Аэростат в типичном свободном полете всегда перемещается вместе с воздушной массой, поэтому динамическое воздействие на его оболочку отсутствует. При совершении вертикальных маневров, при попадании в сдвиг ветра, в термические или динамические конвективные потоки, а также при полетах на привязи на оболочку воздействует скоростной поток воздуха, вызывающий дополнительные силы, которые пилот обязан учитывать. Различные случаи обтекания оболочки показаны на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Воздействие воздушного потока на оболочку аэростата: а, в - при малых скоростях потока; б, г - при скоростях потока, вызывающих деформацию оболочки («ложку»)
Горизонтальные и вертикальные силы, действующие на аэростат (оболочку), соответственно равны:
(11)
(12)
где Fx, Fy - вертикальная и горизонтальная силы, Н; Sx, Sy - площади поперечного сечения оболочки в юризонтальном и вертикальном направлении соответственно, м2; ρн - плотность наружного воздуха, кг/м3; Vx, Vy - горизонтальная и вертикальная составляющие скорости набегающего воздуха, м/с.
Аэродинамические коэффициенты Сх и Сy для оболочек аэростатов классической формы (близкой к грушевидной) зависят от условий обтекания и приведены в таблице 5.4. Аэродинамические коэффициенты увеличиваются с ростом высоты полета.
Таблица 5.4. Аэродинамические коэффициенты для оболочек классической формы
|
Значения |
Условия |
|
0,6 |
Обтекание невозмущенным воздухом и без деформации оболочки (см. рис. 5.3 в, в) |
|
0,8 |
Обтекание турбулентным потоком без деформации оболочки |
|
0,8... 1,1 |
Обтекание турбулентным потоком с образованием на оболочке «ложки» (см. рис. 5.3 б, г) |
Горизонтальный полет
Наиболее простой случай - горизонтальный полет без воздействия на аэростат восходящих или нисходящих потоков. Этот случай показан на рис. 5.4,а. При этом вес аэростата G уравновешен полной подъемной силой:
Fa = G. (13)
Рис. 5.4. Силы, действующие на аэростат в полете: а - горизонтальный полет; б - полет с равномерным набором высоты (скорость потока воздуха Vу направлена сверху вниз); в - спуск аэростата с замедлением (скорость потока воздуха направлена снизу вверх); г - полет аэростата на привязи
При наборе высоты или спуске с постоянной скоростью на аэростат дополнительно воздействует динамический напор воздуха. Аналогичное воздействие может получать шар и при горизонтальном полете в условиях вертикальной термической активности атмосферы.
Для остановки автомобиля, мчащегося с большой скоростью, требуется всего несколько секунд, для остановки аэростата, который спускается со скоростью существенно меньшей, требуются уже десятки секунд. Схема спуска аэростата с замедлением показана на рисунке 5.4 в.
В среднем более половину времени приходится работать на привязи, отрабатывая заказы рекламодателей или катая пассажиров. Несмотря на кажущуюся простоту, привязной полет в некоторых отношениях оказывается сложнее свободного. Это в первую очередь связано с воздействием на аэростат боковых порывов ветра и других факторов. Схема сил, действующих на аэростат при полете на привязи, показана на рисунке 5.4 г.
