Подставляем полученные значения в формулу:
γ = 0,4644 * P(мм. рт. ст.) / T = 0,4644 * 500 / 273 = 0,851 кгс/м^3
Массовая плотность по определению равна отношению весовой плотности к ускорению свободного падения, таким образом, массовая плотность воздуха Окинавы на высоте 3660 м равна:
ρ = γ / g = 0,851 / 9,81 = 0,087 (кгс*с^2)/м^4
Переходим к расчету коэффициента лобового сопротивления cx.
Напомню уравнение движения для установившегося горизонтального полета самолета:
P = (cx * ρ * S * V^2) / 2
Для того, чтобы определить значение cx необходимо знать значение силы тяги P, но в нашем случае она неизвестна и именно ее мы и хотим в конечном счете расчитать. Но мы можем разогнать самолет до интересующей нас скорости (V = 220 км/ч из опыта № 1), используя вместо винтомоторной установки самолета другой источник энергии, тягу которого легко определить. Этот источник энергии - сила тяжести.
Если мы запустим самолет в пологое планирование с выключенным мотором, то под воздействием силы тяжести возникнет некоторая сила тяги G * sin θ, которая будет уравновешена совместным действием лобового сопротивления самолета и лобового сопротивления остановленного винта:
P = G * sin θ = (cx * ρ * S * V^2) / 2 + F где
G – полетный вес самолета
θ – угол планирования
(cx * ρ * S * V^2) / 2 – лобовое сопротивление самолета без винта
F – лобовое сопротивление остановленного винта
Осюда:
cx = (2 * G * sin θ – F) / (ρ * S * V^2)
В расчетной формуле появились новые неизвестные: полетный вес, угол планирования и лобовое сопротивление остановленного винта. Попробуем их определить.
Полетный вес.
По данным «музея Ил-2» взлетный вес A6M2-21 составляет 2410 кг. Из ТТХ самолета (взятых, например, здесь: http://wunderwaffe.narod.ru/Magazine.../03_New/09.htm ) известно, что объем основного топливного бака A6M2-21 равен 518 л. Плотность бензина в среднем составляет 0,72. Вычитаем из взлетного веса 99% объема бензина, умноженного на плотность и получаем полетный вес для условий полета из «Опыта № 1»:
G = 2410 – 518 * 0,99 * 0,72 = 2041 кг.
Угол планирования.
Угол планирования определяем как угол между катетом и гипотенузой прямоугольного треугольника: гипотенузой является вектор скорости самолета относительно воздуха, катет – вектор вертикальной скорости.
θ = arcsin (V/Vу)
Садимся в самолет, включаем секундомер и планируем с выключенным мотором с высоты 4 000 м до 3 000 м , выдерживая TAS = 220 км/ч. Делим тысячу метров на время снижения в секундах и получаем вертикальную скорость. Я выполнил три замера и выяснил, что вертикальная скорость A6M2-21 с загрузкой топлива 1% при планировании со скоростью TAS = 220 км/ч (61,11 м/с) в «Ил-2» равна 6,21 м/с.
Подставляем значения в формулу, получаем:
θ = arcsin (V/Vу) = arcsin (61,11/6,21) = 5,81 град.
Лобовое сопротивление винта.
Согласно ТТХ самолет A6M2-21 оснащен автоматическим трехлопастным воздушным винтом Sumitomo HSC40B конструкции Hamilton-Standard Corporation диаметром 2,9 м и диапазоном установочных углов лопастей 25 – 45 град. Точные характеристики винта HSC40B мне неизвестны, но из теории воздушных винтов следует, что наибольшее влияние на характеристики винта оказывают такие параметры, как диаметр винта, число лопастей и их угол установки. Профиль лопасти, если он достаточно совершенный, оказвает весьма незначительное влияние на свойства винта. Лопасти винта Hamilton-Standard переходят на малый шаг под воздействием давления масла, нагнетаемого насосом регулятора постоянных оборотов в гидроцилиндр винта, а на большой шаг – под воздействием центробежной силы, действующей на грузики, прикрепленные к основанию лопастей. Дополнительно во втулку винта установлены две коаксиальные пружины, отжимающие гидроцилиндр в исходное положение при уменьшении давления масла и помогающие грузикам разворачивать лопасти на большой шаг. Таким образом, при остановке мотора в воздухе давление масла в системе падает и лопасти под воздействием грузиков и пружин автоматически встают на упор большого шага. По графику из книги «Характеристики воздушных винтов». Кравец. 1941, находим значение производного коэффициента тяги α' для трехлопастного винта с лопастями, установленными на угол 45 град, он равен -0,022.
Ответить с цитированием