Съществуват няколко вида диапазони за полетно маневриране за летателни апарати, описващи отношението между един полетен параметър към друг. Най-популярната диаграма включва въздушната скорост (описвана с числото на Мах) и промяната в полетната височина (V-h) или въздушната скорост и промяната по претоварване (V-n). Втората диаграма е най-важна, тъй като показва границите на структурните претоварвания като функция на въздушната скорост. Диапазонът на полетно маневриране се определя в проектната фаза. Графиката на скоростта към коефициента на претоварване (V-n диаграмата) е начин да се покажат границите на възможностите на летателния апарат – показва колко претоварване може да достигне за различни скорости.

Дефинирането и анализа на V-n диаграмата е от особено значение по време на проектирането на летателния апарат, тъй като влияе на оперирането му. Маневра или порив на вятъра временно може да изведат летателния апарат от диапазона и да причинят структурна повреда и по този начин да застрашат безопасността на полета.

V-n диаграма

Коефициент на претоварване. Структурата на летателния апарат е проектирана да издържи сили упражнявани по време на полет; те формират коефициента на претоварване и се променят в различните фази на полета; коефициентът на претоварване се дефинира като отношението между подемната сила и теглото на летателния апарат:

където

Коефициентът на претоварване е равен на 1, когато летателния апарат е статичен на земята и му действа само гравитацията, следователно може да се определи като кратен на земното ускорение g.

Важни характеристики на V-n диаграмата са:

• Скоростта на срив (точка A) се определя от аеродинамичните характеристики на платформата. В горния пример летателния апарат е способен да развие n=1 (1g) при скорост от 62 mph (мили в час).
• Пресечната точка на положителната граница на коефициента на претоварване и линията на максимална подемна сила (точка B) определя максималната въздушна скорост, позволяваща маневриране. В ниските скорости, структурата не може да се претовари, тъй като летателния апарат ще се срине преди да достигне границата по претоварване. Диапазона на маневриране границата на коефициента по претоварване ще се достигне в най-ниските възможни въздушни скорости. Във високите скорости е възможно да се причинят структурни повреди. На горната диаграма скоростта на маневриране се достига при n=4.4g и въздушна скорост IAS=137 mph.
• Пресечната на отрицателната граница на претоварване и линията на максималната отрицателна способност за подемна сила (точка C) определя максималната скорост позволяваща пълна маневреност в ситуация на отрицателна подемна сила. Както се вижда на графиката по-големи въздушни скорости осигуряват достатъчно негативна подемна сила да повреди структурата.
• Въздушната скорост необходима за достигането на определен отрицателен коефициент на претоварване и по-голяма от скоростта за същия положителен коефициент.
• За да се осигури структурна безопасност, трябва да се определи максимална максимална крейсерска скорост. Обикновено се определя като отправна точка за всеки летателен апарат; в горния пример е 180mph. Освен това диаграмата определя и скоростта на пикиране. Тя е най-голямата скорост (обикновено 1.25 от крейсерската скорост) преди летателния апарат да навлезе в регион, където е възможен отказ на структурата.
• Когато летателния апарат се експлоатира в региони на структурни повреди и откази, настъпват необратими деформации на основната структура и високи нива на умора. Такава експлоатация трябва да се избягва.

Автопилота и диапазона на полетно маневриране

Автопилотите на UAV Navigation са проектирани така че командите винаги държат летателния апарат във безопасния диапазон, освен ако умишлено не са провокирани от оператора. Това извежда платформата ‘извън полетния диапазон’, причинявайки щети по структурата и вероятна загуба на апарата. Тази безопасностна характеристика е внедрена в автопилотите на UAV Navigation и е част от процеса на адаптация.

Благодарности на UAV Navigation за предоставена статия. Цялата можете да прочетете тук: https://www.uavnavigation.com/company/news-and-events/uav-navigation-depth-flight-envelope