Ptisa_Lucy все записи автора Автор Maxfactor72


Почему же летает самолет?

Дисклаймер, сиречь, отмазка: речь в этой статье пойдет не об антигравах или каком-то еще фантастическом принципе полета, а только лишь об аэродинамике. То есть, о машинах, широко использующихся человечеством прямо сейчас. Когда-то я написал целый рассказ-лекцию, но ридеры сказали, что из-за беллетристики понять техническую информацию сложно. И я решил накарябать более, так сказать, академическую статью.

Как известно, человек рожден ползать. Но, в отличие от ужа, у него есть разум, который дал стальные руки-крылья, а вместо сердца – турбореактивный двигатель фирмы «Дженерал Электрик». Ну, или Люльку-турбофан, как на Су-27. Это уж кому что.

Итак, представим себе, что самолет (не имеет значения, какой), летит прямолинейно и с постоянной скоростью. На него действуют четыре силы: сила тяжести, подъемная сила, сила сопротивления среды и сила тяги двигателя. Все эти четыре силы уравновешены.

Ну, с силой тяжести и силой сопротивления все понятно – это природные, естественные силы, которые на Земле действуют всегда, то две другие силы – подъемная и сила тяги, искусственные. И если сила тяги создается двигателем, то чем же создается подъемная сила?

Ну, не буду вас томить. Как и всякий уважающий себя Капитан Очевидность, скажу сразу: подъемная сила создается крылом. Маленькое уточнение: в России считается, что у самолета всего одно крыло и оно состоит из двух полукрыльев. За рубежом же крыльев два – left wing и right wing, соответственно.

Как же крыло создает подъемную силу? Для начала оно делит набегающий поток воздуха на две части – потоки над и под крылом. Во многих источниках написано, что из-за формы (профиля) крыла в верхней его части поток воздуха приобретает большую скорость и (по закону Бернулли) давление становится меньше. В нижней части все наоборот – скорость потока ниже, а давление выше. Возникает подъемная сила. А теперь пойдем гулять и возьмем с собой воздушного змея. Мы его запустили на радость местным детишкам, поиграли, подняли настроение. И вот змей на земле, мы его складываем и с удивлением обнаруживаем, что он плоский! У него нет никакой формы! Но он летал! Почему?

Мы снова запускаем змея (прямо на глазах изумленных детишек) и видим, что он висит в небе под углом к горизонту. А если представить себе, что ветер дует вдоль поверхности земли, то змей висит и под углом к ветру, то есть, к потоку воздуха. Так вот и крыло самолета врезается в воздух под определенным углом к потоку. И этот угол называется углом атаки. Он настолько важен, что во многих самолетах ставится отдельный его указатель.

Есть несколько теорий подъемной силы, но суть примерно одна. Крыло делит поток воздуха на две части. Нижний поток оно как бы спрессовывает и отбрасывает вниз, создавая повышенное давление. Вверху же, наоборот, создается разрежение. Крыло стремится вверх. Самолет жужжит (или свистит) и летит. Важно запомнить (и я повторю это еще раз): подъемная сила крыла создается за счет угла атаки. Особый профиль нужен крылу только для повышения эффективности.

Добавлю, что бывают самолеты совсем без крыла – подъемная сила создается фюзеляжем особой формы. Правда, это, скорее, исключение. Но именно здесь реальность пересекается с фантастикой – к примеру, челнок «Шайенн» из фильма «Чужие», при сложенных крыльях создает подъемную силу за счет формы корпуса.

Еще я добавлю, что подъемная сила и сила сопротивления зависят от угла атаки и скорости. Чем больше скорость и угол атаки, тем выше подъемная сила, но тем и выше сопротивление самолету. Соответственно, если пилот снижает тягу двигателей (это называется «прибрать газ»), скорость падает, и самолет начинает снижаться. Значит, чтобы сохранить горизонтальный полет, нужно увеличить угол атаки. Да, именно так – в

полете все параметры связаны друг с другом. И ничего здесь не поделать, увы. Вот такая трудная работа у летчика.

На сегодня все. В одной из следующих статей я расскажу, каким образом управляется самолет. Нам ведь нужно не просто лететь, а добраться туда, куда нужно. А пока… пока!


Как управлять самолетом?

Купил американец самолет. Как управлять, не знает. Выписал журнал. Сел в кабину, читает. Как взлететь: ручку А на себя, ручку Б от себя. Взлетел. Читает дальше. Как развернуться: ручку А вправо, ручку Б от себя. Развернулся. Читает дальше. Как посадить самолет: продолжение в следующем номере.

К чему это я? Ах да. Тема у нас сегодня такая: управление самолетом. Мы же не хотим быть похожими на того американца из анекдота. Но сначала немного пробежимся по верхушкам предыдущей темы. Как говорится, повторение – мать учения.

Так вот: в прошлый раз мы говорили, что самолет летает, потому что его крыло взаимодействует с воздухом под определенным углом к набегающему потоку – углом атаки. И подъемная сила крыла напрямую зависит от угла атаки – чем он больше, чем сильнее самолет тянет вверх. Строго говоря, есть понятие средней аэродинамической хорды. И угол атаки – это угол между ней и потоком. Но мы не будем лезть в унылые дебри.

Сразу же дисклаймер: все, что я буду говорить, будет сказано о самолете так называемой нормальной аэродинамической схемы. То есть, о тех машинах, у которых хвостовое оперение расположено позади крыла. Никаких «уток», бесхвосток и так далее.

Ну-с, вводная часть закончена, начнем. Для начала – скучные основы. Через любой самолет можно провести три оси. Ось от носа до хвоста называется продольной осью (каналом), или осью крена. Ось от крыла до крыла называют поперечной осью или осью тангажа. И ось, проходящую через фюзеляж сверху вниз, перпендикулярно продольной оси, называют вертикальной осью или осью рыскания. И какие бы кренделя не выписывал в небе наш летательный аппарат, напрямую управлять мы им можем только по этим трем осям. Или, как говорят авиаторы, самолет управляется по крену, тангажу и рысканию. Как же это делает пилот?

Очевидно, что управлять самолетом в небе можно лишь изменяя подъемную силу или тягу двигателя. Ну, тяга нас сегодня мало интересует. А вот для изменения подъемной силы существуют особые управляемые плоскости. Те, что на крыльях, называются элеронами. Их хорошо видно на любом самолете: элероны расположены ближе к законцовкам. (Те плоскости, что ближе к корню крыла называются закрылки, и мы пока не будем их рассматривать).

Так вот, когда летчик отклоняет ручку или штурвал, скажем, вправо, правый элерон поднимается вверх, подъемная сила падает и крыло опускается. Левый же элерон опускается, подъемная сила возрастает и крыло поднимается. Самолет начинает крениться вправо. Нетрудно догадаться, что произойдет, если отклонить ручку влево.

С креном разобрались. С тангажом все немного сложнее. Он управляется рулем высоты, который расположен сзади, на хвостовом оперении. И здесь нужно маленькое уточнение. В нормальной аэродинамической схеме хвостовое оперение создает отрицательную подъемную силу. То есть, тянет хвост вниз!

Значит, когда летчик берет ручку на себя, руль высоты отклоняется вверх. Отрицательная подъемная сила возрастает и хвост опускается. Зато нос самолета идет вверх, увеличивается угол атаки и возрастает подъемная сила крыла, которая намного больше отрицательной подъемной силы хвоста. Наш самолет весело… ну или вяло набирает высоту. Если же отдать ручку от себя… надеюсь, все понятно.

С рысканием же на первый взгляд все просто – оно управляется дополнительной плоскостью на киле (или вертикальном стабилизаторе) - рулем направления при помощи педалей. Куда нажал педаль, туда отклоняется руль направления и туда же идет нос самолета. Красота! Ну, по крайней мере, теоретически.

Внизу блестят речки, зеленеет лес, надо выходить на посадочный курс, пилот что есть силы давит на педаль – вот сейчас ногой пол пробьет, а самолет разворачивается в час по чайной ложке. Что мы делаем не так?

Когда-то, на заре авиации, самолеты именно так и разворачивали – «блинчиком», при помощи руля направления. Летчики плевались, изрыгали чудовищные проклятия и отборные ругательства на всех языках, но продолжали грызть аэродинамический кактус. Положил конец нервотрепке русский летчик Петр Нестеров.

Поначалу Нестеров страдал и матерился, как все. Каждый раз, посадив «Ньюпор» и выключив ротативный двигатель, он шел к своему другу академику Жуковскому и жаловался на тяжкую судьбу летчика-первопроходца. Жуковский качал головой и наливал товарищу стакан минералки. Глядя на это бесконечное качание, Нестеров однажды поинтересовался, а что будет, если накренить самолет? Жуковский только развел руками: он же не мог спорить с зарубежными авторитетами. Во всех источниках убедительно доказывалось, что крен приведет к неуправляемому падению: крыло попросту не сможет удержать машину в воздухе!

Но однажды Нестеров не выдержал. Он, как и все образованные люди, витиевато выругался, крикнул «была не была!», отклонил ручку и… самолет не упал! Зато он развернулся намного, в разы быстрее! После посадки Нестеров прибежал к Жуковскому и тот немедля оповестил по телеграфу все авиационные журналы мира.

С тех пор самолеты разворачиваются только при помощи элеронов и крена, изменяя вектор подъемной силы, а языки стран мира стали намного чище.

Значит, руль направления для разворотов не используется? Зачем же он нужен? На тихоходных поршневых самолетах при помощи руля направления устраняют скольжение – координируют развороты. На быстроходных (по большей части реактивных) или тяжелых машинах руль направления пользует автоматика – так называемый демпфер рыскания. Ну и иногда рулем направления пользуются при выводе самолета из штопора. Но еще раз повторюсь: никогда не пытайтесь развернуть самолет при помощи руля направления (если, конечно, не отказало все остальное управление). Не стоит провоцировать инструктора загрязнять русский язык.

Теперь я расскажу об одном маленьком нюансе. Чтобы самолет летел горизонтально, то есть, без набора или потери высоты, пилот должен удерживать руль высоты в определенном положении. Надо сказать, это довольно утомительно: приходится постоянно тянуть или толкать ручку управления, прикладывать так называемые балансировочные усилия. Но самолет – не качалка, а пилоты, как правило, лентяи. Вот они, поигрывая снятой с самолета ручкой управления, и предложили инженерам как-то решить их проблему. Изобретательные умы сначала заартачились: чужие проблемы им ни к чему. Потом покумекали и решили, что слишком накачанные пилоты могут попортить им не только жизнь, но и морду лица. Одним словом, инженеры сдались и придумали хитроумное устройство.

Чтобы снять с ручки нагрузку, на руле высоты ставят еще одну, совсем крохотную плоскость – триммер. Летчик отклоняет ее при помощи особой рукоятки, колеса или тумблера (если триммер с электроприводом). Триммер за счет набегающего потока как бы фиксирует руль высоты и снимает нагрузку с ручки управления. Летчик довольно улыбается… Нет, дружище, это еще не автопилот. Пить кофе и жарить курочку на рабочем месте не получится. Так что ручку-то не отпускай. Ну так, на всякий случай.

Глянем на картинку. На ней свистит реактивными двигателями учебно-тренировочный самолет ВВС США Т-38 «Тэлон». У вас еще нет когнитивного диссонанса? Тогда приглядитесь к хвостовому оперению. Все верно: куда-то исчезли рули высоты. Да и триммер не просматривается. Получается, я всю дорогу ездил вам по ушам? Ошибаетесь.

Дело в том, что Т-38 – сверхзвуковой самолет. На сверхзвуке обычные рули высоты малоэффективны и горизонтальный стабилизатор отклоняется целиком. Он так и называется – цельноповоротный стабилизатор. Но и это еще не все. Никаких триммеров

на нем нет. Дело в том, что отклонить стабилизатор на сверхзвуковой скорости вручную, используя систему тяг и тросов, не смогут даже три штангиста. Рули заклинивает, как в цементе, усилия достигают сотен килограммов. Приходится ставить гидравлическую систему: летчик управляет клапанами, а рули отклоняет давление жидкости в гидроцилиндрах. Система необратима, усилия от рулей на ручку управления не передаются. А чтобы пилот совсем не загрустил и не обленился, ставят специальное устройство: полетный загружатель – связанную с ручкой систему пружин.

Но переключатель триммера на Т-38 все же есть. Он просто-напросто управляет затяжкой пружины загружателя или вовсе устанавливает ручку управления в нейтраль.

Добавлю, что часто триммеры ставят и в другие плоскости – на элероны и руль направления. Но пользуются ими реже, чем триммером руля высоты.

Ну-с, на сегодня все. Как говорится, сплошная работа и никакого веселья сделали из Джека скучного парня. Я же не хочу, чтобы вы стали скучными парнями. Так что… веселитесь! На сегодня все.


Продолжение следует

Разорванное небо