1% при польотах на висотах 2000-3000 м у гелікоптерів з ВМД . Політна маса вертольота протягом польоту може зменшуватися як поступово за рахунок вироблення палива, так і різко за рахунок викиду десанту або вантажів. При невеликих змінах польотної маси (5 - 10%) можна розрахунок дальності проводити, вважаючи масу незмінною, що дорівнює її середньому значенню.

Вплив зовнішніх підвісок

Зовнішні підвіски збільшують силу лобового опору вертольота, і навіть його польотну масу проти вертольотом без підвісок. Тому потужність, потрібна для горизонтального польоту вертольота з підвісками, більша, ніж без них на тій самій швидкості за рахунок збільшення Nдв, а також Nінд і до певної міри Nnp.

Це призводить до збільшення як вартового, так і ще більшою мірою кілометрової витрати палива на всіх висотах польоту. Тому дальність та тривалість польоту вертольота із зовнішніми підвісками зменшуються. Зменшення дальності польоту відбувається помітніше й у залежність від форми (сили лобового опору) підвісок може досягати до 15-25%.

При деяких видах зовнішніх підвісок на тросі допустимі швидкості польоту значно менші, ніж VLmax, а q км значно зростає. У разі зменшення дальності польоту може досягати 50—60% проти вертольотом тієї ж польотної маси, але не матимуть підвісок.

Вплив вітру

Якщо за умовами виконання завдання необхідно забезпечити найбільшу тривалість перебування у повітрі, політ слід виконувати на постійній приладовій швидкості, що дорівнює економічній Vек незалежно від напрямку та швидкості вітру. При цьому наявність вітру не впливає на максимальну тривалість польоту. Однак пройдений вертольотом шлях за цей час істотно залежатиме від швидкості та напрямку вітру, оскільки вітер змінює дорожню швидкість, збільшуючи її при попутному та зменшуючи при зустрічному напрямку.

Зміна дорожньої швидкості призводить до зміни тривалості польоту на задану дальність. Крім того, при зміні колійної швидкості змінюється також кілометрова витрата палива q км . При попутному вітрі q км зменшується, при зустрічному збільшується: Тому попутний вітер збільшує, а зустрічний зменшує максимальну дальність польоту в порівнянні зі штильовими умовами. Внаслідок відносно невеликих швидкостей польоту гелікоптерів вплив вітру виявляється досить помітним.

Вплив оборотів (частоти обертання) несучого гвинта

Зменшення числа оборотів (частоти обертання) НВ призводить до деякого зменшення потужності, необхідної для створення заданої тяги за рахунок зменшення профільних та індуктивних втрат. Це призводить до зменшення N г.п. Тому на вертольотах, де допускається невелике регулювання льотчиком оборотів вільної турбіни і НВ, доцільно в польоті на крейсерській швидкості зменшити їх на 2—3%. Це забезпечує зменшення кілометрової витрати палива на 1—1,5% та відповідне збільшення дальності польоту.

Однак зменшення оборотів НВ призводить до більш раннього за швидкістю появлетпо зриву потоку з отсрупающих лопатей НВ. На висотах польоту понад 1500-2000 м швидкості VLrmx близькі до обмежень щодо зриву потоку. Тому використовувати незначні переваги, одержувані з допомогою зменшення оборотів НВ, можна лише до висот 1000-1500 м.