2.20. Зліт і посадка літака

Зліт і посадка є відповідно первинним і завершальним етапами польоту літака. При зльоті й при посадці змінюються швидкість і висота польоту, тому рух літака в цих режимах є несталим.

Зліт і посадка літака найбільш відповідальні етапи польоту, що вимагають від льотчика граничної уваги і точності. Основна трудність зльоту і посадки полягають в тому, що ці етапи польоту виконуються поблизу землі й на малих швидкостях, коли ефективність аеродинамічних органів управління і несучих поверхонь мала, а резерву часу і простору для виправлення навіть незначних помилок немає. Тому до злітно-посадочних характеристик літаків пред'являються спеціальні вимоги, обумовлені безпекою польотів.

Зліт сучасного літака складається з наступних етапів: розбіг по землі; відрив; розгін з набором висоти (рис. 2.73).

Рис. 2.73. Схема зльоту літака.

Перед зльотом літак вирулює на лінію старту. Льотчик загальмовує колеса і плавно виводить двигуни на злітний режим. Потім колеса розгальмовуються і починається розбіг. Більшу частину розбігу літак здійснює в стояночному положенні. Зі збільшенням швидкості польоту збільшуються аеродинамічні сили і ефективність оперення, що дозволяє підняти переднє колесо та збільшити кут атаки. Літак продовжує рухатися прискорено по злітній смузі, але вже на основних колесах. Швидкість і аеродинамічні сили продовжують збільшуватися.

Літак відривається від землі в той момент, коли піднімальна сила Y стає більше ваги літака G. Швидкість відриву V_відр - це швидкість, при якій літак безпечно відділяється від землі й вже має достатню керованість. Швидкість відриву визначається по формулі . При цьому приймають с_{у відр} ≈ 0,85с_уmax.

Після відриву від землі висота набирається при одночасному розгоні літака. Зліт літака закінчується після досягнення ним умовної висоти перешкод на підходах до аеродрому Н_умов. По вимогах Міжнародної організації Цивільної авіації (ІСАО) величина Н_умов = 10,7 м для зльоту і 15 м для посадки.

Проекція траєкторії зльоту літака на горизонтальну площину від початку розбігу до моменту набору умовної висоти перешкод, на якій досягається безпечна швидкість польоту V_без, називається злітною дистанцією L_зл. Довжина злітної дистанції дорівнює сумі довжин розбігу і розгону з набором висоти. Для сучасних літаків довжина злітної дистанції приблизно в 2,5 рази перевищує довжину розбігу.

Характеристики зльоту літака: швидкість відриву, довжина і час розбігу, довжина і час проходження злітної дистанції, кут атаки при відриві та інші – залежать від великого числа конструктивних і експлуатаційних факторів. До числа основних конструктивних факторів відносяться: вага літака G і питоме навантаження на крило G / S, тягоозброєнність Р_розп / G, властивості крила, що несуть і наявність на ньому механізації. До числа основних експлуатаційних факторів належать: стан атмосфери (тиск, температура, густина повітря і наявність вітру) та стан злітно-посадочної смуги (місце розташування, ухил і якість). Кращими вважаються такі характеристики зльоту, при яких швидкість відриву, довжина і час проходження різних етапів зльоту найменші.

Для зменшення швидкості відриву V_відр (збільшення коефіцієнта с_увідр) використовують механізацію крила (богатощілеві висувні закрилки, передкрилки і носки, що відхиляються). Використання потужної механізації крила зменшує довжину розбігу літака на 10 – 15 %. Застосування крила зі змінюваною в польоті стрілоподібністю дозволяє скоротити довжину розбігу і злітну дистанцію надзвукових літаків на 50 % і більше. Зменшуючи швидкість відриву V_відр або збільшуючи тягоозброєнність літака, можна значно скоротити довжину розбігу і злітну дистанцію. Збільшення тяги двигуна за рахунок включення форсажу дає можливість скоротити довжину розбігу і злітну дистанцію на 50 %.

При зустрічному вітрі для відриву літака потрібна менша швидкість щодо землі, а, отже, і менша довжина розбігу. Зменшення тиску і збільшення температури приводить до зменшення густини повітря. В результаті падає тяга двигунів, а швидкість відриву, довжина розбігу і злітна дистанція збільшуються. Тому в жарких температурних умовах і при розміщенні злітно-посадочної смуги (ЗПС) високо в горах довжина розбігу і злітна дистанція більше, ніж у стандартних умовах. Якщо ЗПС має ухил, то при русі літака під ухил довжина розбігу зменшується, а при русі на підйом довжина розбігу збільшується.

Характеристики зльоту літака Ту – 154 при злітній масі - 90 тонн, відхиленні закрилків – 28^о і передкрилків – 18,5^о приведені на рис. 2.74:

Рис. 2.74. Злітна дистанція літака Ту – 154.

L_{РОЗБІГУ} = 1215 м (3 двигуни); L_{РОЗБІГУ} = 1900 м (1 двигун).

Довжина злітної дистанції до набору літаком висоти H = 10,7 м:

L_зл = L_{РОЗБІГУ} + L_{ЗЛіТНОї ДІЛЯНКИ} = 2080 м.

Посадка є заключним етапом польоту і представляє сповільнений рух літака зі зниженням до повної зупинки. Схема посадки літака зображена на рис. 2.75.

Рис. 2.75. Схема посадки літака.

Посадці передують предпосадкові маневри - вихід до аеродрому і захід на посадку. Вихід до аеродрому здійснюється з застосуванням різних радіотехнічних засобів і закінчується над дальньою приводною радіостанцією. Для економії палива і зменшення часу знаходження літака в районі аеродрому захід на посадку прагнуть виконувати з прямій. Перед посадкою на висоті 300-400 м льотчик випускає шасі, потім на висоті 150-200 м випускає закрилки, зменшує тягу двигунів і виконує розрахунок та захід на посадку.

В процесі розрахунку і заходу на посадку швидкість польоту, з одного боку, повинна не менше чим на 30 % перевищувати мінімальну швидкість польоту (звалювання), а з іншого боку, вона не повинна перевищувати гранично припустиму для посадкового положення механізації крила і шасі.

Горизонтальна проекція траєкторії посадки літака з висоти умовної перешкоди (15 м) до повної зупинки називається посадковою дистанцією L_пос.

Посадкова дистанція літаків складається з наступних етапів: зниження (планерування), вирівнювання, витримування, приземлення (торкання) і пробігу по землі до повної зупинки.

На етапі планерування літак знижується при роботі двигунів на режимі малого газу з вертикальною швидкістю V_у = 5 – 8 м/с.

Після планерування необхідно перевести літак з похилого положення в горизонтальне положення і погасити зниження. Це виконується на етапі вирівнювання. Для цього льотчик вибирає штурвал на себе, кут атаки збільшується, коефіцієнт піднімальної сили зростає, а швидкість зменшується. Вирівнювання закінчується на висоті 0,5-1 м.

Наприкінці вирівнювання літак має ще досить велику швидкість польоту, при якій приземлення утруднене і небезпечно. Для гасіння швидкості льотчик виконує витримування – майже горизонтальна повітряна ділянка траєкторії. На етапі витримування під дією сили лобового опору відбувається гальмування літака. В міру зменшення швидкості для підтримки висоти льотчик збільшує кут атаки, доводячи його наприкінці витримування до посадкового значення.

При деякому значенні швидкості V = V_пос піднімальна сила більше не врівноважує ваги літака, літак торкається землі, здійснюючи приземлення. Приземлення літака, що має шасі з носовим колесом, відбувається на основні (задні) колеса, а літака, що має хвостове колесо, - на основні (передні) і хвостове колесо одночасно. Швидкість літака в момент приземлення називається посадковою

.

Після приземлення відбувається сповільнений рух літака по землі - пробіг спочатку на основних колесах шасі, а потім на всіх колесах з використанням гальмівних засобів.

У літаків з великою тягоозброєнністю витримування проводять зазвичай по похилій траєкторії з плавним поступовим наближенням основних коліс шасі до землі. Довжина дистанції етапу витримування таких літаків звичайно значно більше, чим у літаків з поршневими двигунами. Вирівнювання літаків з великою тягоозброєнністю починають не над ЗПС, а на підході до неї, щоб забезпечити приземлення літака поблизу початку ЗПС.

Посадкові характеристики літаків, так само як і злітні характеристики, залежать від ряду конструктивних і експлуатаційних факторів.

Для зменшення довжини посадкової дистанції L_пос необхідно знижувати посадкову швидкість V_пос і застосовувати різного роду гальмівні пристрої.

Зменшення посадкової швидкості можливо за рахунок зниження посадкової ваги літака G, збільшення площі крила S і коефіцієнта піднімальної сили c_уmax, тобто поліпшення несучих властивостей крила. Поліпшення несучих властивостей на посадці досягається за допомогою механізації крила, і в першу чергу закрилків. Чим більше кут відхилення закрилків, тим більше сила лобового опору літака і тем швидше зменшується V_пос. При цьому відхиляти закрилки на посадці можна на більший кут, чим на зльоті. Застосування механізації дозволяє зменшити посадкову швидкість і довжину посадкової дистанції на 25 - 35 %. Використання на літаках крила зі змінюваної стрілоподібністю дає можливість істотно зменшити посадкову швидкість і скоротити довжину пробігу на 50 % і більше.

Великий вплив на посадкові характеристики надає застосування гальмівних пристроїв під час пробігу літака по землі. Як гальмівні пристрої можуть застосовуватися гальма коліс, повітряні гальма (інтерцептори), гальмівні парашути, аеродромні засоби (запобігають викочування літака за межі ЗПС), реверс тяги (зміна напряму тяги двигунів). Застосування цих засобів скорочує довжину пробігу в (2-2,5) рази.

Серед експлуатаційних факторів найбільш сильний вплив на посадкові характеристики надає стан ЗПС. Наприклад, зледеніння ЗПС приводить до зниження коефіцієнта тертя на пробігу в 1,5 – 2 рази і збільшенню довжини пробігу на 30 – 50 %. При посадці під ухил довжина пробігу літака збільшується. Посадка, як правило, проводиться проти вітру, оскільки зустрічний вітер зменшує довжину пробігу.