"Имеем два самолета. Тип самолета, условия полета, начальное количество топлива на борту, масса самолета - ВСЕ одинаково.
Разница только в центровке.
У первого самолета центровка более передняя (нос тяжелый), у второго - задняя (хвост тяжелый). Конечно же, значения центровки в пределах эксплуатационных ограничений.
Вопрос - какой самолет будет иметь бОльшую дальность полета при всех работающих двигателях? Почему?"
У первого самолета центровка более передняя (нос тяжелый), у второго - задняя (хвост тяжелый). Конечно же, значения центровки в пределах эксплуатационных ограничений.
Вопрос - какой самолет будет иметь бОльшую дальность полета при всех работающих двигателях? Почему?"
Согласитесь, так и хочется представить себе самолет, который задирает нос, потому что "хвост тяжелый" и, наоборот, его опускает, потому что он "легкий".
Давайте разбираться
--==(о)==--
Как вообще летает самолет классической схемы, у которого есть крыло впереди и стабилизатор сзади?
Понятие угла атаки
Для того, чтобы самолет летел, он должен держаться в воздухе. Это логично. А держится он в воздухе за счет того, что крыло летит под некоторым углом к набегающему потоку, который называется углом атаки. Угол атаки может не совпадать с углом тангажа, т.к. крыло установлено под положительным углом наклона к строительной оси фюзеляжа - это нужно для того, чтобы на наиболее "ходовых" режимах (в крейсерском полете) фюзеляж летел практически горизонтально, для экономии топлива (меньшее сопротивление) и удобства пассажиров (чтобы не бегать с горки/в горку)
Понятие центра давления
Крыло создает основную подъемную силу, всем остальным можно пренебречь (например, фюзеляж тоже может ее создавать). На крыле существует так называемый "центр давления (ЦД)", в котором данная подъемная сила прикладывается. ЦД зависит от геометрии крыла и угла атаки - при увеличении угла атаки ЦД смещается вперед.
Правильнее было бы говорить о "фокусе", но о фокусах крыла и самолета сегодня мы говорить не будем, чтобы не усложнять тему. Кто хочет углубиться - приглашаю сюда
Понятие центра тяжести
Самолет имеет центр тяжести (ЦТ). Точка, где уравновешиваются все массы конструкции, взятые по отдельности. В полете именно относительно него происходят все эволюции самолета. Соответственно, если мы говорим про подъемную силу, приложенную в ЦД, то на плече до центра тяжести она будет создавать некий момент, либо на кабрирование (задирание носа), либо на пикирование (опускание носа).
В самолете, созданным по классической схеме, центр тяжести всегда находится ВПЕРЕДИ центра давления. Это необходимо для того, чтобы обеспечить необходимую продольную устойчивость самолета - способность самолета восстанавливать изначальные параметры после прекращения воздействия возмущения. Если ЦТ находится впереди ЦД (и пресловутого фокуса), то в этом случае самолет устойчив, если сопадают - то нейтральным, а если позади, то неучтойчив.
Конструкторы так проектируют самолет и так накладывают ограничения, чтобы диапазон допустимых центровок был достаточно приличным, но центровка была впереди ЦД. Поэтому, когда мы применяем слова "передний или задний" по отношению к центровке, то имеем в виду ее близость к границам диапазона.
Соответственно, у нашего "классического" самолета, устойчивого, ЦТ впереди, и поэтому, подъемная сила крыла создаете ПИКИРУЮЩИЙ момент!
И чем дальше впереди от точки приложения подъемной силы находится центр тяжести (передняя центровка), тем этот момент более значительный. Запомним это!
--==(о)==--
Для того, чтобы самолет не кувыркался носом вниз, должна существовать некая компенсирующая сила. В роли этой силы выступает стабилизатор, который уравновешивает пикирующий момент крыла, создавая отрицательную подъемную силу. Которая, как и сила тяжести самолета, тянет лайнер вниз.
Чем больше эта отрицательная подъемная сила, тем больше требуется подъемной силы крыла для того, чтобы самолет держался в воздухе. А как эту силу создать?
Правильно! Увеличением угла атаки!
Но с увеличением угла атаки самолет получает не только бОльшую подъемную силу, но и бОльшее сопротивление. Соответственно, для того, чтобы самолет летел с той же самой скоростью, необходимо увеличить тягу двигателей, а это приводит к бОльшему расходу топлива.
Поэтому при всех прочих равных самолет с более передней центровкой пролетит расстояние меньшее, чем с центровкой более задней.
Кроме того, т.к. самолет с передней центровкой летит на бОльшем угле атаки, то он находится ближе к т.н. "критическому углу атаки" - такому углу, на котором происходит срыв потока воздуха и сваливание самолета.
Чем выше скорость самолета по отношению к скорости звука, тем меньше этот "критический угол атаки". Существуют определенные запасы по углу атаки, которые лимитированы правилами, поэтому вступает еще один аргумент в пользу более задней центровки - такой самолет сможет лететь чуть выше, чем самолет с передней центровкой.
А значит, снова экономить топливо.
