Скорость полета

Указатель воздушной скорости является пилотажным прибором , который отображает скорость полета. Этот индикатор воздушной скорости имеет стандартную маркировку для многомоторного самолета .

В самолете есть трубки Пито для измерения скорости.

Воздушная скорость является скоростью из воздушного судна по отношению к воздуху . Среди общих условных обозначений для определения воздушной скорости - указанная воздушная скорость («IAS»), калиброванная воздушная скорость («CAS»), эквивалентная воздушная скорость («EAS»), истинная воздушная скорость («TAS») и плотная воздушная скорость.

Указанная воздушная скорость - это просто то, что считывается с измерителя воздушной скорости, подключенного к статической системе Пито, калиброванная воздушная скорость - это указанная воздушная скорость, скорректированная с учетом положения системы Пито и погрешности установки, а эквивалентная воздушная скорость - это откалиброванная воздушная скорость с поправкой на эффекты сжимаемости. Истинная воздушная скорость эквивалентна воздушной скорости с поправкой на плотность воздуха, а также является скоростью самолета в воздухе, в котором он летит. ^[1] Калиброванная воздушная скорость обычно находится в пределах нескольких узлов от указанной воздушной скорости, в то время как эквивалентная воздушная скорость немного уменьшается от CAS по мере увеличения высоты воздушного судна или на высоких скоростях.

При постоянной EAS истинная воздушная скорость увеличивается с увеличением высоты воздушного судна . Это связано с тем, что плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты, но крыло самолета требует того же количества воздушных частиц (т. Е. Массы воздуха ), обтекающих его, чтобы создать такую же подъемную силу для заданного угла атаки ; таким образом, крыло должно двигаться быстрее в более тонком воздухе, чем в более густом, чтобы получить такую же подъемную силу.

Измерение и индикация воздушной скорости обычно осуществляется на борту воздушного судна с помощью индикатора воздушной скорости («ASI»), подключенного к системе статического электричества Пито . Статическая система Пито включает один или несколько датчиков Пито (или трубок), обращенных к набегающему воздушному потоку, для измерения давления Пито (также называемого застойным , общим или поршневым давлением) и одного или нескольких статических портов для измерения статического давления в воздухе. поток. Эти два давления сравниваются ASI, чтобы получить показания IAS.

Единицы [ править ]

Скорость полета обычно выражается в узлах (узлах). С 2010 года Международная организация гражданской авиации (ИКАО) рекомендует использовать километры в час (км / ч) для воздушной скорости (и метры в секунду для скорости ветра на взлетно-посадочных полосах), но позволяет использовать фактический стандарт узлов и не имеет установленной даты. когда остановиться. ^[2]

Авиационная промышленность России и Китая, а также экипажи российских / китайских самолетов в настоящее время используют км / ч для определения скорости полета. ^{[ необходима цитата ]} Многие современные европейские самолеты-планеры также указывают скорость полета в километрах в час. ^{[ необходима цитата ]} Некоторые старые самолеты, такие как немецкие самолеты времен Второй мировой войны , также указывали скорость в километрах в час. ^{[ необходима цитата ]}

Однако в полете на большой высоте число Маха иногда используется для сообщения о воздушной скорости. Иногда для определения воздушной скорости также используются другие единицы измерения, включая мили в час (миль в час) или метры в секунду. ^{[ необходима цитата ]}

Указанная воздушная скорость [ править ]

Индикация воздушной скорости (IAS) - это показание индикатора воздушной скорости (ASIR) без поправок на прибор, положение и другие ошибки. Из текущих определений EASA: Указанная воздушная скорость означает скорость воздушного судна, указанную на его индикаторе статической воздушной скорости Пито, откалиброванном для отражения стандартного атмосферного адиабатического сжимаемого потока на уровне моря без поправки на ошибки системы воздушной скорости. ^[3]

За пределами бывшего советского блока большинство указателей воздушной скорости показывают скорость в узлах ( морских милях в час). У некоторых легких самолетов есть указатели скорости полета, показывающие скорость в законных милях в час или километрах в час.

Указатель скорости представляет собой дифференциальный манометр с показаниями давления , выраженных в единицах скорости, а не давление. Скорость полета определяется разницей между давлением набегающего воздуха из трубки Пито, или давлением застоя , и статическим давлением . Трубка Пито установлена лицевой стороной вперед; статическое давление часто обнаруживается в статических портах на одной или обеих сторонах самолета. Иногда оба источника давления объединены в один зонд, статическую трубку Пито . Измерение статического давления подвержено ошибкам из-за невозможности разместить статические порты в положениях, где давление равно истинному статическому давлению при любых скоростях и положениях воздуха. Исправление этой ошибки -коррекция ошибок положения (PEC) и варьируется в зависимости от самолета и скорости полета. Дальнейшие ошибки в 10% и более являются обычными, если самолет летит в «нескоординированном» полете.

Калиброванная воздушная скорость [ править ]

Калиброванная воздушная скорость (CAS) - это указанная воздушная скорость, скорректированная с учетом ошибок прибора, ошибки положения (из-за неправильного давления в статическом порте) и ошибок установки.

Калиброванные значения воздушной скорости меньше скорости звука на стандартном уровне моря (661,4788 узла) рассчитываются следующим образом:

${\ displaystyle V_ {c} = A_ {0} {\ sqrt {5 {\ Bigg [} {\ bigg (} {\ frac {q_ {c}} {P_ {0}}} + 1 {\ bigg)} ^ {\ frac {2} {7}} - 1 {\ Bigg]}}}}$ минусовая позиция и исправление ошибок установки.

куда: ${\ Displaystyle V_ {c} \,}$ калиброванная воздушная скорость,; ${\ displaystyle q_ {c} \,}$ это ударное давление ( в дюймах рт.ст.): разность между общим давлением и статическим давлением,; ${\ Displaystyle P_ {0} \,}$ составляет 29,92126 дюймов ртутного столба; статическое давление воздуха на стандартном уровне моря,; ${\ displaystyle A_ {0} \,}$ 661,4788 узлов; скорость звука на стандартном уровне моря.

При постоянном использовании могут использоваться другие единицы, кроме узлов и дюймов ртутного столба.

Это выражение основано на форме уравнения Бернулли, применимого к изэнтропическому сжимаемому потоку. Значения и соответствуют ISA, т. Е. Условиям, при которых калибруются индикаторы воздушной скорости. ${\ displaystyle P_ {0}}$ ${\ displaystyle A_ {0}}$

Эквивалентная воздушная скорость [ править ]

Эквивалентная воздушная скорость (EAS) определяется как воздушная скорость на уровне моря в Международной стандартной атмосфере, при которой (несжимаемое) динамическое давление совпадает с динамическим давлением при истинной воздушной скорости (TAS) и высоте, на которой летит самолет. То есть определяется уравнением

${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} \ rho _ {0} (\ mathrm {EAS}) ^ {2} = {\ frac {1} {2}} \ rho (\ mathrm {TAS}) ^ {2}}$

куда

{\ Displaystyle \ rho \,}

- плотность воздуха на высоте, на которой в данный момент летит самолет;

{\ displaystyle \ rho _ {0} \,}

- плотность воздуха на уровне моря в международной стандартной атмосфере (1,225 кг / м ³ или 0,00237 пробки / фут ³ ).

EAS - это мера воздушной скорости, которая является функцией динамического давления несжимаемой жидкости. Структурный анализ часто проводится с точки зрения динамического давления несжимаемой жидкости, поэтому эквивалентная воздушная скорость является полезной скоростью для структурных испытаний. Значение эквивалентной воздушной скорости состоит в том, что при числах Маха ниже начала волнового сопротивления все аэродинамические силы и моменты на летательном аппарате пропорциональны квадрату эквивалентной воздушной скорости. Таким образом, управляемость и «ощущения» от самолета, а также аэродинамические нагрузки на него при заданной эквивалентной воздушной скорости почти постоянны и равны таковым на стандартном уровне моря независимо от реальных условий полета.

При стандартном давлении на уровне моря CAS и EAS равны. Примерно до 200 узлов CAS и 10000 футов (3000 м) разница незначительна, но на более высоких скоростях и высотах CAS отклоняется от EAS из-за сжимаемости.

Истинная воздушная скорость [ править ]

Истинная воздушная скорость ( TAS ; также KTAS , для узлов истинной воздушной скорости ) летательного аппарата является скоростью летательного аппарата по отношению к воздушной массе , в которой он летит. Истинная воздушная скорость и курс самолета составляют его скорость относительно атмосферы.

Использование истинной воздушной скорости [ править ]

Истинная воздушная скорость - важная информация для точной навигации самолета. Чтобы поддерживать желаемый путь по земле во время полета в движущейся воздушной массе, пилот самолета должен использовать информацию о скорости ветра, направлении ветра и истинной воздушной скорости для определения необходимого курса. См. Треугольник ветра .

TAS - это истинная мера летно-технических характеристик самолета в крейсерском режиме, таким образом, это скорость, указанная в спецификациях самолетов, руководствах, сравнениях характеристик, отчетах пилотов и в каждой ситуации, когда необходимо измерить крейсерские характеристики или характеристики выносливости. Это скорость, обычно указываемая в плане полета, также используемая при планировании полета до учета влияния ветра.

Поскольку указанная воздушная скорость является лучшим индикатором используемой мощности и доступной подъемной силы, истинная воздушная скорость не используется для управления воздушным судном во время руления, взлета, набора высоты, снижения, захода на посадку или посадки; для этих целей используется указанная воздушная скорость - IAS или KIAS (узлы, обозначенные воздушной скоростью).

Измерение истинной воздушной скорости [ править ]

Механический индикатор истинной воздушной скорости самолета, показывающий скорость в узлах (кН) и милях в час (миль / ч). Пилот устанавливает барометрическую высоту и температуру воздуха в верхнем окне с помощью ручки; стрелка указывает истинную воздушную скорость в нижнем левом окне.

Истинная воздушная скорость связана с числом Маха и скоростью звука соотношением ${\ displaystyle M}$ ${\ displaystyle c}$

${\ displaystyle \ mathrm {TAS} = cM}$

И число Маха, и скорость звука можно вычислить с помощью измерений ударного давления , статического давления и температуры наружного воздуха .

На уровне моря в Международной стандартной атмосфере (ISA) и при низких скоростях, когда сжимаемость воздуха незначительна (и поэтому можно предположить постоянную плотность воздуха), TAS равно CAS. Выше примерно 100 узлов (190 км / ч) погрешность сжимаемости значительно возрастает.

В полете это можно рассчитать с помощью полетного калькулятора E6B или аналогичного.

Поскольку колебания температуры оказывают меньшее влияние, ошибку ASI можно приблизительно оценить как примерно на 2% меньше, чем TAS на 1000 футов (305 м) высоты над уровнем моря. Например, самолет, летящий на высоте 15 000 футов (4572 м) в атмосфере международного стандарта с IAS 100 узлов (190 км / ч), на самом деле летит со скоростью 126 узлов (233 км / ч) TAS.

См. Также [ править ]

Рекомендации ИКАО по использованию Международной системы единиц
Акронимы и сокращения в авионике
Летные инструменты
Путевая скорость
Скорость маневрирования
V скорости

Ссылки [ править ]

^ Рассел М. Каммингс. «Измерения воздушной скорости» (PDF) . Департамент аэрокосмической техники . Калифорнийский политехнический государственный университет .
^ Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и Рекомендуемая практика - Единицы измерения, используемые в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации
^ «Определения и сокращения, используемые в Сертификационных спецификациях для продуктов, частей и устройств» (PDF) . EASA. 5 ноября 2003 г.

Библиография [ править ]

Глауэрт Х. (1947). «2» . Элементы теории Aerofoil и Airscrew . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9781139241953.
Уильям Грейси (май 1980 г.). Измерение скорости и высоты полета самолета (PDF) . НАСА.
Знакомство с летно-техническими характеристиками (PDF) . Поддержка полетов и линейная помощь . Служба поддержки клиентов Airbus. Январь 2002 г.

Внешние ссылки [ править ]

Кевин Браун. «Истинные, эквивалентные и откалиброванные воздушные скорости» . MathPages .

Калькуляторы [ править ]

Дэн Исраэль Мальта. «MaltApplication» . Авиационный и атмосферный калькулятор, приложения для Windows и Android.
Луис Монтейро. «Альтиметрия» . Калькуляторы учитывают сжимаемость, нагрев из-за трения и другие переменные.
Луис Монтейро. «Ветер и время - скорость - расстояние» . Учитывайте изменения плотности топлива из-за температуры.
Барух Кантор. «Атмосферный калькулятор» . NewByte Flight Dynamics.

[1] Рассел М. Каммингс. «Измерения воздушной скорости» (PDF) . Департамент аэрокосмической техники . Калифорнийский политехнический государственный университет .

[2] Международная организация гражданской авиации - Международные стандарты и Рекомендуемая практика - Единицы измерения, используемые в воздушных и наземных операциях - Приложение 5 к Конвенции о международной гражданской авиации

[3] «Определения и сокращения, используемые в Сертификационных спецификациях для продуктов, частей и устройств» (PDF) . EASA. 5 ноября 2003 г.

[1]