Динамика полёта

ДИНАМИКА ПОЛЁТА, прикладная научная дисциплина, изучающая законы и особенности полёта летательных аппаратов (ЛА). Динамика  полета изучает траектории ЛА, методы их расчёта, характеристики устойчивости и управляемости. Под траекторией полёта ЛА понимают геометрическое место точек в пространстве, которое занимает центр масс ЛА в процессе его движения. В задачах расчёта траекторий (траекторного движения) ЛА рассматривается как материальная точка с массой, равной массе ЛА, которая движется под действием внешних сил. Такая идеализация - следствие гипотезы, что все силы, определяющие движение ЛА как материальной точки, изменяются мгновенно. Целью расчёта траекторного движения является решение двух основных задач: расчёт траекторий полёта ЛА при действии заданных сил; расчёт сил, действующих на ЛА при его движении по заданной траектории полёта (обратная задача динамика полета).

Результатом расчёта траекторий являются их характеристики для различных режимов полёта: взлётно-посадочные и крейсерские; маневрирование; наведение в заданную точку пространства; старт автоматического ЛА и др. Особенности расчёта траекторий определяются условиями режима полёта (например, посадка на аэродром или посадка на палубу авианосца, наведение в заданную неподвижную или подвижную точку пространства). В общем случае режимы полёта относятся к неустановившимся, на которых меняются положение, скорость и направление движения ЛА в пространстве. Частный (но важный) случай движения ЛА - его полёт на установившихся (равновесных) режимах, когда скорость ЛА принимается постоянной. Совокупность результатов траекторных расчётов называется лётно-техническими характеристиками (ЛТХ) ЛА, которые включают в себя: диапазоны располагаемых высот и скоростей полёта, дальность, продолжительность и манёвренность, взлётно-посадочные характеристики и др.

При исследовании характеристик устойчивости и управляемости ЛА предполагают, что параметры траекторного движения известны, а сам ЛА является твёрдым или упругим телом. В этом случае траектория полёта называется опорной или программной и рассчитывается для средних или предельных условий полёта. Под действием неконтролируемых факторов - возмущений (порывов ветра, турбулентности и т.д.) реальная траектория полёта отклоняется от программной траектории. Под устойчивостью понимают способность ЛА самостоятельно (без вмешательства лётчика) возвращаться к условиям полёта на опорной траектории, после того как исчезнет причина, вызвавшая это отклонение от опорной траектории. Под управляемостью понимают способность ЛА реагировать на отклонение органов управления ЛА лётчиком или системой автоматического управления.

Задачами динамики полета являются обеспечение требуемых нормами лётной годности характеристик устойчивости и управляемости в эксплуатационных условиях полёта при проектировании ЛА или доводки его характеристик в процессе лётных испытаний. Это достигается соответствующим выбором положения центра масс, геометрией несущих и стабилизирующих поверхностей планёра в ЛА (крыло, горизонтальное и вертикальное оперение и др.), рулевых поверхностей, а также характеристик системы управления.

Методы исследования, принятые в динамике полета ЛА, делятся на теоретические и экспериментальные. К теоретическим относятся методы исследования решений дифференциальных уравнений движения ЛА как в траекторных задачах, так и в задачах устойчивости и управляемости. Решения этих уравнений получают либо аналитически, либо численно на компьютерах. Экспериментальные методы включают в себя полунатурные исследования на наземных стендах (тренажёрах) и натурные лётные эксперименты на летающих лабораториях. Для обработки результатов полунатурных и натурных экспериментов применяют методы идентификации динамических систем.

В основе динамики траекторного движения ЛА лежат работы И. В. Мещерского по динамике точки переменной массы. Большой вклад в развитие динамики полета как прикладной научной дисциплины в России внесли Н. Е. Жуковский, В. П. Ветчинкин, В. С. Пышнов, И. М. Пашковский, И. В. Остославский, Г. С. Бюшгенс, Р. В. Студнев; в Германии - В. Кутта; в Великобритании - Ф. Ланчестер и др.

Лит.: Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. М., 1965; они же. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. М., 1969.