Владимир Пышнов - Из истории летательных аппаратов

Перейдем к рассмотрению летных характеристик самолета. Основной характеристикой является запас подъемной силы, т. е. отношение максимальной подъемной силы к весу. Подъемную силу определим по формуле

При максимальном аэродинамическом качестве Кmах6, N70 л. с. и размахе крыльев l10,6 м получим максимальную подъемную силу

При нормальном полетном весе, равном 680 кГ, Ymax/G1,47; при весе, равном 600 кГ, который, вероятно, близок к весу, имевшему место при выполнении петли П. Н. Нестеровым, Ymax/G1,67; для пустого веса самолета G0450 кГ величина Ymax/G02,2. Более простыми характеристиками служат величины, применяемые для статистики:

По полученным значениям можно сделать такие выводы: по запасу подъемной силы самолет может быть отнесен к категории средненагруженных, маломаневренных самолетов. Значение KG8,3 близко к таковому для современных винтовых самолетов; значение KGo5,5 несколько велико и говорит о некотором перетяжелении конструкции. При весе 600 кГ величина Ymax/Gnу1,67 позволяет маневрировать со средним значением перегрузки 1,6, например, делать длительные виражи с креном около 50о. Как известно, П. Н. Нестеров выполнял более крутые виражи; очевидно, они выполнялись со скольжением, когда наличие нагрузки на боковые стенки фюзеляжа позволяет увеличить крен, не уменьшая вертикальной составляющей от подъемной и боковых сил.

На рис. 7, 8 и 9 приведены результаты поверочного аэродинамического расчета самолета "Ньюпор-4". На рис. 7 дана поляра и зависимость Су от угла атаки; в нижней части графика дан профиль крыла. На рис. 8 приведены зависимости мощностей, потребных для преодоления сопротивления, и полезных мощностей от скорости для высот 0, 1, 2 и 3 км, в условиях горизонтального полета при полетном весе 600 кГ. По пересечениям кривых получаем значения максимальных скоростей горизонтального полета; по максимальной разности мощностей получим избытки мощности DN, по которым затем можем найти вертикальные скорости Vy75 DN /G.

Рис. 7. Поляра и профиль крыла самолета "Ньюпор-4":

Рис. 8. График мощностей для самолета "Ньюпор-4": сплошные линии потребные мощности; пунктир - располагаемые мощности.

На рис. 9 даны зависимости максимальной скорости Vmax от высоты; вертикальной скорости от высоты при скорости Vнаб; скорости при наборе высоты Vнаб и минимальной скорости полета Vmin. Кроме того, на графике приведены зависимости высоты от времени подъема t при скорости Vнаб. Графики даны для полетных весов 600 и 680 кГ.

Рис. 9. Основные летные характеристики самолета "Ньюпор-4" при полетных весах 600 и 680 кГ

При более точном расчете мы получили максимальную подъемную силу, равную 980 кГ, при скорости V25,8 м/сек (93 км/час). При полетном весе 600 кГ это даст перегрузку nyl,63; ее горизонтальную составляющую nгор1,29; центростремительное ускорение jцс12,6 м/сек2; отсюда получим радиус виража rV2/jц.с.53 м и время совершения полного круга t2pr/V13 сек.

Посмотрим теперь, как должна была выглядеть петля, которую выполнил П. Н. Нестеров. Расчет петли удобно и наглядно можно выполнить исходя из энергетических принципов. Величину hкV2/2g будем называть кинетической высотой -- она характеризует кинетическую энергию летящего самолета; при полете на минимальной скорости получим величину hк0V2min/2g; для самолета "Ньюпор-4" при полетном весе 600 кГ, hк018,5 м.

Таким образом, для коэффициента перегрузки nу получим одно условие по скорости:

второе условие будет по прочности: nу nу доп. Поскольку мы не знаем действительной прочности самолета, примем nу доп3,5, что достаточно для выполнения петли. В пределах от nу0 до nу mах мы можем произвольно выбирать значения nу, в зависимости от желаемого характера траектории; при движении по прямой мы всегда должны брать nусоs q. Для получения минимального радиуса кривизны траектории nуhк/hк0, но не более nу доп.

Практически целесообразно выбирать такую перегрузку, при которой самолет будет обладать аэродинамическим качеством, близким к максимальному; это будет иметь место при условии Сy2 /plэCх0. Значение nу н (т. е. при Cу н) можно представить в виде

где hк.н -- кинетическая высота горизонтального полета при максимальном аэродинамическом качестве

Для рассчитываемого случая Cун1,15; hк.н21,5 м. Таким образом, при выполнении криволинейного движения следует придерживаться перегрузок, определяемых условием nу hк/21,5, но не более 3,5 и не более ny hк/18,5. Имея значение перегрузки nу и hк, мы можем определить радиус кривизны траектории в вертикальной плоскости:

Это будет первым уравнением для расчета петли. Второе уравнение позволит рассчитывать значение hк. Для этой цели мы используем выражение, связывающее коэффициент продольной перегрузки с изменением уровня энергии самолета: