CC BY
104
УДК 629.735.015:681.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНОГО СУДНА ПРИ ВЗЛЕТЕ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
В.Г. ЦИПЕНКО, В.Е. МАЛЮГИН
С помощью математического моделирования определены допустимые условия эксплуатации самолета Ту-154М при взлете в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха.
Ключевые слова: математическое моделирование, взлет самолета Ту-154М, высокогорье, высокая температура.
Исследование возможностей эксплуатации воздушных судов (ВС) при взлете в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха проводится на базе данных летных испытаний и математического моделирования на примере самолета Ту-154М. Вычислительные эксперименты (ВЭ) проведены с помощью системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов (СММ ДП ЛА), разработанной сотрудниками кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА [1].
1. Условия проведения вычислительных экспериментов
ВЭ по идентификации математической модели (ММ) взлета показал, что запас по нормируемым значениям полного градиента набора высоты при продолженном взлете заметно меньше, а дистанции разбега и взлета значительно больше, чем при нормальном взлете. Таким образом, критическим для выполнения требований ЕНЛГС [2] является продолженный взлет.
В РЛЭ самолета [3] рассматриваются возможности продолженного взлета после отказа двигателя на скорости 0,7-Уп.ст. и выше. От скорости отказа зависят только значения дистанций взлета, градиент набора высоты от этой величины не зависит. Поэтому критическим вариантом продолженного взлета был принят случай отказа двигателя на скорости 0,7-Уп.ст..
Из анализа участка взлета от достижения Уп.ст, до отрыва получено, что при идентифицированной манере пилотирования, соответствующей данным РЛЭ, значение индикаторной скорости отрыва в реальных условиях несколько выше заложенных в РЛЭ. Здесь во всех случаях имеем Уотрл = (283 289) км/ч.
В случае взлета самолета массой 100 т на высоте 3000 м это соответствует путевой скорости Уп. = (332 336) км/ч, что превышает максимальную допустимую путевую скорость по прочности шин
основных стоек шасси при отрыве (325 км/ч [3]). Заметим попутно, что перевод Уотрл в Уп. в ММ осуществляется корректно и соответствует рис. 2.5.1 РЛЭ. Однако ограничение взлетной массы по рассматриваемому фактору, приведенное на рис. 7.3.11а РЛЭ, позволяет осуществлять взлет в этих условиях с массой, значительно большей 100 т. Это противоречит общему ограничению условий эксплуатации по высоте расположения аэродрома в п. 2.2.2 того же РЛЭ до 2500 м. Таким образом, необходимо пересмотреть ограничения на условия эксплуатации самолета по прочности шин на взлете.
Дистанции разбега и взлета в настоящих исследованиях не ограничиваются для того, чтобы результаты можно было применять на любом аэродроме. Это можно осуществить по рис. 7.3.6 и 7.3.6а РЛЭ с учетом уклона ВПП и скорости ветра.
В итоге приведенных рассуждений следует принять основными ограничивающими факторами взлетной массы по условиям эксплуатации самолета Ту-154М нормируемую РЛЭ путевую скорость и нормируемый ЕНЛГС полный градиент набора высоты.
2. Результаты вычислительных экспериментов по исследованию влияния условий на аэродроме
ВЭ планировались так, чтобы при заданных значениях взлетной массы самолета и высоты расположения аэродрома последовательными приближениями найти наибольшее допустимое значение температуры атмосферы на аэродроме, при котором продолженный взлет осуществляется с соблюдением всех
требований безопасности полета и ЕНЛГС. К ним относятся следующие обязательные условия:
- отрыв передней и основных стоек шасси на скорости не менее допустимой по РЛЭ (315 км/ч и 325 км/ч, соответственно);
- отсутствие повторного касания ВПП после отрыва;
- строго положительный градиент набора высоты 10,7 м на всем участке от ВПП;
- достижение безопасной скорости взлета У2 до высоты 10,7 м (или в пределах 1 с после);
- полный градиент набора высоты на высоте 120 м не менее 2,4 % при скорости не менее У2;
- первый этап уборки закрылков от 28° до 15° начинается на высоте не менее 120 м после достижения скорости У31;
- второй этап уборки закрылков от 15° до 0° начинается после достижения скорости У32;
- перевод двигателей на номинальный режим осуществляется после достижения скорости У4;
- полный градиент набора высоты на высоте 450 м не менее 1,5 % при скорости не менее У4;
- ни на одном участке взлета не допускается снижение скорости.
Следует заметить, что в процессе уборки закрылков при одном неработающем двигателе допускаются участки горизонтального полета без снижения скорости.
Самым сложным участком пилотирования на продолженном взлете является участок набора высоты 10,7 м и разгона до безопасной скорости взлета У2. Требование соблюдения второго и третьего из перечисленных условий приводит к недопустимости специфического приема пилотирования, изредка встречающегося на практике. Суть его заключается в стремлении уменьшить дистанцию разбега за счет более раннего по скорости, чем это необходимо по РЛЭ, отрыва самолета от ВПП. При этом недостаток скорости компенсируется влиянием экрана поверхности земли, что для самолета типа Ту-154М позволяет выйти на безопасную высоту 10,7 м. Разгон до безопасной скорости взлета У2 при таком приеме производится уже после этой высоты с минимальным положительном градиентом набора, что существенно снижает безопасность полета. В проведенных ВЭ такие приемы не моделировались.
На рис. 1 результаты всех расчетов сведены в диаграммы ограничений взлетной массы самолета по условиям на аэродроме.
Ограничения взлета по условиям на аэродроме
Отклонение температуры от МСА, град
Рис. 1
Анализ результатов ВЭ, которые невозможно представить в настоящей статье в полном объеме, показывает, что критическими требованиями к безопасности взлета в исследованном диапазоне температур и высот (рис. 1) являются различные условия, представленные в табл. 1. В ней приняты следующие обозначения условий безопасности:
- "шины" - отрыв передней и основных стоек шасси на скорости не менее допустимой по РЛЭ (315 км/ч и 325 км/ч, соответственно);
- "'ЛшУ - отсутствие повторного касания ВПП после отрыва; строго положительный градиент набора высоты 10,7 м на всем участке от ВПП; достижение безопасной скорости взлета У2 до высоты 10,7 м (или в пределах 1 с после);
- "'Лт" - полный градиент набора высоты на высоте 120 м не менее 2,4 % при скорости не менее У2;
- "Л450" - полный градиент набора высоты на высоте 450 м не менее 1,5 % при скорости не менее У4.
Таблица1
Критические требования взлета самолета Ту-154М
Высота, м 80 т 90 т 100 т 110 т
0 - - h 120, h450 h450
1000 - - h 120, Л450 h450
2000 - h 120 h 120 h 120
2500 - шины шины шины
3000 шины шины шины, hl0,7 шины, h10,7
Выводы
1. Получены ограничения на условия безопасного взлета самолета Ту-154М, в том числе продолженного, несколько отличающиеся от ограничений РЛЭ, особенно в области высоких температур. Выявлены возможности безопасного взлета самолета Ту-154М с аэродромов, расположенных на барометрической высоте от 2500 м до 3000 м.
2. Возможности безопасного продолженного взлета самолета Ту-154М 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.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проведение вычислительных экспериментов по ослаблению эксплуатационных ограничений ВС при взлете и посадке в условиях высокогорья и высоких температур окружающего воздуха: Отчет о НИР (промежуточный) / Руководитель Ципенко В.Г., Ответственный исполнитель М.С. Кубланов. - М.: МГТУ ГА, 2001.
2. Единые нормы летной годности гражданских транспортных самолетов стран - членов СЭВ. - М.: Межведомственная комиссия по нормам летной годности гражданских самолетов и вертолетов СССР, 1985.
3. Руководство по летной эксплуатации самолета Ту-154М. Книга первая. - М., 1986.
DEFINE ADMISSIBLE CONDITIONS SWEATING AIR SHIP AT FLYING UP IN HIGH MOUNTAIN
AND HIGH TEMPERATURE SURROUNDING AIR
Tcipenko V.G., Malygin V.E.
With of mathematical modeling define admissible conditions sweating air ship at flying up in high mountain and high temperature surrounding air.
Key words: mathematical modeling, Tu-154M, aircraft takeoff, highland, high temperature.
Сведения об авторах
Ципенко Владимир Григорьевич, 1938 г.р., окончил МЭИ (1961), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, автор более 280 научных работ, область научных интересов - аэродинамика, динамика полета и летная эксплуатация воздушных судов.
Малюгин Владимир Евгеньевич, 1963 г.р., окончил Челябинское высшее военное авиационное училище штурманов (1986), аспирант кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, область научных интересов - аэродинамика и безопасность полетов летательных аппаратов.
