Pułap statku powietrznego PDF

Preview

Summary

Pułap statku powietrznego . Własności statku powietrznego...

Description

Temat zajęć: Pułap

statku powietrznego

1. Pułap – maksymalna wysokość, jaką jest w stanie osiągnąć statek powietrzny. Pułap jest to pewna maksymalna wysokość lotu, którą samolot może osiągnąć. Pojęcie pułapu odnosi się do samolotów, których silniki do swej pracy czerpią tlen z atmosfery (silniki tłokowe, odrzutowe). Dla samolotów z silnikami rakietowymi pojęcie pułapu nie istnieje i mogą one uzyskiwać dowolnie duże wysokości zależnie od ilości zapasu paliwa i utleniacza. 2. Rodzaje pułapów statku powietrznego Rozróżniamy pułap teoretyczny, pułap praktyczny i pułap dynamiczny: 

Pułap teoretyczny - taka wysokość, na której pionowa prędkość wznoszenia jest równa zero (w = 0). Pułap teoretyczny jest w praktyce nieosiągalny, gdyż czas wznoszenia na tę wysokość jest nieskończenie długi. Pułapem teoretycznym nazywamy taką wysokość, na której ustalona prędkość wznoszenia oraz nadmiar mocy są równe zero. Pułap ten jest w praktyce nieosiągalny, gdyż czas wznoszenia byłby równy nieskończoności.

 Pułap praktyczny – taka wysokość, na której wartość prędkości wznoszenia wynosi jeszcze 0,5 m/s dla samolotów napędzanych silnikami tłokowymi oraz dla samolotów poddźwiękowych, 5 m/s dla samolotów naddźwiękowych. Pułapem praktycznym nazywamy taką wysokość, na której dany statek powietrzny w danych warunkach dysponuje jeszcze pewną niewielką prędkością wznoszenia; najczęściej przyjmowana jest tu prędkość wznoszenia 0,5 m/s. 

Pułap dynamiczny (kinetyczny, balistyczny) – wysokość osiągana przez statek powietrzny dzięki wykorzystaniu zapasu energii kinetycznej w locie poziomym. Nadwyżka tej energii jest zamieniana na energię potencjalną kosztem równoczesnego zmniejszania prędkości lotu. Po zmniejszeniu prędkości do prędkości optymalnej samolot zmniejsza wysokość lotu do poziomu pułapu praktycznego.

Pułapem dynamicznym nazywamy maksymalnie największą wysokość, którą może osiągnąć samolot kosztem utraty energii kinetycznej przy jednoczesnym zachowaniu dostatecznej sterowności. 3. Potoczne określenie pułap lotu, jako synonim wysokości lotu, czyli wysokości na jakiej znajduje się statek powietrzny, jest niepoprawne.

Ciekawostki: 1.

Dlaczego samoloty zawsze lataja na wysokości 10 000 metrów? Nie zawsze - Concordy latały na znacznie większym pułapie. Wysokość ta jest ekonomiczna -samoloty latają przeważnie z wiatrem a te zaczynają właśnie na takich wysokościach dobrze wiać. Budowa samolotów tez wyklucza większy pułap ze względu na słabą hermetyczność samolotów na dużo większych wysokościach a niższy pułap za mało ekonomiczny ze względu na duże opory powietrza.

2.

To w końcu na jakich wysokościach lataja samoloty pasażerskie?

Przestrzeń powietrzna jest podzielona na tzw. poziomy lotów (Fligth Levels - FL). Wszystko zależy od tego w którym kierunku leci samolot, np. Warszawa - Nowy-Jork: 9753m (FL 320).

3. Dlaczego odrzutowe samoloty pasażerskie latają na pułapie ok. 10 000m,a nie niższym? Rozumiem, że na wysokości 10 000m są niskie opory powietrza(mniejsze zużycie paliwa),ale przecież do osiągnięcia takiego pułapu też potrzeba sporej ilości paliwa. Czy są jakieś inne powody ustalania takich pułapów ? Na tą wysokość samolot wbija się w chwilę, a potem już leci długą trasę właśnie w niskim oporze powietrza. Dodatkowo, kolejnym czynnikiem jest to, że na tej wysokości, może użyć maksymalnej mocy silników, ponieważ na niższych wysokościach są ograniczenia, co do produkcji hałasu. Głównym czynnikiem jest to ze powietrze jest bardziej rozrzedzone niż na wysokości 5000m. dzięki temu samolot leci szybciej, zużywa mniej paliwa jest wydajniejszy. Tam jest rzadsze powietrze i samolot ma lepsze osiągi, zużywa mniej paliwa i nie odczuwa sie prędkości samolotu 4. Od czego zależy maksymalny pułap samolotu? Wraz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie atmosferyczne. To powoduje, że: 1. Maleją siły powstające na powierzchniach aerodynamicznych. Spada siła nośna skrzydła; wzrasta prędkość przeciągnięcia; zmniejsza się skuteczność stateczników i sterów; maleje ciąg śmigła. 2. Spada moc silnika. W przypadku tłokowego, istnieje konieczność coraz silniejszego doładowania go przy pomocy sprężarki(ek). 3. Wytrzymałość pilota. Do pewnej wysokości pomaga maska tlenowa, potem zaczyna być potrzebna kabina ciśnieniowa. Od możliwości silnika który w rozrzedzonym powietrzu zaczyna się krztusić, od rozpiętości skrzydeł i wydajności śmigła. Od kabiny ciśnieniowej bez której powyżej pewnego pułapu człowiek jest niezdolny do działania. Wraz ze wzrostem wysokości lotu maleje ciśnienie tlenu zawartego w powietrzu - z 160 mm HG na 0 metrów do ok 35 mm Hg na 12 000 metrach. Ciśnienie powietrza spada z 101300 Pa do ok 34300 na 10000 m. Sprawia to, iż na skutek niekorzystnej zmiany warunków spalania paliwa w cylindrach znacznie spada moc silnika. Spadek mocy powoduje zmniejszenie prędkości powietrza opływającego profil płata, a co za tym idzie mniejsza różnice wysokości ciśnienia dynamicznego prowadzące do mniejszych różnic w ciśnieniu statycznym (Bernoulli) - spadek siły nośnej. Zmienia się także gęstość powietrza, mająca wpływ na wartość siły nośnej poprzez wpływ na wysokość ciśnienia dynamicznego. Uwaga: wg popularnego równania (które pewnie znacie z lekcji fizyki Pz = Cz*S*gęstość*0,5(V^2); S-powierzchnia płata, c- współczynnik oporu aerodynamicznego) wyprowadzonego z zasad dynamiki newtonowskiej siła nośna na pierwszy rzut oka nie zależy od ciśnienia statycznego ośrodka. Jest wynikiem różnicy ciśnień statycznych pod i nad profilem a nie wartości bezwzględnej. Ciśnienie ma także wpływ na gęstość gazu. Istnieje inny sposób wyznaczania siły nośnej związany z podstawowym równaniem dynamiki płynów (równanie Naviera - Stokesa). Rozwiązanie jednak jest dosyć trudne (osobiście pomimo prowadzenia ćwiczeń z MP od wielu lat bez modeli numerycznych nie podjąłbym się tego zadania), czy było stosowane w latach WWII - wątpię... Obawiam się, że tylko skomplikowałem problem. Dodanie sprężarki oczywiście pozwalało osiągnąć wyższy pułap. Wystarczy popatrzeć na charakterystyki silników w funkcji wysokości. Sprężarka zwiększa napływ powietrza atmosferycznego (a za razem tlenu) do cylindrów oraz, jak to sprężarka, podnosi jego ciśnienie. Związek pomiędzy ciśnieniem sprężu a natężeniem przepływu objętościowego lub masowego nazywamy charakterystyką sprężarki. W teorii jest to proste - kabina samolotu musi być po prostu szczelna. Przynajmniej na tyle, żeby dało się w niej utrzymywać ciśnienie wyższe niż na zewnątrz. Szczelność nie musi być 100%, jest wspomagana

sprężarką, która podtrzymuje ciśnienie. Ciśnienie w kabinie ciśnieniowej jest mniej więcej takie jak na wysokości 1500-3000m....