Перегрузка при посадке самолета

Обновлено: 04.10.2024

Для начала как всегда следует разобраться, что такое перегрузка и как она возникает. Представим себе автомобиль, движущийся по трассе со скоростью 90 км/ч. Если впереди появляется препятствие, то водитель нажимает на педаль тормоза и машина начинает терять скорость. При этом человек сидящий внутри продолжает движение по инерции, но его удерживает сила трения кресла и сила натяжения ремня безопасности. В такой ситуации говорят, что возникла продольная перегрузка. Она появляется именно из наличия инерции согласно Первому закону Ньютона. То же самое происходит и с самолетом, когда он переходит в набор высоты или снижение. Именно в момент изменения траектории возникает перегрузка. Например, когда самолета из пикирования переходит в набор высоты, летчик и все элементы конструкции как бы продолжают движение по старой траектории, а самолет под действием аэродинамической силы не дает им двигаться таким образом, поэтому летчик давит в кресло. И чем резче этот маневр, тем сильнее перегрузка. Перегрузка возникает при любом изменении скорости или траектории движения и пропорциональна ускорению. Различают продольную, поперечную и вертикальную перегрузки, соответственно осям, вдоль которых они действуют.

Силы, действующие на самолет в криволинейном полете. Численно, к силе тяжести добавляется виртуальная сила инерции из-за движения системы координат, связанной с самолетом по криволинейной траектории.

Почему же говорят, что перегрузка измеряется в единицах G? Это означает во сколько раз сила инерции больше обычной силы тяжести, действующей на тело в условиях Земли. G расшифровывается как Gravity, то есть гравитация. Просто так попонятнее, ведь можно оценить эту перегрузку. Например при перегрузке в 4 единицы, человек весящий обычно 80 кг, будет давить на кресло весом 320 кг и так далее. Чем же опасна перегрузка? Во-первых, если в самолете есть люди, то такие сильные воздействия плохо влияют на организм. В первую очередь на скелет человека и его внутренние органы. Примечательно, что человек менее тяжко воспринимает перегрузку в направлении от груди к спине, чем в вертикальном направлении. Это связано с тем что грудная клетка выдерживает большую нагрузку, чем позвоночник. Второй фактор это воздействие перегрузки на конструкцию самолета. Ведь как и тело человека, все детали самолета и оборудование действует на конструкцию в 4, 5, 6, 10 раз сильнее чем при обычных условиях. Это следует учитывать при проектировании конструкции и прочностных расчетах, также из-за этого самолет всегда имеет эксплуатационное ограничение на перегрузку. При чем как на положительную, так и на отрицательную, когда все объекты внутри самолета наоборот пытаются оторваться от своих мест. С помощью нулевой перегрузки имитируют невесомость при подготовки космонавтов и астронавтов. В таком случае самолет пикирует с определенной высоты, чтобы иметь ускорение, соответствующее ускорению свободного падения 9,8 м/с2. Теперь, когда мы разобрались с тем, что такое перегрузка, какая она бывает и чем опасна, мы как и обещали, расскажем в каких бытовых ситуациях люди испытывают перегрузку. Начнем с самого простого. Когда мы едем в лифте, у него есть фазы разгона и торможения. В такие моменты, хоть и не сильно, вы можете почувствовать тяжесть или наоборот облегчение в ногах. Это возникает вертикальная перегрузка. Попробуйте проследить, когда в следующий раз поедете на лифте. Также во всех видах транспорта, как уже говорилось, возникает продольная перегрузка при торможении и разгоне, а в поворотах мы испытываем продольную перегрузку из-за так называемой центробежной силы. Это самые наглядные примеры всех трех видов перегрузок. Продольная. Поперечная и Вертикальная. На сегодня это все, спасибо, что дочитали до конца! До новых встреч!

Перегрузка при полете в неспокойном воздухе зависит от высоты и скорости полета, скорости вертикального порыва ветра, массы самолета, удельной нагрузки на крыло (отношению веса самолета к площади крыла). Увеличение высоты полета сопровождается падением плотности воздуха, и перегрузка с высотой уменьшается. Увеличение скорости полета и вертикального порыва ветра приводит к росту перегрузок, увеличение удельной нагрузки на крыло влечет уменьшение перегрузки. В реальных условиях полета в турбулентной атмосфере снижение перегрузок достигается уменьшением скорости полета.

Встречный или попутный порыв ветра вызывает изменение местной скорости обтекания, в результате чего изменяется подъемная сила крыла, а значит и перегрузка. Но при горизонтальных порывах изменение перегрузки незначительно, поэтому ею можно пренебречь.

Рис. 1.5. Перегрузка при болтанке

Восходящий или нисходящий порыв ветра вызывает не только изменение скорости набегающего потока, но и угла атаки, в результате чего значительно изменяется подъемная сила крыла, а значит и перегрузка. При восходящем порыве перегрузка увеличивается из-за увеличения подъемной силы, а при нисходящем порыве перегрузка уменьшается из-за уменьшения подъемной силы. При вертикальных порывах изменение перегрузки настолько значительное, что ее приходится учитывать при расчете на прочность.

При штормовой болтанке, перегрузки от вертикальных порывов достигают от -2 до 4 ед. что может вызвать деформацию узлов самолета, кроме того есть опасность выхода на угол атаки критический и сваливание на крыло.

Влияние перегрузок на организм человека зависит прежде всего от их значения и времени действия. Небольшие и нечасто повторяющиеся перегрузки (до 2-3) заметного влияния на человека не оказывают. С ростом значения перегрузки или времени ее действия ощущается смещение внутренних органов, ухудшение

кровообращения и нарушение зрения. Дальнейшее увеличение перегрузок может вызвать потерю сознания и повреждение внутренних органов, тяжелый исход.

Перегрузки измеряют акселерометрами - измерителями ускорений. В простейшем виде акселерометр можно представить в виде грузика на упругом подвесе. Инерционные силы, пропорциональные перегрузкам, смещают грузик, деформируя подвес. Жидкость, залитая в демпфер, при перемещении грузика перетекает через отверстия в поршне и создает сопротивления, препятствующие колебаниям грузика и искажению показаний прибора.

ПЕРЕГРУЗКА ПРИ ПОСАДКЕ.

Посадка самолета может быть мягкой или жесткой.

Мягкая посадка – при которой вертикальная скорость встречи с землёй

(1-2) м/с. Жёсткаяпосадка – (2.5-3) м/с и более. При жёсткой посадке возможны поломки узлов шасси. После жёсткой посадки производится осмотр шасси и сама посадка отдельно учитывается в журнале самолета. На некоторых тяжёлых самолётах устанавливаются регистраторы посадок, они реагируют на перегрузку от 2,5 и более. Величина перегрузки фиксируется средствами объективного контроля. В момент касания ВПП самолёт имеет горизонтальную скорость Vх и вертикальную Vу, они с течением времени приближаются к нулю. Скорость горизонтальная Vх гасится за сравнительно большое время при пробеге ~ 30 секунд, поэтому в этом направлении больших перегрузок не возникает. Вертикальная скорость Vу-гасится за доли секунды, возникает большое отрицательное ускорение j, возникает инерционная сила:

N=mj= *j. Rз= +N.

Перегрузка самолета, имеющего касание (контакт) с землёй равна отношению внешней силы-силы реакции земли Rз к его весу G. т.е. при посадке :

nу = = =1+ =1+ ; nу=1+

Видно, что nу=ƒ (Vу, правильности пилотирования, жёсткости амортизаторов ). Примечание:

1. На стоянке Rз=G, тогда nу=1.

2. Для современных самолётов допустимая (эксплуатационная) перегрузка n э =2.6-3.5

Рис. 1.6. Перегрузки при посадке

ЗАНЯТИЕ №3

КОЭФФИЦИЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ,

РАСЧЁТНЫЕ НАГРУЗКИ.

Авиационная конструкция не является монолитной – она состоит из набора тонкостенных силовых элементов, каждый из которых воспринимает один или несколько видов нагрузок, причем в одних режимах полета наиболее нагруженными оказываются одни силовые элементы, в других режимах - другие элементы. Поэтому нагрузки на силовые элементы BС определяются для различных случаев нагружения, отражающих наиболее тяжелые режимы полета и посадки, которые могут встретиться в процессе эксплуатации данного типа ВС.

Для самолетов и вертолетов предусмотрено по шесть основных полетных и ряд посадочных случаев нагружения. Полетные случаи нагружения соответствуют входу в планирование и выходу из него, полету в неспокойном воздухе; для самолетов - маневр с отклонением элеронов, для вертолетов - разворот на режиме висения и др.

При проектировании ВС важно задать оптимальные нагрузки на которые рассчитывается его прочность. Если задать излишне большие нагрузки, ВС окажется перетяжеленным; если же задать слишком малые расчетные нагрузки, окажется недостаточно прочным для безопасной эксплуатации.

Расчетные нагрузки для проектируемых ВС задаются нормативами (нормами прочности), которые входят в состав Норм летной годности самолетов и вертолетов. Уровень прочности ВС и его отдельных частей (крыла, фюзеляжа, оперения, шасси и др.) задается посредством максимально допустимых в эксплуатации положительной n Э _max и отрицательной n Э _min перегрузок и максимально допустимого скоростного напора q_max= pV 2 /2.

Максимально возможная в условиях эксплуатации нагрузка Р Э _m_ах, действующая на ВС в целом, определяется произведением максимальной эксплуатационной перегрузки на вес: P Э _max =П Э _max G.

Нормами для каждого случая нагружения задается максимальная или минимальная эксплуатационная перегрузка и максимальный скоростной напор или же только перегрузка. Прочность каждой основной части ВС проверяется для нескольких случаев нагружения, и выявляются наиболее тяжелые условия нагружения силовых элементов.

Расчет конструкции на прочность ведется не на максимальную эксплуатационную нагрузку, а на расчетную (разрушающую) нагрузку

Р Р =ƒР Э max где ƒ- коэффициент безопасности - число, показывающее, во сколько раз расчетная нагрузка больше максимальной эксплуатационной. Коэффициент безопасности можно выразить также отношением расчетной

перегрузки к максимальной эксплуатационной: ƒ= n р /n Э _max.

Коэффициент безопасности устанавливается из следующих соображений. При действии на конструкцию максимальной эксплуатационной нагрузки в ней не должны возникать остаточные деформации, т. е. напряжения не должны превышать предела пропорциональности δ_0.2 а при действии расчетной нагрузки напряжения должны быть близкими к временному сопротивлению δв. Следовательно, отношение Р Р /Р Э _max должно быть примерно равным отношению δв/ δ_0.2.

Для большинства конструкционных материалов, применяемых в авиастроении, отношение δв/ δ_0.2.= 1,2 -1,5, поэтому для различных случаев нагружения коэффициент безопасности задается нормами прочности в пределах 1,5 - 2,0. Для нагрузок, часто повторяющихся и действующих продолжительное время, задаются большие значения коэффициента безопасности, для редко повторяющихся и кратковременных - минимальные значения этого коэффициента.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Принято считать, что перегрузка в 1g действует на человека, который спокойно стоит или движется прямо с постоянной скоростью. Но, если скорость движения меняется, то меняется вес тела, а с ним и перегрузка. Обычный человек ощущает такие изменения, когда пользуется лифтом или катается в парке на аттракционах. Перегрузку примерно в 1,5 g переносят пассажиры сверхзвукового лайнера при взлете. Принято различать следующие основные виды перегрузок:

· кратковременные (их испытывают, например, водитель и пассажиры автомобиля при аварии);

· длительные, воздействующие на пилота спортивного самолета, выполняющего в небе фигуры высшего пилотажа .

· положительные, проявляющиеся, когда человек быстро поднимается в лифте или мотоциклист разгоняется на шоссе;

· отрицательные действуют при резком торможении (особенно эффектно это наблюдается в поезде);

· нулевыми - состояние невесомости в космосе или в самом начале прыжка с парашютом.

При положительных перегрузках кровь отливает от головы и приливает к ногам. Это состояние переносится легче, чем наоборот, при отрицательных перегрузках. Перегрузки могут быть направлены в любую сторону (вверх, вниз, вбок, по диагонали), но противоположную направлению ускорения.

Профессии, связанные с перегрузками

1. Десантники в полном снаряжении при приземлении испытывают перегрузку до 1,8 g, а при раскрытии парашюта - кратковременно до 5 g. Неподготовленного человека такая нагрузка может привести к травмам и переломам, военные проходят длительную учебу и испытания.

2. Космонавты в спускаемом аппарате переносят довольно длительные перегрузки в 3-4 “джи”. Выдержать такое испытание может далеко не каждый даже подготовленный космонавт, в космический отряд попадают только пилоты, прошедшие сложные испытания и жесткий отбор.

3. Летчик сверхзвукового самолета-истребителя , на испытаниях и при выполнении трюков переживает перегрузки от -8 до +12 “джи”. Без длительных и постоянных тренировок и антиперегрузочных костюмов, выдержать такое нереально!

4. Пилоты болидов Формулы 1, по всеобщему признанию, люди, профессия которых наиболее тесно связана с максимальными перегрузками. Причем, эти перегрузки имеют непредсказуемый характер, могут быть направлены в разные стороны, резко меняют направление и величину. Последний зафиксированный рекорд выживания при мгновенной нагрузке в 214 единиц пережил пилот Кенни Брак в 2003 году. Чтобы представить себе эту нагрузку, нужно эту цифру умножить на средний вес пилота 75 кг, получаем - около 16 тонн!

Животные - рекордсмены по перегрузкам

Пилоты и летчики, конечно, самые суровые в мире люди. Однако, есть и посуровей, но не люди - птицы. Колибри Анны не испытывают никаких неудобств, совершая очень быстрые и резкие повороты, пикирование, взмывания вверх. Учеными-орнитологами подсчитано, что за десятую доли секунды, развернувшись в обратном направлении, птица испытывает перегрузку в 34 g, при резком зависании - минус 10g в течении 1,5 секунд. Для человека это равносильно смерти.

Еще дальше пошли дятлы. Средняя скорость нанесения ударов дятлом — 20-25 движений за секунду. Если бы по дереву с такой скоростью била любая другая птица, то уже через несколько ударов она бы умерла от перегрузок. Измерения показывают, что перегрузки, испытываемые дятлом, достигают 1000 — 1200g. Это гораздо больше, чем могут выдержать организмы других животных, включая человека.

Как пилоты готовятся к перегрузкам

Чтобы выдерживать огромные постоянные перегрузки, людям героических профессий приходится:

· ежедневно тренироваться по несколько часов в день по специально разработанным программам, уделяя особое внимание мышцам шеи и спины чтобы максимально защитить позвоночник;

· используя тренажеры, настойчиво тренировать и укреплять вестибулярный аппарат;

· очень внимательно следить за здоровьем, регулярно проходить тестирования;

· особое внимание уделять весу, не допуская его увеличения, поскольку при повышенных нагрузках он создает дополнительный риск для сердца.

Как подготовиться к перегрузке пассажиру самолета

Чтобы избежать последствий от перегрузок в виде головокружений, головных болей, закладывания ушей при перепадах давления, выполняйте простые правила:

1. перед полетом примите лекарство, разжижающее кровь (аспирин), наденьте компрессионные носки -они будут способствовать оттоку крови;

2. при взлете и посадке используйте кислые леденцы или жвачку;

3. во время полета принимайте побольше жидкости и постарайтесь отвлечься от процесса полета с помощью книги, журнала, беседы. Можно с пользой провести время, работая на ноутбуке.

В чем причины грубых посадок в Норильске?
В первую очередь, не учитывается крутой, больше всех других, непривычный уклон. Полоса набегает на самолет так быстро, что обычным темпом выравнивания не удается погасить скорость сближения с бетоном.
Во-вторых, даже если и удалось энергично выровнять самолет вблизи бетона, его движение вверх, вдоль уклона, энергично тормозиться скатывающей составляющей веса, и расчет на последний подхват не успевает оправдаться – как уже упали. Этому способствует и обычная, на 5 м, уборка режима до малого газа.
В-третьих, вывод из глиссады на траекторию, параллельную бетону, но уходящую вверх, это то же самое, что вывод из крутой глиссады: занимает больше времени, а значит, самолет энергичнее теряет скорость.
В-четвертых: проскакивание перегиба и неизбежный уход вверх, при том что полоса уходит вниз, – получается взмывание по более крутой, чем обычно траектории, в конце этапа потери скорости. Неизбежно грубое падение, даже если энергично подхватить; при этом возможно касание о бетон хвостовой частью фюзеляжа, потому что хвост и так уже опущен относительно бетона.
Так стоит ли огород городить? Может, и правда, не рисковать? Береженого Бог бережет.
Дело ваше. Перелетайте на здоровье. Но есть еще Кемерово и Новокузнецк, Донецк, Мирный и Ростов, где полосы короткие, а пробег – под горку, где не перелетишь.

Так ли уж нужны фары на посадке? Если следовать указанной выше методике, то и не очень.
В сложных условиях, когда вероятен световой экран, лучше не риско¬вать и не использовать их вовсе. Переключение на рулежный свет мало что дает: рулежные фары на передней стойке дают такой же, ну, чуть послабее, пучок света прямо перед собой. Использовать только крыльевые, только в рулежном режиме – может, и даст какой эффект, но полосу в этом слабом свете вы все равно не разглядите.
Конечно, в простых условиях фары ночью хороши. Но здесь ведется речь, в основном, о нюансах сложных условий, об отступлениях от привычных стереотипов, о творчестве в рамках РЛЭ, об ошибках и способах их избежать.

В сильный мороз, когда намечается перелет, малый газ ставится на потребной высоте, пусть и выше указанных в РЛЭ пяти метров. Важно, что машина имеет запас скорости при нормальной вертикальной. Этот запас и определяет высоту установки малого газа. Конечно, эти нюансы действуют в разумных пределах. Если машина прошла торец на 15 м и со скоростью 290, то куда денешься – надо ставить малый газ над торцом. Самолет не упадет, а еще будет долго свистеть над бетоном. Но если над торцом скорость 260, а вертикальная близка к 6м/сек то даже, если торец пройден на 20 м, лучше уменьшить вертикальную, а малый газ ставить в самом конце выравнивания, а то и садиться на режиме 75-78%.
Можно подвести машину к бетону на минимальной скорости, меньше расчетной, но на режиме, близком к режиму на глиссаде, посадить ее на воздушную подушку и ждать, когда под нос подплывут знаки, а затем плавно убрать режим и добрать штурвал.
Можно пройти торец ниже 15 м, на скорости больше расчетной, поставить малый газ и нестись над полосой, выбирая свои сантиметры, пока колеса поочередно не раскрутятся.
Способов много, но каждый из них должен опираться на здравый смысл. Большая масса железа должна приближаться к земле плавно, медленно и стабильно, а чем вы ее будете поддерживать – дело вашего профессионализма.

В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.

Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.

Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным.

При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g.

В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g. При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час.

Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.

С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.

Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.

При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки, которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.

Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется "коэффициентом перегрузки" или "перегрузкой".

На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.

Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц.

Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.

При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.

Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.

Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.

При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.

Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.

Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.

При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.

Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.

Читайте также: