Какие виды скоростей есть у самолета?

Самый важный параметр в пилотировании.

Пилоты часто говорят, что скорость - это жизнь. Это верное утверждение. Скорость полета - это наиболее важный параметр, необходимый пилоту для безопасного пилотирования.

Скорость самолета, в отличие от автомобиля, не всегда легко понять. В автомобиле скорость одинакова или фиксирована. Однако в самолете существует несколько скоростей, и все эти скорости должны важны как для инженеров, так и для пилотов. Эти скорости равны:

• Приборная скорость (IAS)
• Калиброванная воздушная скорость (CAS)
• Истинная скорость полета (TAS)
• Эквивалентная воздушная скорость (EAS)
• Скорость полета в числах Маха
• Путевая скорость (GS)

Приборная скорость (IAS)

Как следует из названия, приборная скорость или IAS - это скорость, указанная пилоту приборами в кабине пилота. Эта скорость определяет летные характеристики самолета и является основной скоростью, используемой пилотами для управления самолетом.

Для измерения IAS самолеты оснащаются датчиком, называемым трубкой Пито. Трубка Пито - это трубка, которая подвергается воздействию воздушного потока и может измерять общее давление, оказываемое на самолет.

Полное давление, иногда называемое давлением застоя или давлением Пито, представляет собой комбинацию двух давлений: статического и динамического. Статическое давление возникает на молекулярном уровне. Это давление, возникающее в результате столкновения молекул, и оно присутствует всегда. Динамическое давление, с другой стороны, вызывается движением. Когда объект или летательный аппарат движется по воздуху, молекулы воздуха, которые встречаются с ним, делают это с некоторым количеством энергии. Поскольку эта энергия вызывается движением, мы называем ее кинетической энергией.

Когда эти молекулы воздуха попадают в самолет, они останавливаются. В результате почти вся кинетическая энергия молекул преобразуется в энергию давления. Это именно то, что делает трубка Пито. Он останавливает поток воздуха перед собой и измеряет давление застоявшегося воздуха. Таким образом, уравнение для давления Пито можно записать в виде:

Теперь, когда мы успешно измерили полное давление, мы должны также измерить статическое давление. В самолете для измерения этого давления используются специальные приемники статического давления, обычно это отверстия в фюзеляже самолета со специальными насадками или плиты этического давления, устанавливаемые на фюзеляже самолета.

Поскольку нам нужно давление, обусловленное изменением движения, или динамическое давление, чтобы получить скорость, как только мы узнаем статическое и полное давление, или давление Пито, мы можем быстро выделить динамическое давление. Итак, как, зная величину динамического давления, можно узнать значение скорости?

Формула для определения динамического давления (Pd) имеет вид:

Поскольку плотность, или “ᑭ”, остается неизменной для данного воздушного потока, мы можем сказать из уравнения, что динамическое давление прямо пропорционально квадрату скорости (v²). Следовательно, при имеющемся значении динамического давления скорость может быть измерена простым изменением формулы. И именно так измеряется IAS и указывается пилотам.

Калиброванная воздушная скорость (CAS)

Калиброванная воздушная скорость корректируется IAS с учетом различных ошибок, таких как ошибки приборов и позиционирования. Ошибки приборов в основном вызваны производственными дефектами.

Ошибки позиционирования возникают в первую очередь из-за неправильного измерения статического давления. Это возникает из-за перепадов давления по всему корпусу самолета. Чтобы исправить эту ошибку, во время испытательных полетов производители используют различные методы. Одним из очень известных методов является использование буксируемого конуса (trailing cone). Этот конус прикреплен к длинному шнуру, который вытягивается в воздухе для измерения невозмущенного воздушного потока, что обеспечивает приемлемое измерение статического давления.

В современных самолетах приборы, например, индикаторы воздушной скорости, снабжаются данными от вычислителя воздушных параметров (ADC). После сбора тестовых данных ADC калибрует их таким образом, чтобы показания, видимые пилотом в кабине, не содержали ошибок.

Интересно, что в большинстве современных самолетов то, что пилоты видят в кабине, - это CAS, но поскольку разница между CAS и IAS очень мала, она по-прежнему называется IAS. Многие производители предпочитают предоставлять пилотам данные из руководства по летной эксплуатации воздушного судна (AFM) в виде графиков, чтобы вывести IAS из CAS, но только для справки, так как для обычного полета это не требуется.

Истинная скорость полета (TAS)

Истинная скорость полета (TAS), по сути, является IAS или CAS с поправкой на плотность воздуха. Индикаторы воздушной скорости в кабине пилота откалиброваны в соответствии с международным стандартом атмосферы (ISA). В модели, принятой ИКАО, плотность воздуха на уровне моря равна 1,225 кг/м³ или 1225 г/м³.

По мере увеличения высоты или набора высоты самолетом плотность воздуха уменьшается. Это означает, что в данный момент времени меньшее количество молекул воздуха будет соприкасаться с трубкой Пито. По этой причине, если пилот хочет поддерживать тот же уровень IAS в приборах кабины пилота, воздушному судну необходимо двигаться по воздуху с более высокой скоростью. Эта более высокая скорость и есть TAS.

Когда плотность воздуха ниже, чем ISA (международный стандарт атмосферы), TAS (истинная скорость полета) всегда выше, чем IAS/CAS.

Эквивалентная воздушная скорость (EAS)

Эквивалентная воздушная скорость (EAS) также является скоростью, которая возникает из-за плотности воздуха. Однако, в отличие от TAS, EAS вступает в силу только тогда, когда скорость самолета превышает примерно 370 км/ч.

Когда скорость самолета увеличивается, в действие вступает эффект сжимаемости. Воздух сжимается и нагнетается в трубку Пито, заставляя ее переоценивать давление. Таким образом, с увеличением высоты EAS уменьшается по сравнению с IAS.

С точки зрения эксплуатации, EAS не является жизненно важной скоростью для пилотов, потому что IAS всегда выше, чем EAS, и это не представляет никакого риска. С точки зрения конструкции самолета, это очень важно, поскольку EAS обеспечивает наиболее точное давление, действующее на самолет. Таким образом, когда определяются максимальные скорости для планера, EAS весьма полезен.

Скорость полета в числах Маха

Скорость полета в числах Маха - это скорость самолета относительно местной скорости звука (Local Speed of Sound - LSS). Она может быть рассчитана путем деления TAS на LSS. LSS прямо пропорционален температуре. По мере понижения температуры LSS также уменьшается. Вот почему число Маха в самолете увеличивается при наборе высоты. По этой причине примерно на высоте 8 км пилоты переходят от набора высоты с постоянной скоростью IAS к постоянному числу Маха. Если набор высоты продолжается с постоянным IAS, может быть превышена максимальная эксплуатационная (допустимая) скорость (MMO).

Число Маха является критическим показателем для любого самолета, работающего в околозвуковом диапазоне. Вот почему большинство больших реактивных самолетов имеют индикацию Маха, поскольку более высокие значения Маха могут повлиять на воздушный поток вокруг самолета.

Путевая скорость (GS)

Когда TAS (истинная скорость полета) корректируется с учетом ветра, мы получаем путевую скорость (GS). При встречном ветре, любом ветре, который направлен прямо в нос самолета, GS - это TAS за вычетом компонента встречного ветра. Например, если скорость самолета составляет 400 узлов, а встречный ветер составляет 20 узлов, то GS равна 380 узлам.

Аналогично, если есть попутный ветер, ветер, действующий непосредственно сзади самолета, GS - это TAS плюс компонент попутного ветра. Например, если скорость самолета составляет 400 узлов, а попутный ветер - 20 узлов, то GS равна 420 узлам.

Проще говоря, GS - это скорость самолета относительно земли или земной поверхности. Вот почему иногда прибывающий рейс занимает больше или меньше времени, чем вылетающий. Если во время полета на самолет действует сильный встречный ветер, то GS будет снижен, и потребуется больше времени, чтобы добраться до пункта назначения, и наоборот.

14.05.2023, Мохаммед Анас Мааз, simpleflying.com