Полет на режиме висения и горизонтальный полет аппарата на воздушной подушке с кольцевым соплом по периметру днища в реальных условиях

В предыдущих разделах были рассмотрены различные типы летательных аппаратов на воздушной подушке и получены соотношения между их скоростью, мощностью, потребной для горизонтального полета, высотой полета и полетным весом. Эти формулы позволяют выявлять и оценивать влияние различных параметров на характеристики аппаратов и сравнивать аппараты друг с другом. Однако они являются недостаточно точными, так как, с одной стороны, основываются на упрощающих предположениях, а с другой — не учитывают ряд факторов, которые могут быть оценены только экспериментально или на опыте во время эксплуатации построенных аппаратов. К настоящему времени накоплены и опубликованы экспериментальные данные главным образом по летательным аппаратам на воздушной подушке с кольцевым соплом по периметру днища. Ниже рассматривается уточненная теория аппаратов с кольцевым соплом с учетом вязкости воздуха.

Вязкость воздуха влияет на характеристики аппаратов следующим образом. Воздух, протекающий по внутренним каналам, соприкасается со стенками. Частицы воздуха вблизи стенок тормозятся в результате трения. Кроме того, в местах расширения или сужения каналов, а также в изгибах стенок могут образовываться завихрения. На трение и завихрения расходуется кинетическая энергия

поступательного движения воздуха. Если каждая единица объема воздуха, втекающего в аппарат, обладает кинетической энергией поступательного движения, равной

, то при протекании через внутренние каналы эта энергия будет уменьшаться вследствие потерь на трение и завихрения.

Потери энергии поступательного движения частиц воздуха принято оценивать при помощи коэффициента полезного действия: энергию втекающего воздуха умножают на коэффициент потерь во внутренних каналах nк, меньший единицы.

Вязкость воздуха обусловливает также трение его о лопасти вентилятора и завихрения за вентилятором, на которые расходуется часть мощности двигателя. Поэтому энергия, затрачиваемая вентилятором на приращение кинетической энергии поступательного движения воздуха за единицу времени, будет меньше мощности, подводимой к вентилятору от двигателя. Эти потери мощности оцениваются коэффициентом полезного действия вентилятора nк: мощность, подводимую к вентилятору, умножают на коэффициент nв, меньший единицы, или определенную ранее потребную для полета на режиме висения мощность увеличивают в 1 /nг раз.

Потери мощности воздушного винта или воздушно-реактивного двигателя, создающих тягу для горизонтального полета, оценивают коэффициентом полезного действия т]г. Поэтому мощность, которую необходимо подводить к винту, нужно увеличить в 1 /nг раз.

Частицы воздуха в кольцевой струе, движущиеся со скоростью Vj, увлекают за собой соприкасающиеся с ними частицы воздуха в воздушной подушке и вне кольцевой струи. В результате образуются завихрения и течение воздуха в воздушной подушке и вне струи будет выглядеть так, как это показано на рис. 14. Кроме того, за счет потока, набегающего со скоростью V0, форма кольцевой струи искажается (рис. 11). Эти факторы обусловливают уменьшение избыточного давления Дельта p, которое оценивается коэффициентом уменьшения давления nд.

В элементарной теории не учитывались силы, действующие на аппарат при его горизонтальном движении со стороны воздуха. На тело, движущееся в воздухе со скоростью V0, действуют аэродинамическая сила лобового сопротивления X, направленная в сторону, противоположную
направлению движения, и аэродинамическая подъемная сила У, направленная перпендикулярно к скорости движения, т. е. вверх.

При небольших скоростях полета аэродинамическая сила лобового сопротивления X невелика по сравнению с силой лобового сопротивления количества движения X', и поэтому ею можно пренебречь. Однако с ростом скорости полета сила X становится большой, и ее необходимо учитывать.

Аэродинамическая подъемная сила при больших скоростях полета также может стать значительной, особенно если по своей форме в вертикальном продольном сечении аппарат близок к профилю крыла самолета.

Рассмотрим аппарат с кольцевым соплом по периметру

днища, у которого тяга для горизонтального полета создается воздушным винтом или воздушно-реактивным двигателем.

Коэффициент лобового сопротивления зависит от формы аппарата. Лобовое сопротивление аппаратов обтекаемой формы обусловливается только трением воздуха об их обшивку. Коэффициент лобового сопротивления аппаратов обтекаемой формы, отнесенный к площади днища, равен приблизительно 0,005. Однако обтекаемая вытянутая форма аппарата невыгодна, так как при такой форме для создания подъемной силы требуется большая мощность. Наивыгоднейшей формой в плане, как уже говорилось выше, является круглая. Поэтому для аппаратов, использующих принцип полета на воздушной подушке, применяется форма в плане, близкая к круглой. Типичными величинами коэффициента лобового сопротивления, отнесенного к площади днища, для аппаратов такой формы [10] будут 0,05—0,1. Эти величины примерно в 5—10 раз больше величин коэффициента лобового сопротивления современных самолетов. На рис. 16 приведены зависимости удельной мощности, потребной для преодоления лобового сопротив-

ления, от скорости полета для аппаратов, имеющих различное отношение G/S, называемое удельной нагрузкой на

площадь днища [10]. При построении этих зависимостей считалось, что коэффициент лобового сопротивления равен 0,05, а коэффициент полезного действия винта, приводящего аппарат в горизонтальное движение, равен 0,7.

Как видно из приведенных зависимостей, при скоростях полета, меньших 50 км/час, удельная мощность, затрачиваемая на преодоление лобового сопротивления, незначительна, однако при увеличении скорости полета она быстро возрастает.

На рис. 17 приведена суммарная потребная мощность на единицу веса аппарата для горизонтального полета на постоянной высоте 0,3—3,0 м в зависимости от скорости полета для аппарата весом 50 г, имеющего круглую форму в плане и коэффициент лобового сопротивления 0,05. На этом же рисунке приведены зависимости потребной мощности двигателей от скорости движения для вертолетов, самолетов, судов, поездов, автомобилей и тягачей. Как видно из рисунка, вертолеты требуют для своего полета значительно большей затраты мощности, чем аппараты на воздушной подушке. Автомобили по потребляемой мощности сравнимы с аппаратами на воздушной подушке, совершающими полет на малой высоте. Морские и речные суда при скоростях

движения, меньших 60 км/час, требуют меньшей затраты мощности, чем аппараты на воздушной подушке, но для того, чтобы увеличить их скорость движения более 60 км/час, необходимо затрачивать очень большие 'мощности. Таким образом, аппараты на воздушной подушке выгодно отличаются от обычных судов, двигающихся при больших скоростях. Поезда при всех скоростях движения требуют значительно меньшей затраты мощности, чем другие транспортные средства. Самолеты летают со скоростями, превышающими 200 км/час. Такие скорости полета неприемлемы для других транспортных средств, включая и аппараты на воздушной подушке.