Скорости самолёта на взлёте
В авиации при взлете самолета используются специальные расчетные скорости, которые играют критическую роль в безопасности и эффективности полета. О них мы и поговорим сегодня
Скорости самолёта на взлёте
Время чтения: ~7-8 минут
Все скорости для воздушного судна устанавливаются на основании стандартов, принятых международными регуляторами в области авиации и производителями воздушных судов. Они зависят от характеристик самолета, состояния взлетно-посадочной полосы (ВПП), массы воздушного судна, погодных условий и многих других факторов.
В предыдущей нашей статье мы уже затрагивали тему взлетно-посадочных характеристик, а в этой статье подробно рассмотрим основные скорости при взлете или takeoff speeds.
В предыдущей нашей статье мы уже затрагивали тему взлетно-посадочных характеристик, а в этой статье подробно рассмотрим основные скорости при взлете или takeoff speeds.
Навигация по статье
Часть 1
Часть 2
Часть 3
Часть 4
Часть 1. Сертификационные скорости
Начнём со скоростей, которые демонстрируются во время летных испытаний сертификационного процесса воздушного судна - demonstrated takeoff speeds.
Stall speed - Vs
В литературе можно найти несколько аббревиатур, давайте попробуем во всех разобраться:
В литературе можно найти несколько аббревиатур, давайте попробуем во всех разобраться:
ICAO 6 Annex
> Vs0 - A stalling speed or minimum steady flight speed in the landing configuration.
> Vs1 - A stalling speed or minimum steady flight speed.
> Vs0 - A stalling speed or minimum steady flight speed in the landing configuration.
> Vs1 - A stalling speed or minimum steady flight speed.
Но чаще всего вместо них в документах производителя можно встретить просто скорость Vs. Это минимальная скорость полета, при которой самолет еще может быть управляемым. На этой скорости подъёмная сила больше не может поддерживать самолёт в горизонтальном полёте.
>Vs1g - is the one-g stall speed corresponding to the maximum lift coefficient (CL) where the loadfactor is still equal to 1 (i.e. just before the lift starts decreasing with increasing angle of attack AOA).
То есть эта скорость соответствует максимальному углу атаки и коэффициенту подъемной силы.
>Vs1g - is the one-g stall speed corresponding to the maximum lift coefficient (CL) where the loadfactor is still equal to 1 (i.e. just before the lift starts decreasing with increasing angle of attack AOA).
То есть эта скорость соответствует максимальному углу атаки и коэффициенту подъемной силы.
CFR § 25.103
> Vsr - The reference stall speed, Vsr, is a calibrated airspeed defined by the applicant. Vsr may not be less than a 1-g stall speed.
> Vsr - The reference stall speed, Vsr, is a calibrated airspeed defined by the applicant. Vsr may not be less than a 1-g stall speed.
For a conventional aircraft, the reference stall speed, Vsmin, is based on a load factor that is less than 1 g. This gives a stall speed that is lower than the stall speed at 1 g. All operating speeds are expressed as functions of this speed (for example, Vref = 1.3 Vsmin).
Because aircraft of the A320 family have a low-speed protection feature (alpha limit) that the flight crew cannot override, Airworthiness Authorities have reconsidered the definition of stall speed for these aircraft.
All the operating speeds must be referenced to a speed that can be demonstrated by flight tests. This speed is designated VS1g.
Airworthiness Authorities have agreed that a factor of 0.94 represents the relationship between VS1g for aircraft of the A320 family and VSmin for conventional aircraft types. As a result, Authorities allow aircraft of the A320 family to use the following factors:
‐ V2 = 1.2 × 0.94 Vs1g = 1.13 Vs1g
‐ Vref = 1.3 × 0.94 Vs1g = 1.23 Vs1g
These speeds are identical to those that the conventional 94 % rule would have defined for these aircraft. The A318, A319, A320, and A321 have exactly the same maneuver margin that a conventional aircraft would have at its reference speeds.
The FCOM uses Vs for Vs1g.
Because aircraft of the A320 family have a low-speed protection feature (alpha limit) that the flight crew cannot override, Airworthiness Authorities have reconsidered the definition of stall speed for these aircraft.
All the operating speeds must be referenced to a speed that can be demonstrated by flight tests. This speed is designated VS1g.
Airworthiness Authorities have agreed that a factor of 0.94 represents the relationship between VS1g for aircraft of the A320 family and VSmin for conventional aircraft types. As a result, Authorities allow aircraft of the A320 family to use the following factors:
‐ V2 = 1.2 × 0.94 Vs1g = 1.13 Vs1g
‐ Vref = 1.3 × 0.94 Vs1g = 1.23 Vs1g
These speeds are identical to those that the conventional 94 % rule would have defined for these aircraft. The A318, A319, A320, and A321 have exactly the same maneuver margin that a conventional aircraft would have at its reference speeds.
The FCOM uses Vs for Vs1g.
Все эти скорости, в основном, используются для сертификации воздушного судна. Главное помнить, что сваливание является следствием превышения критического значения угла атаки, а не уменьшения скорости полёта.
Почитать про то, каким образом выполняются тестовые полёты для выявления этих скоростей можно в ICAO 6 Annex 6 Attachment C.
Почитать про то, каким образом выполняются тестовые полёты для выявления этих скоростей можно в ICAO 6 Annex 6 Attachment C.
Minimum control speed (Ground) – Vmcg
CFR § 25.149
>Vmcg, the minimum control speed on the ground, is the calibrated airspeed during the takeoff run at which, when the critical engine is suddenly made inoperative, it is possible to maintain control of the airplane using the rudder control alone (without the use of nosewheel steering)...
>Vmcg, the minimum control speed on the ground, is the calibrated airspeed during the takeoff run at which, when the critical engine is suddenly made inoperative, it is possible to maintain control of the airplane using the rudder control alone (without the use of nosewheel steering)...
Другими словами: это минимальная скорость, на которой возможно управление воздушным судном в продольном направлении в случае отказа критического двигателя на земле, используя лишь руль направления.
Стоит понимать, что на малых скоростях руль направление не имеет большой аэродинамической эффективности, а разворачивающий момент от работающего двигателя при этом большой.
При определении скорости Vmcg предполагается, что экипаж (using normal skill and handling) способен остановить продольное отклонение, вызванное отказом двигателя, в пределах 30 футов относительно осевой линии ВПП используя лишь руль направления с усилием 150 фунтов (68 кг).
Стоит понимать, что на малых скоростях руль направление не имеет большой аэродинамической эффективности, а разворачивающий момент от работающего двигателя при этом большой.
При определении скорости Vmcg предполагается, что экипаж (using normal skill and handling) способен остановить продольное отклонение, вызванное отказом двигателя, в пределах 30 футов относительно осевой линии ВПП используя лишь руль направления с усилием 150 фунтов (68 кг).
Скорость Vmcg определяется при следующий условиях:
- используется максимальная тяга для взлета (тут можно почитать о взлёте самолета);
- наименее благоприятное положение центра тяжести;
- cамолет стриммирован для взлёта при наименее благоприятном весе самолета (из допустимых значений).
Minimum control speed (Air) – Vmca
CFR § 25.149
>Vmc is the calibrated airspeed at which, when the critical engine is suddenly made inoperative, it is possible to maintain control of the airplane with that engine still inoperative and maintain straight flight with an angle of bank of not more than 5 degrees
>Vmc is the calibrated airspeed at which, when the critical engine is suddenly made inoperative, it is possible to maintain control of the airplane with that engine still inoperative and maintain straight flight with an angle of bank of not more than 5 degrees
То есть это минимальная управляемая скорость в воздухе, при которой самолет может оставаться устойчивым и управляемым при отказе одного двигателя и полной работе другого двигателя на взлётном режиме. Предполагается, что усилия на педаль руля направление не превышают 150 фунтов (68 кг) и максимально допустимое отклонение от курса при этом не превысит 20°.
During recovery, the airplane may not assume any dangerous attitude or require exceptional piloting skill, alertness, or strength to prevent a heading change of more than 20 degrees.
Скорость Vmca не должна превышать 1.13Vsr (в некоторых источниках 1.2Vs) при условиях:
- используется максимальная тяга для взлета
- наименее благоприятное положение центра тяжести
- самолет стриммирован для взлета
- максимальный взлетный вес
- незначительное влияние "земного эффекта"
Minimum Unstick speed – Vmu
CFR § 25.107
> Vmu is the calibrated airspeed at and above which the airplane can safely lift off the ground, and continue the takeoff. Vmu speeds must be selected by the applicant throughout the range of thrust-to-weight ratios to be certificated.
> Vmu is the calibrated airspeed at and above which the airplane can safely lift off the ground, and continue the takeoff. Vmu speeds must be selected by the applicant throughout the range of thrust-to-weight ratios to be certificated.
Эта скорость определяется во время лётных испытаний в момент максимального угла атаки, которое может быть физически достигнуто на земле (касание хвостовой частью). Стоит понимать, что эта скорость может являться ограничительной при определении скорости отрыва Vr (CFR § 25.107, "e").
Часть 2. Основные скорости на взлёте
Во время разбега для расчёта всех необходимых характеристик предполагается, что в какой-то момент времени может произойти отказ двигателя. Для сертификационных требований устанавливается скорость, на которой моделируется отказ двигателя - Vef.
Vef - engine failure speed
CFR § 25.107
> Vef is the calibrated airspeed at which the critical engine is assumed to fail. Vef must be selected by the applicant, but may not be less than Vmcg.
> Vef is the calibrated airspeed at which the critical engine is assumed to fail. Vef must be selected by the applicant, but may not be less than Vmcg.
Эта скорость используется для расчётов, но не является той, которую пилоты активно контролируют в реальном времени.
V1 - Takeoff Decision Speed
V1 — это скорость принятия решения, на которой пилот должен принять решение либо продолжать взлёт, либо прекратить его в случае отказа двигателя или иной неисправности.
V1 — это скорость принятия решения, на которой пилот должен принять решение либо продолжать взлёт, либо прекратить его в случае отказа двигателя или иной неисправности.
CFR § 25.107
> V1, in terms of calibrated airspeed, is selected by the applicant; however, V1 may not be less than Vef plus the speed gained with critical engine inoperative during the time interval between the instant at which the critical engine is failed, and the instant at which the pilot recognizes and reacts to the engine failure, as indicated by the pilot's initiation of the first action (e.g., applying brakes, reducing thrust, deploying speed brakes) to stop the airplane during accelerate-stop tests.
> V1, in terms of calibrated airspeed, is selected by the applicant; however, V1 may not be less than Vef plus the speed gained with critical engine inoperative during the time interval between the instant at which the critical engine is failed, and the instant at which the pilot recognizes and reacts to the engine failure, as indicated by the pilot's initiation of the first action (e.g., applying brakes, reducing thrust, deploying speed brakes) to stop the airplane during accelerate-stop tests.
Очень хорошее описание указано в FCTM Boeing 737:
...As a result, the FAA has changed the definition of V1 in 14 CFR Part 25 to read as follows:
То есть скорость V1 должна быть выбрана таким образом, чтобы самолёт мог либо безопасно остановиться до конца полосы, либо продолжить взлет даже при отказе одного двигателя.
Скорость V1 определяется экипажем для каждого взлёта при расчёте взлётных характеристик и вносится в бортовой компьютер. Считается, что после этой скорости безопасная остановка ВС в пределах ВПП не обеспечивается.
...As a result, the FAA has changed the definition of V1 in 14 CFR Part 25 to read as follows:
- V1 means the maximum speed in the takeoff at which the pilot must take the first action (e.g., apply brakes, reduce thrust, deploy speedbrakes) to stop the airplane within the accelerate-stop distance and
- V1 also means the minimum speed in the takeoff, following a failure of an engine at which the pilot can continue the takeoff and achieve the required height above the takeoff surface within the takeoff distance...
То есть скорость V1 должна быть выбрана таким образом, чтобы самолёт мог либо безопасно остановиться до конца полосы, либо продолжить взлет даже при отказе одного двигателя.
Скорость V1 определяется экипажем для каждого взлёта при расчёте взлётных характеристик и вносится в бортовой компьютер. Считается, что после этой скорости безопасная остановка ВС в пределах ВПП не обеспечивается.
FCTM Boeing 737
> Rejecting the takeoff after V1 is not recommended unless the captain judges the airplane incapable of flight. Even if excess runway remains after V1, there is no assurance that the brakes have the capacity to stop the airplane before the end of the runway.
> Rejecting the takeoff after V1 is not recommended unless the captain judges the airplane incapable of flight. Even if excess runway remains after V1, there is no assurance that the brakes have the capacity to stop the airplane before the end of the runway.
Важное примечание
Минимальная скорость V1 ограничивается скоростью Vmcg, а максимальная V1 ограничивается скоростью Vmbe и не может превышать Vr
Минимальная скорость V1 ограничивается скоростью Vmcg, а максимальная V1 ограничивается скоростью Vmbe и не может превышать Vr
Vmbe (Maximum Braking Energy Speed)
Vmbe — это максимальная скорость самолета на взлётно-посадочной полосе, при которой тормозная система может безопасно остановить самолёт, не превышая предельной способности поглощения энергии тормозами. При достижении или превышении этой скорости тепловая нагрузка на тормоза может стать слишком высокой, что приведет к их перегреву и, возможно, отказу.
Vmbe — это максимальная скорость самолета на взлётно-посадочной полосе, при которой тормозная система может безопасно остановить самолёт, не превышая предельной способности поглощения энергии тормозами. При достижении или превышении этой скорости тепловая нагрузка на тормоза может стать слишком высокой, что приведет к их перегреву и, возможно, отказу.
Vr - rotation speed
Airplane Flying Handbook
>Vr - the speed that the pilot begins rotating the aircraft prior to lift-off.
>Vr - the speed that the pilot begins rotating the aircraft prior to lift-off.
Дословно - это скорость, на которой начинается отрыв ВС или поднятие передней стойки. В соответствии с сертификационными требованиями CFR § 25.107 к этой скорости предъявляются требования.
Vr не может быть меньше:
Скорость Vr также рассчитывается для каждого взлета и вносится в бортовой компьютер в ходе предполетной подготовки.
Vr не может быть меньше:
- V1
- 1.05Vmca (Vr ≥ 1.05Vmca)
- Скорость, которая позволяет достичь скорость V2 до достижения высоты 35 футов
- Скорость, которая при поднятии носовой стойки самолета с максимальным темпом приведет к достижению Vlof, при условии:
Скорость Vr также рассчитывается для каждого взлета и вносится в бортовой компьютер в ходе предполетной подготовки.
Vlof - Lift-off speed
CFR § 25.107
> Vlof - Lift-off speed - Is the calibrated airspeed at which the airplane first becomes airborne.
> Vlof - Lift-off speed - Is the calibrated airspeed at which the airplane first becomes airborne.
V2 - Takeoff safety speed
Airplane Flying Handbook
>V2 - takeoff safety speed, or a referenced airspeed obtained after lift-off at which the required one engine-inoperative climb performance can be achieved.
>V2 - takeoff safety speed, or a referenced airspeed obtained after lift-off at which the required one engine-inoperative climb performance can be achieved.
Данная скорость должна быть достигнута к высоте 35 футов в случае отказа двигателя. Согласно CFR § 25.107 скорость V2 не может быть меньше:
- 1.13Vs1g
- 1.1 Vmca
Более того, полет на данной скорости должен быть управляемым (maneuvering capability согласно CFR 25.143(h)) и обеспечивать градиент набора аналогичный второму сегменту набора (2.4%).
Выше представлено изображение со всеми рассмотренными скоростями, ну а если хочется посмотреть видео, то рекомендуем это.
Заключение
Сегодня мы рассмотрели основные взлётные скорости, понимание которых необходимо для безопасного выполнения полета.
Расчет скоростей на взлёте — это обязательная процедура для каждого рейса, поскольку эти параметры зависят от множества факторов: массы самолета, длины ВПП, погодных условий и так далее.
Правильное определение взлетных скоростей также критично для расчета взлетно-посадочных характеристик самолета, которые обеспечивают безопасное управление воздушным судном.
Эта статья является очередной в серии материалов, посвященных ВПХ. В будущем будут рассмотрены другие важные аспекты взлетно-посадочных характеристик, что позволит получить полное представление об этом сложном и критически важном процессе.
Материалы
Расчет скоростей на взлёте — это обязательная процедура для каждого рейса, поскольку эти параметры зависят от множества факторов: массы самолета, длины ВПП, погодных условий и так далее.
Правильное определение взлетных скоростей также критично для расчета взлетно-посадочных характеристик самолета, которые обеспечивают безопасное управление воздушным судном.
Эта статья является очередной в серии материалов, посвященных ВПХ. В будущем будут рассмотрены другие важные аспекты взлетно-посадочных характеристик, что позволит получить полное представление об этом сложном и критически важном процессе.
Материалы
- ICAO. Annex 6 to the Convention on International Civil Aviation. Operation of Aircraft
- FAA. Federal Aviation Regulations (FARs), Part 25 - Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes
- FAA. Advisory Circular AC 25-7D - Flight Test Guide for Certification of Transport Category Airplanes
- Airplane Flying Handbook (3C) Glossary
Понравилась ли вам наша статья?
Название статьи: Скорости самолёта на взлёте
Дата выхода: 10.10.2024
Автор статьи: Константин Радченко
Редактор: Георгий Курбацкий
Дата выхода: 10.10.2024
Автор статьи: Константин Радченко
Редактор: Георгий Курбацкий
Подписывайтесь и учитесь с нами
All photo and video materials belong to their owners and are used for demonstration purposes only. Please do not use them in commercial projects.
