Осторожно, много букв!!!
Написать эту статью меня побудило несколько факторов, первый это эта тема и отношение к ней, второе, это авиа происшествие, которое произошло со мной, этой зимой и третье, это общение с пилотами других самолетов и выпускниками летных школ. Ниже я "на пальцах" без формул и занудствований с графиками посторался донести то как летает самолет и как летать безопасно, может кому то этот материал окажется полезным, пусть здесь полежит.
Безопасный полет. (здесь мы поговорим о безопасном управлении самолетом классической схемы.)
Если вы считаете, что залог безопасных полетов это не попадать в нештатные ситуации, если вы считаете, что держась за штурвал самолета вы держите его в воздухе и безопасно им управляете, текст ниже не для вас.
Однако прежде чем говорить о том, как безопасно управлять самолетом, надо поговорить об аэродинамике. Почему самолет сам летит и как это у него получается.
Как работает крыло.
В упрощенном понимание профиль крыла имеет плоско выпуклую форму. Соответственно двигаясь через воздух, крыло разделяет его на два потока, один уходит на верх, другой проходит снизу. Поток не может разорваться, а значит верхний поток вынужден ускориться проходя больший путь по выпуклой стороне крыла. (на это ускорение потока и приходится основные затраты мощности двигателя, и это создает основное сопротивление, запомним, это нам еще пригодиться.) По закону Бернули, там где скорость потока выше там ниже давление. Соответственно над крылом у нас создается зона низкого давления, а под крылом зона высокого. Так мы и получаем подъемную силу на крыле, и за счет этого самолет держится в воздухе и способен лететь. Но все это происходит пока самолет движется через воздух, останови его и нет подъемной силы, увеличь скорость движения и увеличится подъемная сила.
Что такое угол атаки.
Представим себе крыло в виде плоской пластины, так вот как раз тот угол с которым эта пластина движется через воздух и является углом атаки. Теперь придадим этой пластине профиль крыла и вот мы получаем угол атаки крыла. Причем обратите внимание, что куда бы не двигался самолет, вверх, вниз или в вираже у него сохраняется какой то угол атаки относительно воздуха в котором он перемещается.
Как создается подъемная сила и как она зависит от угла атаки.
Происхождение подъемной силы мы уже разобрали, главное, нам надо запомнить, что подъемная сила существует, пока две частички воздуха разбежавшись в самом начале крыла, одна побежала быстрее и сверху, а вторая медленнее и снизу должны обязательно встретиться в конце. Теперь мы начинаем увеличивать угол атаки, путь частицы воздуха которая движется сверху начнет увеличиваться, значит ей надо развить большую скорость, а значит давление сверху начнет уменьшаться и подъемная сила начнет расти. Однако мы не можем до бесконечности увеличивать угол атаки, поставьте крыло поперек потока и все, две частицы никогда не встретятся, так как за крылом образуется вихрь который и не даст встретиться нашим частицам, а значит и не будет подъемной силы. В реале этот вихрь образуется гораздо раньше, где-то начиная с 16-20 градусов угла атаки, все зависит в первую очередь от профиля и еще нескольких факторов, которыми мы можем пренебречь.
Как зависит сопротивление крыла от угла атаки.
С увеличением угла атаки, путь частицы двигающейся сверху начинает удлиняться, и как мы уже выяснили, ее скорость должна увеличиться, а кто ее разгонит и откуда она возьмет на это энергию? Если мы не добавим мощности мотору, то будем черпать эту энергию из скорости, теряя ее. То есть с увеличением угла атаки у нас начинает расти не только подъемная сила крыла, но и его сопротивление, а с уменьшением угла атаки, падает как подъемная сила так и сопротивление и мы начинаем разгоняться.
Заем нужны закрылки и предкрылки и как они работают.
Начнем с предкрылков, если по простому, то это маленькое узкое крылышко которое расположено перед основным крылом. Его задача, на больших углах атаки, пропустив поток воздуха между собой и основным крылом, прижать поток к крылу и отодвинуть момент образования вихря то есть срыва потока с основного крыла.
С закрылками все проще, их задача увеличить кривизну профиля, тем самым увеличить путь верхней частицы и соответственно увеличить подъемную силу, правда и сопротивление они увеличат тоже.
Что такое аэродинамическое качество самолета.
Тут скорее надо говорить не самолета, а планета, то есть если у вашего самолета заглушить двигатель, то он превращается в планер. Имея, какой то запас высоты мы можем спланировать, то есть пролететь какое то расстояние. Чем больше это расстояние, тем выше аэродинамическое качество самолета. К примеру, если со ста метров высоты мы пролетим без мотора тысячу метров, то качество нашего самолета равно 10.
Разобравшись с крылом, мы должны разобраться с тем, как сбалансирован самолет в полете и что влияет на балансировку.
Что такое центр тяжести.
Говоря о центе тяжести мы имеем в виду точку за которую можно подвесить самолет и он будет висеть строго горизонтально. Нас в первую очередь интересует расположение центра тяжести по продольной оси, то есть вдоль фюзеляжа. Понятно, что в зависимости от наличия или отсутствия пассажиров, груза в багажнике, количества топлива в баках, положение центра тяжести немного меняется. Однако все самолеты компонуются так, что бы загрузка вносила минимальные изменения в положение центра тяжести.
Что такое фокус крыла.
Крыло создает подъемную силу, так вот та точка на которой сосредоточена эта сила и будет являться фокусом крыла. В зависимости от профиля крыла и угла атаки эта точка может перемещаться, но нас это сильно не интересует, мы можем условно принять, что фокус крыла расположен примерно в 30-35% от передней кромки крыла.
Как балансируется самолет и зачем ему стабилизатор.
Представим себе самолет, вид сбоку, у нас есть точка, фокус крыла на которой наш воображаемый самолет висит, держится в воздухе. Есть точка центра тяжести, которая тянет его вниз. Самолеты классической схемы проектируются так, что бы, не зависимо от штатной загрузки, центр тяжести был всегда перед фокусом крыла. Но в этом случае у нас появляется момент, который пытается опустить нос самолета, все верно, вот для этого нам и нужен стабилизатор, который создает отрицательную подъемную силу и уравновешивает вес самолета относительно фокуса крыла. Следовательно, меняя положение стабилизатора, отклоняя руль высоты, мы меняем силу прикладываемую к нашей системе стабилизатором и можем поднимать или опускать нос самолета меняя тем самым угол атаки крыла, а следовательно и подъемную силу. Но мы помним, что чем больше угол атаки, тем больше подъемная сила и больше сопротивление. Здесь важно отметить еще один момент, чем меньше расстояние между центром тяжести и фокусом крыла, тем менее устойчива наша система, то есть чем больше груза мы положили в хвост самолета, тем более чутко он будет реагировать на руль высоты. А если фокус совпадет с центром тяжести, то наша система не сможет быть сбалансирована. Это важно помнить и не нарушать предписанные максимумы загрузки вашего самолета.
Нагрузка на крыло.
Ну, тут все просто, это взлетный вес самолета, разделенный на площадь крыла. Чем больше нагрузка, тем больше нам нужна подъемная сила, что бы взлететь, а значит, нам нужна либо большая скорость, либо больший угол атаки.
Руль высоты.
Тут важно! Допустим, мы летим в горизонтальном полете на постоянных оборотах двигателя. Тянем РУС на себя, тем самым мы увеличиваем угол атаки крыла, увеличивая подъемную силу и сопротивление. А раз у нас увеличилось сопротивление, то начнет падать скорость. Если же мы дадим РУС от себя, то уменьшим угол атаки крыла, уменьшится сопротивление и увеличится скорость. То есть, и это важно, РУС контролирует в первую очередь скорость самолета.
Руль направления. (скольжение, чем оно вредно и чем полезно, но об этом чуть позже)
Руль направления у нас контролируется педалями, « дать левую или правую ногу», значит нажать ногой на левую или правую педаль тем самым отклонить руль направления влево или вправо. Руль направления нужен для контроля самолета по курсу влево и вправо. Отвлечемся чуть чуть от самолета и представим себе машину на скользкой дороге, нам легко представить машину проходящую поворот в заносе, а теперь представим машину двигающуюся в заносе но по прямой. Так вот для самолета это нормальная ситуация, лететь боком вперед, для него это не аэродинамично, поскольку потоку подставлен бок фюзеляжа и соответственно увеличено сопротивление, но возможно и в некоторых случаях даже полезно. Это называется полет со скольжением. Так вот, рулем направления мы можем контролировать скольжение самолета. Наша задачу управлять педалями так, что бы не допускать скольжение ни в прямолинейном полете, ни в вираже. В этом случае самолет летит аэродинамично, на него не действуют лишние силы, а значит летим наиболее безопасно.
Элероны.
Предназначены для контроля самолета по крену. Так же они весьма полезны в выполнении виражей совместно с рулем направления.
РУД. (ручка управления двигателем.)
РУДом мы контролируем обороты, а соответственно мощность двигателя. Опять же обратимся к примеру. Мы летим в ровном горизонтальном полете. Добавляя мощности двигателю мы придаем самолету дополнительную энергию, эта энергия в первую очередь расходуется на увеличение подъемной силы крыла, а значит самолет поднимает нос и начинает набирать высоту не теряя при этом скорости. То есть угол атаки увеличился, выросла подъемная сила , а так же выросло сопротивление, но его, сопротивление, мы компенсировали увеличением мощности. Снизив обороты двигателя, мы имеем обратный эффект, падает подъемная сила, уменьшается угол атаки, уменьшается сопротивление и самолет начинает снижаться. Значит РУД это основной орган контроля самолета по высоте.
Разобравшись с тем , что зачем и как работает пора и полетать.
Тримирование самолета, полет без использования РУС (ручки управления самолетом.)
Итак, мы взлетели и набрали какую-то высоту, нам надо оттримировать самолет. Это значит надо сбалансировать все силы действующие в данный момент на наш самолет. Выставляем крейсерский режим работы двигателя и триммером добиваемся, что бы самолет летел не набирая и не снижая высоту. Для этого отпускаем РУС и с помощью триммера добиваемся горизонтального полета. Тут не надо спешить, поскольку отклонив триммер, мы отклонили руль высоты, изменили угол атаки крыла, изменили силы действующие на самолет, они могут не сразу прийти в равновесие и может понадобится дополнительное триммирование. Таким образом мы сбалансировали самолет и если летим без скольжения то мы находимся в самом безопасном состоянии полета. И заметьте, мы летим ровно, сбалансированно и не трогая РУС. То есть самолет летит сам, на то он и САМОлет.
Педали, как они работают, виражи только на педалях.
Самолет оттриммирован, РУС брошен, летим. Даем левую ногу, самолет начинает левый вираж со снижением, снижение происходит из за того, что мы, отклонив руль самолета тем самым увеличили сопротивление. Для компенсации потерь на сопротивление нам надо добавить мощности двигателя, таким образом мы выполняем вираж без снижения и только на педалях.
Набор и снижение без использования РУС, триммирование на разную скорость.
Самолет оттриммирован, РУС брошен, летим. Теперь если мы добавим оборотов двигателю, самолет начнет набирать высоту, перетриммировав его мы уменьшим угол атаки крыла, снизим лобовое сопротивление и начнем лететь быстрее. Если мы уменьшим обороты, самолет опустит нос и начнет снижаться, стриммировав его мы увеличим угол атаки крыла и начнем лететь медленнее. Таким образом используя РУД мы безопасно можем изменять высоту полета.
Форсированные виражи с РУС.
Теперь, возьмемся за РУС и пошевелим элеронами, самолет начнет отзываться по крену. Отклонив элероны и дав ногу, мы вводим самолет в вираж, более энергичный чем только с использованием одного руля направления. Однако как и в вираже с использованием только руля, нам надо добавить оборотов двигателю иначе самолет начнет опускать нос из за возросшего сопротивления или потянуть РУС на себя, не давая опуститься носу, но тогда мы начнем терять скорость. Обратите внимание, что чем глубже мы делаем вираж, тем больше у нас меняются местами руль направления и высоты, а следовательно в глубоком вираже нам уже надо давать ногу в противоположную сторону виража, что бы не давать опускаться носу самолета.
Полеты на разных скоростях с использованием закрылков и без.
Мы летим, самолет стриммирован, подтянув РУС на себя мы увеличим угол атаки крыла и самолет, потеряв какое то количество скорости, начнет плавно набирать высоту. Если мы уменьшим обороты двигателя то набор высоты прекратиться и мы продолжим лететь горизонтально но уже с меньшей скоростью. Мы помним, что подъемная сила у нас зависит от кривизны профиля и скорости с которой крыло движется через воздух. Выпущенные закрылки у нас увеличивают кривизну профиля тем самым увеличивая подъемную силу на той же скорости, а раз у нас увеличилась подъемная сила, значит мы можем еще снизить скорость. Однако не забываем, что чем сильнее выпущены закрылки, тем большее сопротивление они оказывают. В некоторых моментах это даже очень полезно, при снижении полностью выпущенные закрылки своим сопротивлением не дают самолету разогнаться.
Продолжение следует....
