CC BY
98
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности
№153
УДК 629.735.015:681.3
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО РАСЧЕТУ ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ САМОЛЕТА ТУ-154М В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
В.Е. МАЛЮГИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
С помощью системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов (СММ ДП ЛА) проведен анализ результатов вычислительных экспериментов по расчету взлета и посадки самолета Ту-154М в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха.
Ключевые слова: анализ, взлет и посадка самолета, высокогорье, температура воздуха.
Введение
Одной из основных существенных причин появления особенностей эксплуатации в условиях высоких температур и высокогорья может быть потеря тяги двигателей. Как известно, с ростом высоты и температуры плотность воздуха падает, а тяга турбореактивных двигателей определяется массой воздуха, прошедшего через постоянное проходное сечение сопла. Кроме того, некоторые двигатели снабжаются специальными ограничителями подачи топлива и оборотов при высокой температуре атмосферного воздуха, необходимость которых диктуется температурными пределами рабочих поверхностей турбин.
Такие эффекты, как изменение аэродинамических характеристик самолета, несущественны, так как пилотирование самолетом осуществляется, в основном, по приборной скорости, т.е. по скоростному напору, который и определяет аэродинамические силы и моменты. Совместное влияние высоких температур и высокогорья с ветром и состоянием ВПП также не имеет смысла анализировать, поскольку опасно скользкие ВПП в таких условиях не встречаются, а ветер воздействует слабее, чем в стандартных условиях.
В боковом канале управления возникающий от внешнего ветрового воздействия или от отказа двигателя дисбаланс сил и моментов оказывается меньше, чем в стандартных условиях, и управление в этом канале облегчается. Поэтому результаты расчетов в боковом канале управления в настоящем исследовании не приводятся.
Другим существенным фактором появления особенностей эксплуатации в условиях высоких температур и высокогорья является возникновение значительной разницы между приборной скоростью и путевой. Этот фактор может привести к ограничениям на возможности эксплуатации самолета по условиям прочности шин, которые ограничивают максимально допустимую скорость движения по ВПП. Других факторов, существенно влияющих на пилотирование в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха, нет. Поэтому исследование указанных условий эксплуатации проводится в настоящей работе для критических по этим параметрам ситуаций в продольном канале управления, каковыми являются: продолженный взлет, заход на посадку и посадка. Другие участки полета некритичны, поскольку на них используются непредельные режимы работы двигателей, а путевая скорость несущественна.
1. Продолженный взлет
При отказе двигателя на взлете, когда силовая установка работает на предельном режиме, потеря тяги в условиях пониженной плотности воздуха приводит к следующему эффекту.
Усугубленная малой плотностью воздуха и температурными ограничениями потеря тяги приводит к увеличению полной взлетной дистанции и уменьшению полного градиента набора высоты. Оба эти фактора вместе с увеличением путевой скорости при движении по ВПП непосредственно замыкаются на
безопасность полетов, поэтому перед вылетом экипаж должен их учитывать, имея точную, исчерпывающую информацию.
Эта информация помещена в п. 3.1.5 РЛЭ самолета Ту-154М [2]. Однако она представлена для температур в диапазоне от МСА-15° до МСА+30° и высот до 2200 м. Имеющиеся в распоряжении исследователя характеристики позволили исследовать диапазон температур от МСА-20° до МСА+40° и высот до 3000 м.
В [3] было показано, что основные параметры взлета (дистанции, градиенты набора высоты и скорости) как нормального, так и продолженного, для крайних по РЛЭ условий достаточно точно воспроизводятся в результатах ВЭ на СММ ДП ЛА. Это не только доказывает адекватность математической модели (ММ) движения самолета, но и позволяет анализировать особенности пилотирования его на разных участках полета.
Результаты ВЭ [3] показали, что нормальный взлет самолета Ту-154М во всем исследуемом диапазоне температур и высот производится без затруднений в пилотировании и выполнении требований по нормируемым градиентам набора высоты. Однако ограничение путевой скорости по прочности шин шасси становится существенным на высоте расположения аэродрома более 2000 м, что приводит к необходимости ограничивать взлетную массу самолета.
Возможности безопасного продолженного взлета самолета Ту-154М в различных эксплуатационных условиях ограничиваются различными критическими условиями: на высоте ниже 2000 м -полным градиентом набора на высоте 450 м, а при массе 100 т и выше - еще и полным градиентом набора на высоте 120 м, на высоте 2000 м - полным градиентом набора на высоте 120 м, выше 2000 м - прочностью шин, а при массе 100 т и выше - еще и полным градиентом набора на высоте 10,7 м.
Как и ожидалось, никаких других эффектов влияния предельных температур и высокогорья расчеты не обнаруживают. Полная аналогия изменения параметров полета свидетельствует о применимости стандартных приемов пилотирования во всем исследованном диапазоне внешних условий взлета: температур от МСА-20° до МСА+40° и высот до 3000 м.
2. Заход на посадку и посадка
В п. 3.1.6 РЛЭ самолета Ту-154М [2] представлена информация для определения максимально допустимой посадочной массы самолета в диапазоне температур от МСА-15° до МСА+30° и высот до 2200 м. Имеющиеся в распоряжении характеристики самолета позволяют исследовать заход на посадку и посадку в диапазоне температур от МСА-20° до МСА+40° и высот до 3000 м. В [3] было получено, что основные параметры захода на посадку и посадки (дистанции и скорости), полученные в результате летных испытаний, достаточно точно воспроизводятся в результатах ВЭ на СММ ДП ЛА. Это не только доказывает адекватность ММ движения самолета, но и позволяет анализировать особенности пилотирования самолета на разных участках полета.
Этап захода на посадку (предпосадочное снижение) имеет основной особенностью то, что он является подготовительным к сложнейшему этапу посадки. Поэтому и требования к нему диктуются исходя из условий, созданных для безопасной посадки. Если условия для безопасной посадки на предпосадочном снижении не созданы, то обязательно должна обеспечиваться возможность ухода на второй круг. На основании этого подхода можно выделить два основных условия захода посадку: обеспечение его завершения к моменту пролета торца ВПП по глиссаде с минимальными отклонениями в установившемся режиме полета и недопустимость превышения номинального режима работы двигателей на протяжении всего участка снижения по глиссаде.
Наиболее ответственный участок полета - посадка - предъявляет несколько основных условий безопасности. К ним относятся: допустимая величина перегрузки при приземлении (не более 2,2, что соответствует вертикальной скорости 3,4 м/с), допустимый угол тангажа при приземлении (не более 10 градусов, иначе возможен удар хвостовой опорой о ВПП), допустимое боковое отклонение при пробеге, допустимая посадочная дистанция и допустимая путевая скорость при пробеге (по условиям прочности шин в нормальной эксплуатации 280 км/ч).
На выполнение этих условий существенное влияние оказывает не только пилотирование самолетом на этапе выравнивания, но и условия захода на посадку. Так, например, высота расположения аэродрома, высокая температура атмосферы, большая посадочная масса, не полностью выпущенная механиза-
ция крыла приводят к повышенной путевой скорости снижения по глиссаде, т.е. к большой вертикальной скорости снижения и, как следствие, к опасности большой перегрузки при приземлении, большого потребного на выравнивании угла тангажа, а также к большой путевой скорости пробега и значительной посадочной дистанции.
Как показано в [3], при заходе на посадку основным ограничивающим фактором возможности эксплуатации самолета Ту-154М в условиях высокогорья и высоких температур атмосферы является прочность шин. В условиях пониженной плотности воздуха путевая скорость существенно превосходит приборную. Поэтому заход на посадку на высокогорный аэродром даже предельно легкого самолета массой 60 т с приборной скоростью 230 км/ч может при повышенных температурах происходить с путевой скоростью, превосходящей допустимую при касании основных стоек шасси 280 км/ч.
Заход на посадку с одним отказавшим двигателем ситуацию с путевой скоростью не меняет. Однако в этом случае на снижении необходим более высокий режим работы двигателей. ВЭ показали, что наиболее высокий потребный режим работы двигателей по оборотам не превышает 85 % от максимального. Учитывая, что номинальный режим двигателей Д30-КУ 2-й серии соответствует 93,7 %, можно констатировать безопасные условия по тяге для ухода на второй круг.
Настоящая работа не преследовала цель исследования аварийных условий посадки с двумя или всеми отказавшими двигателями, поэтому результаты таких ВЭ здесь не обсуждаются.
Как и ожидалось, никаких других эффектов влияния предельных температур и высокогорья расчеты не обнаруживают. Поэтому полная аналогия изменения параметров полета свидетельствует о применимости стандартных приемов пилотирования самолета Ту-154М во всем исследованном диапазоне внешних условий посадки: температур от МСА-20° до МСА+40° и высот до 3000 м.
ЛИТЕРАТУРА
1. Применение системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов (СММ ДП ЛА) к исследованию эксплуатационных ограничений ВС при взлете и посадке: отчет о НИР (промежуточный) / МГТУ ГА; Руководитель Ципенко В.Г. - М., 2001. - 51 с.: ил. - Ответственный исполнитель М.С. Кубланов.
2. Руководство по летной эксплуатации самолета Ту-154М. Книга первая. - М., 1986.
3. Проведение вычислительных экспериментов по ослаблению эксплуатационных ограничений ВС при взлете и посадке в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха: отчет о НИР (промежуточный) / МГТУ ГА; Руководитель Ципенко В.Г. - М., 2001. - 60 с.: ил. - Ответственный исполнитель М.С. Кубланов.
ANALYSIS RESULTS COMPUTIONS EXPERIMENTS BY CALCULATION FLYING UP AND LANDING IN HIGH MOUNTAIN AND HIGH TEMPERATURE SURROUNDING AIR
Malygin V.E.
With of mathematical modeling leading analysis results computions experiments by calculation flying up and landing in high mountain and high temperature surrounding air
Сведения об авторе
Малюгин Владимир Евгеньевич, 1963 г.р., окончил Челябинское высшее военное авиационное училище штурманов (1986), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - аэродинамика и безопасность полетов летательных аппаратов.
