Zborul rectiliniu la orizontala - avion

Zborul rectiliniu la orizontala - avion

In timpul zborului rectiliniu la orizontala avionul se afla in echilibru. Aceasta inseamna ca toate fortele care actioneza asupra sa se afla in echilibru si ca nu exista nici o forta rezultanta care sa-i modifice aceasta stare. Accelerarea reprezinta o crestere in viteza sau o schimbare in directie, sau ambele. In zborul rectiliniu la orizontala, avionul nu este fortat sa schimbe nici viteza nici directia.

Cele patru forte principale care actioneaza asupra avionului sunt portanta, greutatea, tractiunea si rezistenta la inaintare. Presupunem ca tractiunea actioneaza in directia zborului. Fiecare din cele patru forte principale are propriul sau punct de actiune:

q      Portanta prin centrul de presiune;

q      Greutatea prin centrul de gravitatie;

q      Tractiunea si rezistenta la inaintare in directii opuse, paralele cu directia zborului, prin puncte care variaza cu atitudinea si proiectarea avionului.

Presupunem ca forta tractiune de la motor elice actioneaza in directia zborului, desi nu se intampla asa intotdeauna. De exemplu, la un unghi de atac mare si la viteza redusa avionul are o atitudine cu botul ridicat cu axa elicei inclinata vertical pe directia orizontala a zborului. Aceasta presupunere ca tractiunea actioneza in directia zborului simplifica discutia in mod considerabil.

In zbor rectiliniu la orizontala

Portanta = Greutate si Tractiunea = Rezistenta la inaintare

Fortele portanta greutate au valoari mult mai mari decat fortele tractiune-rezistenta la inaintare.

Momentele de picaj-cabraj

Centrul de presiune ( CP ) si centrul de gravitatie ( CG ) variaza ca pozitie - CP se schimba cu unghiul de atac, si CG cu arderea combustibilului si/sau miscarea pasagerilor si a incarcaturii. Rezultatul este ca aceasta combinatie portanta greutate determina un cuplu care va cauza un moment de inclinare dupa axa transversala cu botul ridicat sau coborat, daca portanta actioneaza in spatele sau in fata CG.

In mod asemanator, efectul cuplului tractiunerezistenta la inaintare depinde de pozitia liniei tractiunii daca se afla sub linia rezistentei la inaintare ( asa cum se intampla de obicei ) sau invers.

Proiectarea obisnuita este cu CP in spatele CG, astfel incat cuplul portanta greutate este cu varful in jos, si linia de tractiune mai joasa decat linia rezistentei la inaintare astfel incat cuplul tractiune-rezistenta la inaintare este cu varful in sus. Orice pierdere de putere va slabi cuplul tractiunerezistenta la inaintare, si in consecinta cuplul portantagreutate cu varful in jos va inclina avionul intr-o coborare, mentinind astfel viteza de zbor ca o masura de siguranta.

Cuplul portanta greutate si cuplul tractiunerezistenta la inaintare ar trebui sa se contracareze reciproc in zborul rectiliniu la orizontala astfel incat sa nu existe nici un moment rezidual care tinde sa incline avionul fie ascendent fie descendent. Aceasta situatie ideala intre cele patru forte exista rar, si astfel stabilizatorul orizontal al avionului/ profundorul este proiectat pentru a produce o forta de echilibru. Aceasta forta poate fi in sus sau in jos, depinzind de relatia care exista in momentul respectiv intre cuplul descendent portanta greutate si cuplul ascendent tractiune rezistenta la inaintare.

Daca sunteti nevoit sa exercitati o presiune constanta asupra mansei, astfel ca profundorul sa produca forta de echilibru necesara, atunci puteti anula aceasta presiune cu trimerul de profundor. Mentineti atitudinea dorita a avionului, si apoi actionati comanda trimerului de profundor pentru a anula presiunea de pe mansa.

Varitia vitezei in zborul la orizontala

Pentru zborul la orizontala, portanta = greutate. Din formula portantei care acum ne este ( speram ) familiara :

L = C _L x ρ V x S

putem vedea ca daca factorul de viteza V ( viteza adevarata, TAS ) este redus, atunci coeficientul de portanta C_L ( unghiul de atac ) trebuie crescut pentru a mentine echilibrul portanta = greutate.

V este viteza adevarata viteza avionului relativa fata de masa de aer prin care trece. TAS nu este indicata pe un instrument din cabina. Totusi ceea ce poate fi citit in cabina este viteza de aer indicata ( IAS ) si aceasta depinde de presiunea dinamica ρ V.

Trebuie sa fim atenti sa nu facem confuzie intre TAS si IAS. Acolo unde vedeti V, ganditi-va la viteza adevarata ( TAS ), si acolo unde vedeti formula ρ V, ganditi-va la presiunea dinamica si la viteza indicata ( IAS ).

□ TAS determina distanta parcursa prin aer

□ IAS determina efectele aerodinamice portanta si rezistenta la inaintare.

Atitudinea avionului in zborul orizontal

Pentru a obtine portanta necesara, la o viteza redusa este necesar un unghi de atac ridicat ( C_L mare ) in timp ce la viteze mari este nevoie numai de un unghi de atac mic ( C_L mic ).

Din moment ce ne ocupam de zborul orizontal, pilotul vede aceste unghiuri ca pe o atitudine de inclinare a avionului fata de orizontul terestru botul ridicat la viteze reduse si botul destul de drept la viteze mari.

Efectul greutatii in zborul orizontal

Intr-un zbor normal, greutatea se reduce treptat pe masura ce combustibilul este consumat. Daca avionul urmeaza sa zboare la orizontala, portanta produsa trebuie sa scada treptat pe masura ce greutatea scade.

Daca exista o scadere brusca a greutatii, sa spunem ca jumatate din numarul de parasutisti sar, atunci pentru a mentine un zbor rectiliniu orizontal trebuie sa fie redusa portanta intr-o cantitate corespunzatoare. C_L ( unghiul de atac ) sau viteza trebuie redusa astfel ca portanta sa fie mai mica.

Sa presupunem ca avionul zboara la un anume unghi de atac, sa spunem acela pentru cel mai bun raport L/D aproximativ 4. Pentru a mentine acest unghi de atac care este cel mai eficient pe masura ce greutatea se reduce, factorul de viteza V trebuie redus pentru a scadea portanta produsa astfel incat sa echilibreze in continuare greutatea.

Astfel, daca inaltimea si unghiul de atac sunt mentinute constante, atunci viteza va trebui redusa. Puterea motorului ( forta de tractiune ) va fi ajustata pentru a echilibra rezistenta la inaintare. Pentru un zbor foarte eficient ( cel mai bun raport L/D ) viteza de zbor va scadea odata cu scaderea greutatii.

Daca puterea motorului este pastrata constanta si daca vreti sa mentineti inaltimea pe masura ce greutatea scade, portanta trebuie scazuta prin reducerea unghiului de atac. De aceea viteza va creste pana ce puterea produsa de motor elice este egalata de puterea necesara pentru a invinge rezistenta la inaintare.

Daca vreti sa tineti viteza constanta si sa mentineti inaltimea, atunci pe masura ce greutatea se reduce trebuie sa reduceti portanta produsa, si faceti acest lucru scazind C_L ( unghiul de atac ). In zbor acest lucru inseamna mai putina rezistenta la inaintare, si de aceea puterea necesara de la motor elice este mai mica. Daca putera motorului nu este redusa pe masura ce greutatea scade, viteza va avea tendinta de a creste.

Daca intentionati sa mentineti o viteza constanta, atunci veti ridica botul avionului putin pentru a evita cresterea vitezei. Fara nici o reducere a puterii motorului, avionul va incepe sa urce si treptat un nou set de conditii de echilibru ( balanta fortelor ) se va stabili pentru o urcare constanta intrerupind zborul orizontal.

O relatie practica pe care sa o retineti este urmatoarea :

Puterea motorului +Atitudinea avionului = Performata buna ( viteza sau rata de urcare )

Daca aveti un excedent de putere al motorului, atunci puteti modifica atitudinea avionului astfel ca inaltimea sa ramana aceeasi si viteza va creste; sau puteti sa tineti atitudinea pentru aceeasi viteza si sa acceptati o crestere in rata de urcare.

Uneori greutatea creste in timpul zborului, de exemplu prin formarea de gheata pe avion. O greutate crescuta va insemna ca o portanta crescuta este necesara pentru a mentine zborul orizontal.

GIVRAJUL inseamna mai mult decat o adaugare de greutate. Daca gheata se formeaza pe aripi, in special pe zona superioara langa bordul de atac, va cauza o scadere drastica in calitatile de producere a portantei ( C_L pentru un anume unghi de atac ) a aripii. Va exista si o crestere semnificativa a rezistentei la inaintare. Avionul trebuie sa fie pilotat la un unghi de atac mai mare pentru a readuce C_L la valoarea sa initiala, si astfel viteza va scadea daca nu se mareste puterea motorului.

Daca gheata se formeaza pe palele elicei, le diminueaza calitatile de producere a tractiunii. Givrajul inseamna performanta redusa, asa ca evitati acest aspect pe cat posibil.

Givrajul aripilor influenteaza negativ curetul de aer din jurul lor, reducand capacitatea de portanta si poate impiedica desprinderea de sol la decolare.

Performanta in zborul orizontal

Tractiunea necesara pentru zborul constant ( neaccelerat ) rectiliniu la orizontala este egala cu rezistenta la inaintare ( T=D ) si astfel curba necesara a tractiunii este identica cu curba obisnuita a rezistentei la inaintare.

Notati urmatoarele puncte de pe curba necesara a tractiunii sau a rezistentei la inaintare:

□ Tractiune mare este necesara la viteze mari si unghiuri de atac scazute pentru a depasi in special rezistenta parazita.

□ Tractiune minima este necesara la o viteza minima de crestere a rezistentei la inaintare ( care reprezinta si valoarea optima a raportului L/D, din moment ce L = W in zborul rectiliniu orizontal si D este la valoarea sa minima ).

□ Tractiune mare este necesara la viteze reduse si unghiuri de atac ridicate pentru a depasi ceea ce reprezinta indeosebi rezistenta indusa ( generata la producerea portantei ).

Combinatia motor-elice este un generator de putere ( mai bun decat un generator de tractiune cum este un motor cu reactie ). Consumul de combustibil ( in litri pe ora sau galoane pe ora ) a unei combinatii motor elice este in functie de puterea produsa ( decat de tractiune ).

In general puterea este definita ca fiind lucrul mecanic depus, sau viteza cu care o forta aplicata muta un corp. De aceea, puterea necesara pentru zbor depinde de producerea :

q      necesarului de tractiune; si

q      viteza de zbor ( viteza adevarata ).

Putem analiza o curba a puterii necesare plecand de la curba tractiunii necesare ( Fig.10-6 ) multiplicind tractiunea necesara la un punct pe curba al valorii TAS la acel punct. Aceasta ne va oferi puterea necesara pentru a mentine zborul orizontal la acea viteza ( vezi Fig10-8 ).

Aceste grafice sunt usor de inteles daca le luati pe rand. Daca vreti sa zburati la o anumita viteza ( TAS ), atunci prin citirea de la acea viteza ( TAS ) pe axa vitezei, curba de putere va va spune care este puterea pe care combinatia motorelice trebuie sa o furnizeze. Aceasta putere va oferi suficienta tractiune pentru a echilibra rezistenta la inaintare si pentru a mentine viteza necesara zborului rectiliniu la orizontala.

In timpul zborului rectiliniu la orizontala veti alege atitudinea pentru viteza dorita ( viteze diferite necesita unghiuri de atac diferite ) si sa ajustati puterea pentru a mentine acesta viteza.

Viteza maxima in zborul orizontal

Viteza maxima in zborul orizontal pentru un avion are loc atunci cand puterea disponibila de la motor-elice corespunde cu puterea necesara pentru a produce suficienta tractiune pentru a echilibra rezistenta la inaintare la viteza mare. De obicei, la viteze mai mari, puterea disponibila este insuficienta ( vezi Fig.10-9 ).

Viteza minima in zborul orizontal

La viteze scazute ( mai mici decat viteza pentru o rezistenta la inaintare minima ), este necesara mai multa putere de la motorelice pentru a oferi tractiunea care sa echilibreze rezistenta la inaintare crescuta ( indeosebi rezistenta indusa ).

Viteza minima in zborul orizontal nu este determinata de obicei de capacitatile de putere ale motorului, ci de capacitatile aerodinamice ale avionului. Pe masura ce viteza se reduce, este atins unghiul critic, manifestandu-se o stare de instabilitate sau o dificultate de control, inaintea oricarei limitari a puterii motorului.

Viteza pentru distanta maxima

Pentru avionele cu elice raza maxima de actiune in aer linistit este obtinuta cu viteza adevarata ( TAS ) care permite :

q      distanta maxima pentru un consum dat de combustibil; sau invers

q      consum minim de combustibil pentru o distanta data ( adica, raportul dintre cel mai scazut consum de combustibil / distanta).

Prin transformarea pe unitati ( rate ) a consumului si a distantei, acest raport devine consum de combustibil pe unitate de timp / distanta pe unitate de timp, adica consumul de combustibii / TAS. Din moment ce consumul combustibilului depinde de putere, raportul devine putere / TAS, si raza de actiune maxima va fi obtinuta la viteza ( TAS ) pentru care acest raport este cel mai mic. Aceasta are loc in punctul de intersectare a curbei puterii cu TAS unde tangenta de la origine intalneste curba. La toate celelalte puncte, raportul putere/ TAS este mai mare.

Puterea este definita ca forta x viteza, astfel incat :

Puterea necesara = Tractiunea necesara x TAS

=Rezistenta la inaintare x TAS ( din moment ce tractiunea = rezistenta la inaintare )

de aceea :

Raportul Putere / TAS = Rezistenta la inaintare x TAS / TAS

= Rezistenta la inaintare

Raportul putere / TAS va avea o valoare minima cand rezistenta la inaintare la momentul respectiv este minima, adica o raza de actiune maxima cuTAS este TAS pentru rezistenta la inaintare totala minima.

Viteza pentru distanta maxima se obtine la viteza adevarata ( TAS ) cand rezistenta la

inaintare are valoarea cea mai mica si raportul L/D este cel mai mare.

Performanta este rezultatul combinatiei puterii motorului si atitudinii de zbor a

avionului

In timpul zborului nu apelati la aceste grafice. In schimb, reglati atat puterea si turajul motorului cat si atitudinea de inclinare a botului avionului pentru a atinge performanta dorita.

Puterea + Atitudinea avionului = Performanta

Pentru a rezuma, viteza pentru raza de actiune maxima este aratata pe curba rezistentei la inaintare la punctul minim al acesteia.

Viteza pentru durata maxima a zborului ( anduranta )

Durata maxima inseamna fie :

q      Timpul maxim in zbor pentru o cantitate data de combustibil; sau

q      Un timp dat in zbor pentru cantitatea minima de combustibil.

Este recomandat sa zburati cu viteza de durata maxima cand viteza fata de sol nu este semnificativa, de exemplu atunci cand apare:

q      Efectuarea unei zone de asteptare in apropierea aerodromului pentru esalonare la aterizare; sau

q      Efectuarea unui zbor de supraveghere- cercetare intr-o zona specifica.

Din moment ce consumul de combustibil al unui ansamblu motor - elice depinde de setarea puterii, consumul minim de combustibil ( si de aceea durata maxima a zborului ) va avea loc atunci cand este necesara puterea minima.

Viteza pentru durata maxima de zbor reprezinta viteza adevarata ( TAS ) obtinuta cu o putere minima a motorului.

Stabilitatea vitezei

Ecart mare al vitezei

Avand un ecart mare al vitezei peste viteza minima de zbor, orice fluctuatie minora de viteza ( datorita, sa spunem unei rafale de vant sau unei variatii a elementelor de vant ) este corectata fara vreo actiune a pilotului. Aceasta se numeste viteza stabila (constanta).

O crestere a vitezei va creste rezistenta la inaintare totala, asa cum se poate vedea din curba rezistentei la inaintare, in special datorita unei cresteri a rezistentei parazite. Aceasta crestere a rezistentei la inaintare nu este echilibrata de tractiune asa ca avionul isi reduce viteza.

O scadere a vitezei datorata unei rafale de vant va scadea rezistenta totala ( in special datorita unei scaderi a rezistentei parazite ) si tractiunea, care acum depaseste rezistenta la inaintare, facand ca avionul sa revina inapoi la viteza initiala.

In conditiile unui zbor normal ( peste viteza minima ) pilotul nu trebuie sa fie prea activ cu maneta de gaz deoarece avionul are o viteza stabila si orice modificare de moment a acesteia, va tinde sa aduca viteza la valoarea initiala fara vreo actiune a pilotului.

Ecart mic al vitezei

La viteze reduse spre unghiul de atac critic este o cu totul alta problema. Daca o rafala de vant face ca viteza sa scada, rezistenta la inaintare totala creste ( ca urmare a cresterii rezistentei induse ) si acum D depaseste T, facind ca avionului sa-i scada viteza sub valoarea vitezei initiale daca pilotul nu majoreaza puterea motorului.

Daca o rafala face ca viteza sa creasca, rezistenta la inaintare totala scade ( ca urmare a unei scaderi a rezistentei induse ) si acum D este mai mica decat T, facind ca avionului sa-i creasca viteza peste viteza initiala daca pilotul nu reactioneaza prin reducerea vitezei.

In zborul cu viteza redusa ( langa unghiul critic ) pilotul trebuie sa fie activ cu maneta de gaz pentru a mentine viteza dorita ( ca exemplu la apropierea finala pentru aterizare pe o pista scurta ). Tractiunea necesara pentru zborul rectiliniu la orizontala, este egala cu rezistenta la inaintare, si astfel curba este identica cu curba rezistentei la inaintare normale intru-un grafic al rezistentei la inaintare si al vitezei.

Zborul rectiliniu orizontal la altitudine

La orice altitudine, daca avionul se afla in zbor rectiliniu orizontal, portanta trebuie sa echilibreze greutatea.

Portanta = C_L x ρ V x S

Pe masura ce altitudinea creste, densitatea aerului (ρ) scade. O modalitate de a genera portanta necesara si de a compensa densitatea scazuta este ca pilotul sa creasca viteza adevarata V astfel ca valoarea lui ρ V sa ramana aceeasi ca mai inainte, adica scaderea in ρ cu altitudinea poate fi compensata cu o crestere in V ( TAS ) astfel ca ρ V sa ramana aceeasi.

Termenul ρ V ( presiunea dinamica ) este relationat cu viteza indicata ( IAS ) si pilotul il poate citi in cabina pe indicatorul vitezei. Daca ρ V ramane la fel, viteza aerului indicata ( IAS ) ramane aceeasi.

Pentru a produce aceeasi portanta la o altitudine diferita, continuati sa zburati la

aceeasi viteza indicata ( viteza adevarata va creste ).

La altitudini mai mari puterea maxima disponibila de la elicea-motor va fi mai mica decat la nivelul marii.

Acum rezolvati Exercitiul 10 - Zborul rectiliniu orizontal