Теоретические основы полета аппаратов тяжелее воздуха. Классификация летательных аппаратов Солнечный воздушный шар

Когда приступают к классификации предметов или явлений, то ищут основные, наиболее общие черты, свойства, которые служат доказательством их родства. Наряду с этим изучают и такие признаки, которые резко отличали бы их друг от друга.

Если мы, следуя этому принципу, начнем классифицировать современные летательные аппараты, то прежде всего встанет вопрос: какие же признаки или свойства летательных аппаратов считать наиболее важными?

Может быть, можно классифицировать их, исходя из материалов, из которых изготовлены аппараты? Да, можно, но это будет мало наглядно. Ведь из разных материалов можно сделать одно и то же. Алюминий, сталь, дерево, полотно, резина, пластмассы в тон или иной степени применяются при изготовлении н самолетов, и вертолетов, н дирижаблей, и воздушных шаров.

Может быть основой для классификации летательных аппаратов избрать: когда и кем сделан аппарат впервые? Можно классифицировать в историческом плане - это вопрос важный, но тогда под одну рубрику попадут несхожие между собой по многим признакам аппараты, предложенные в одно время и в одной стране.

Очевидно, не эти признаки для классификации нужно считать наиболее важными.

Ввиду того что летательные аппараты предназначены для перемещения в воздушной среде, их принято подразделять на аппараты легче воздуха и аппараты тяжелее воздуха . Итак, основой классификации летательных аппаратов является их вес по отношению к воздуху.

Мы видим, что к аппаратам легче воздуха относятся дирижабли, воздушные шары и стратостаты . Они поднимаются и держатся в воздухе за счет наполнения их легкими газами. К аппаратам тяжелее воздуха принадлежат самолеты, планеры, ракеты и винтокрылые аппараты.

Самолет и планер поддерживаются в воздухе подъемной силой, создаваемой крыльями; ракеты удерживаются в воздухе силой тяги, развиваемой ракетным авигателем, а винтокрылые аппараты - подъемной силой несущего винта. Существуют (пока в проектах) аппараты, занимающие промежуточное положение между самолетами и винтокрылыми аппаратами, самолетами и ракетами. Это так называемые преобразуемые самолеты, или конверто-планы, которые должны объединить с себе положительные свойства как тех, так и других и сочетать огромные скорости полета с возможностью висения в воздухе, возможностью взлетать без разбега и садиться без пробега.

Вертолет, как и автожир, относится к винтокрылым летательным аппаратам. Их различие состоит в том, что несущий винт автожира не связан с двигателем и может свободно вращаться.

Несущий винт вертолета (или несколько несущих винтов) в отличие от несущего винта автожира в процессе взлета, полета и посадки приводится во вращение двигателем и служит как для создания подъемной силы, так и тяги. Создаваемая винтом аэродинамическая сила используется как для поддержания вертолета в воздухе, так и для его движения вперед Кроме того, несущий винт является также органом управления вертолетом.

Если у самолета тягу создает воздушный винт или реактивный двигатель, подъемную силу - крылья, а органами управления служат рули и элероны, то у вертолета все эти функции выполняет несущий винт. Из этого становится понятным, насколько важно значение несущего винта на вертолете.

Вертолеты отличаются друг от друга по количеству несущих винтов, по их расположению, по способу привода вращения. В соответствии с этими признаками и разделены вертолеты, изображенные.

Человек имел возможность наблюдать и изучать свободнолетающие «аппараты» задолго до создания первого самолета - у него перед глазами всегда был пример летящей птицы. В легендах любого народа можно найти сказочного героя, способного перемещаться по воздуху, причем способы эти чрезвычайно разнообразны.

Столь же разнообразными были и представления о механизме полета птиц. Высказывалось даже предположение, что подъемная сила крыла вызывается электрическими зарядами, возникающими на распущенных перьях, когда птица раскрывает крылья.

Однако полет на аппарате тяжелее воздуха стал возможен совсем недавно (по меркам человеческой истории) и более чем через сто лет после первого полета на воздушном шаре (аэростате) братьев Монгольфье.

Планеры, или безмоторные летательные аппараты

Наблюдения за парением птиц привели к экспериментам с использованием восходящих воздушных потоков и созданию планеров . Однако серьезным недостатком планера как транспортного средства является то, что он не способен взлететь самостоятельно.

В 1891 году Отто Лилиенталь изготовил планер из ивовых прутьев, обтянутых тканью. За период с 1891-го по 1896 год им было совершено до 2000 полетов. 9 августа 1896 года Отто Лилиенталь погиб. Копию его аппарата можно увидеть в музее Н. Е. Жуковского в Москве на ул. Радио.

Планеризм был популярен в 30-х годах XX века. С проектов планеров начинало большинство известных авиаконструкторов, например О. К. Антонов, С. П. Королев, А. С. Яковлев. Применение современных материалов и аэродинамических форм привело к тому, что в условиях устойчивых восходящих потоков, например в горной местности, планеры способны совершать многочасовые и даже многосуточные полеты.

Аэродинамические схемы планеров стали основой для аппаратов тяжелее воздуха, приводимых силой мышц человека, - «мускулолетов», а также других аппаратов с малой скоростью полета.

Потомками планеров являются «дельтапланы» и «парапланы». Парапланерный спорт в настоящее время чрезвычайно популярен.

Уменьшенные модели парапланов используются как спортивный снаряд для буксировки горных и водных лыжников. Подобный аппарат можно изготовить самостоятельно даже в домашних условиях.

Попытки создать летательный аппарат, способный самостоятельно взлетать, садиться в заданной точке и снова оттуда взлетать, оканчивались неудачей не только из-за недостатка знаний, но и по причине отсутствия пригодного двигателя. В равной степени верно утверждение, что появление нового двигателя, более легкого и мощного или основанного на другом принципе создания движущей силы, приводит к революционному прорыву в развитии авиации.

Теоретические основы полета аппаратов тяжелее воздуха были разработаны Н. Е. Жуковским в начале XX века. Необходимые экспериментальные данные были получены еще в XIX веке А. Ф. Можайским, О. Лилиенталем и др.

Попробуем ответить на самый главный вопрос: почему самолеты не падают на землю, несмотря на то что на них действует сила тяжести?

Ограничимся упрощенной схемой, в которой воздух будем приближенно считать несжимаемой жидкостью. Тогда для горизонтального потока воздуха,обтекающего самолет, будет справедливо уравнение Бернулли :

ρν 2 /2 + p = const , (1)

где ρ - плотность воздуха, p - давление, а ν - скорость воздуха, обтекающего самолет.

Из формулы (1) следует, что чем больше скорость воздуха, тем меньше его давление, и, наоборот, чем меньше скорость воздуха, тем больше давление.

Крыло самолета, если посмотреть на него сбоку, имеет вид, показанный на рис. 1.

Верхняя часть крыла более «выпуклая», чем нижняя. Из-за этого воздух, который обтекает верхнюю и нижнюю части крыла, за одно и то же время, движется быстрее НАД крылом, чем ПОД крылом: время-то одно и то же, а путь сверху больше, чем путь снизу.

Поэтому давление воздуха на крыло сверху, согласно уравнению Бернулли, оказывается меньше, чем давление снизу. Из-за разности этих давлений и возникает подъемная сила, которая уравновешивает в полете силу тяжести.

Еще один «подъемный эффект» возникает за счет того, что крыло располагают под определенным углом α к направлению встречного потока воздуха, который называется углом атаки (рис. 2).

За счет этого сила давления на крыло со стороны встречного потока воздуха (сила R на рис. 2) направлена под некоторым углом к горизонту. Вертикальная составляющая этой силы (Y , рис. 2) вносит свой «вклад» в формирование подъемной силы крыла.

А горизонтальная составляющая (X , рис. 2) - это так называемая сила лобового сопротивления , которую «преодолевает» сила тяги самолета, развиваемая двигателями.

Ясно, что сила лобового сопротивления действует не только на крыло, но и на корпус самолета.

При обтекании крыла воздухом направление движения воздуха отклоняется от первоначального. Воздух как бы «поворачивает» под действием крыла. Н. Е. Жуковский показал, что крыльевой профиль можно заменить эквивалентным вихрем или вращающимся цилиндром. Направление вращения вихря (цилиндра) такое, что нижняя половина движется навстречу потоку, а верхняя по потоку. Данный эффект носит название «Эффект Магнуса». Желающие могут изготовить воздушный винтороторный (или «вингроторный»; «вингротор» в переводе с английского - «вращающееся крыло» ) змей «Ротоплан» и лично убедиться в существовании аналогии (рис. 3).

Кроме этого, из подобной аналогии следует, что каждое крыло рождает вихрь, стекающий с конца крыла. Энергия вихря рассеивается в пространстве. Например, вихрь можно обнаружить, если самолет пролетает в облачности.

Другие варианты «Змеев Магнуса» и инструкции по их изготовлению можно найти .

Центром давления (ЦД , рис. 2) называется точка приложения равнодействующей сил давления воздуха, распределенных по всей поверхности крыла. Иными словами, все силы, действующие со стороны воздуха на самолет, можно теоретически заменить одной силой, приложенной к самолету в точке, называемой центр давления. При этом характер движения самолета от такой замены не изменится.

Центровкой называется взаимное расположение центра тяжести и центра давления. Обычно применяется «передняя центровка», то есть центр тяжести стараются расположить перед центром давления (рис. 4 и 5). Но иногда центр тяжести располагают за центром давления (рис. 6 и 7). Такая конструкция называется «уткой».

Для устойчивости полета необходимо, чтобы при малом повороте корпуса самолета в вертикальной плоскости возникал «возвращающий» момент сил, который бы возвращал самолет в исходное положение, причем такая «саморегуляция» должна проходить в автоматическом режиме, без участия пилота.

Эту задачу решает хвостовое «оперение» самолета, которое называется стабилизатором. При небольшом отклонении хвоста самолета вверх или вниз в стабилизаторе возникает дополнительная сила, поворачивающая самолет в исходное состояние.

Летательный аппарат имеет шесть степеней свободы: три перемещения (вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад) и три вращательных движения (курс - в горизонтальной плоскости, тангаж - в вертикальной плоскости, крен - в плоскости, перпендикулярной оси летательного аппарата).

По мере развития авиации видоизменялись как очертания самолета, так и механизмы управления самолетом. Назовем важнейшие из них.

Элероны - поверхности на задней кромке крыла, способные отклоняться на небольшой угол относительно поверхности крыла. Служат для выполнения разворотов в плоскости, перпендикулярной оси самолета.

Рули высоты - поверхности на задней кромке стабилизаторов, также способные отслоняться на небольшой угол служат для выполнения разворотов в вертикальной плоскости.

Руль направления - поверхность на задней кромке киля самолета, служит для выполнения разворотов в горизонтальной плоскости.

Известны следующие типы крыльев самолета (геометрии крыла): «прямое», «стреловидное», «треугольное» и «интегрированное».

Прямое крыло - характерно для первых самолетов, а также современных самолетов, летающих на скоростях меньше 700 км/ч. Для самолетов со скоростью движения меньше 160 км/ч применялись и применяются до сих пор парные прямые крылья, расположенные одно над другим, - так называемый «биплан», а иногда и три прямые крыла, расположенные одно над другим, - так называемый «триплан».

Стреловидное крыло - появилось при приближении скорости полета к величинам порядка 800–900 км/ч. Стреловидные крылья напоминают наконечник стрелы, то есть крылья образуют с корпусом самолета острые углы. Современные самолеты, летающие с большими скоростями, например Ту-160, выполняются с крылом изменяемой стреловидности, что позволяет развивать большую скорость в полете со «сложенными крыльями» и иметь низкую взлетно-посадочную скорость с прямыми крыльями.

Треугольное крыло - в настоящее время редко применяемая схема, использовавшаяся на самолетах со скоростью полета около 2000 км/ч. Треугольные крылья по форме напоминают треугольник.

В современных аппаратах применяется «интегрированное» крыло , когда корпус самолета является частью аэродинамической поверхности и также создает подъемную силу.

Аэродинамический принцип создания подъемной силы (отбрасывание вниз части воздуха) можно технически реализовать либо за счет движения всего аппарата, снабженного неподвижной несущей поверхностью (крыло), либо за счет движения отдельных несущих частей аппарата (несущий винт, вентилятор и т. д.) относительно воздушной среды. И в том и в другом случае образование подъемной силы основано на законе механики о количестве движения (второй закон Ньютона, по имени английского математика, механика, астронома и физика И. Ньютона):

m(V 2 – V 1) = Pt ,

Следовательно, Р = m (V 2 – V 1) / t .
В соответствии с третьим законом Ньютона подъемная сила Y будет приложена к несущей поверхности и направлена вверх (против силы P , приложенной к воздуху и направленной вниз):

= – .

В дальнейшем при обозначении сил, имеющих аэродинамическую природу, будем применять индекс а (Y а, X а ) .
Подробно механизм возникновения аэродинамической подъемной силы будет рассмотрен в разделе 5.2. Здесь еще раз подчеркнем, что движущаяся в воздухе несущая поверхность, создающая подъемную силу Y а , совершает работу по преодолению действующей на нее силы лобового сопротивления X а . Поэтому для создания подъемной силы необходимо затрачивать энергию.
Очевидно, что энергетические затраты ЛА, использующего аэродинамический принцип полета, будут тем меньше, чем меньше будет сила лобового сопротивления X а , возникающая при создании необходимой для полета подъемной силы Y а , т. е. чем больше будет значение аэродинамического качества ЛА, определяемого отношением подъемной силы к силе лобового сопротивления:

K а = Y а / X а .

Далее будет показано, что аэродинамическое качество является свойством ЛА, определяемым в основном его геометрическими параметрами.
Среди ЛА, реализующих аэродинамический принцип полета, наибольшее распространение получили планеры (франц. planeur , от planer – парить), самолеты и вертолеты.

Планер не имеет силовой установки, поэтому его полет (рис. 4.4) в спокойной атмосфере возможен только с постоянным снижением под некоторым углом Q к горизонту со скоростью планирования V , которая может быть представлена векторной суммой скорости снижения V y и горизонтальной скорости полета V x . Движение планера вперед происходит под действием составляющей G sinQ силы тяжести , которая уравновешивает силу лобового сопротивления , возникающую вместе с подъемной силой крыла , уравновешивающей составляющую G cosQ силы тяжести. Таким образом, при полете планера на создание подъемной силы и преодоление силы лобового сопротивления с потерей высоты расходуется потенциальная энергия, которой обладал планер, доставленный на высоту начала планирования с помощью наземной лебедки или самолета-буксировщика . Увеличить запас энергии для полета планер может, набирая высоту за счет энергии «термиков » – восходящих потоков теплого воздуха.
Рассматривая схему сил, действующих на планер при планировании (см. рис. 4.4), запишем:

Y a = G cosQ; X a = G sinQ .

Отсюда tgQ = X a / Y a = 1 / K a , т. е. планер, имеющий большее аэродинамическое качество, будет планировать по более пологой траектории и дальность полета его при прочих равных условиях будет больше, следовательно, он более эффективно использует начальный запас энергии. Для современных планеров аэродинамическое качество K a = 40 ¸ 50.

Самолет совершает полет в атмосфере за счет силы тяги, создаваемой силовой установкой, и подъемной силы, создаваемой неподвижным относительно других частей самолета крылом.
Двигатель самолета создает силу тяги воздушным винтом или реакцией струи выхлопных газов, расходуя при этом химическую энергию топлива, находящегося в топливных баках, на совершение работы против сил аэродинамического сопротивления или сопротивления трения при разбеге самолета по ВПП на взлете.
При полете самолета со скоростью V (рис. 4.5) возникает подъемная сила , противостоящая гравитационной силе (силе тяжести) ; вместе с тем возникает и сила, оказывающая сопротивление движению самолета , которая преодолевается силой тяги двигателя .
Таким образом, для совершения горизонтального полета самолета необходимо выполнить условия:

G = Y a ; P = X a .

Отсюда сила тяги двигателя, потребная для совершения горизонтального полета,

Р потр = G X a / Y a = G / K a = mg / K a .

Очевидно, что энергетические затраты ЛА, реализующего аэродинамический принцип полета, на преодоление силы земного тяготения существенно меньше затрат ЛА, реализующего ракетодинамический принцип полета (где Р потр = mg ). У современных дозвуковых самолетов аэродинамическое качествоK a =15 ¸18, у сверхзвуковых самолетов K a = 8 ¸12.
Однако самолет (в традиционной конфигурации) не способен совершать вертикальный взлет и посадку, поскольку неподвижное крыло создает подъемную силу только при поступательном движении самолета.
Вертолет , устаревшее название – геликоптер (от греч. helix (helikos) – спираль, винт и pteron – крыло), совершает полет за счет подъемной силы и силы тяги, создаваемых одним или несколькиминесущими винтами , способными создавать подъемную силу без поступательного движения ЛА.
Несущий винт 1 вертолета (рис. 4.6,а) состоит из нескольких лопастей , которые представляют собой крылья, приводимые во вращение двигателем. За счет вращения лопастей возникает аэродинамическая подъемная сила (сила тяги винта ) , которая в режиме висения уравновешивает силу тяжести ( = – ).

Основным признаком классификации летательных аппаратов является способ летания. Существуют два основных способа летания аппаратов тяжелее воздуха – аэродинамический и баллистический .

Аэродинамический способ заключается в том, что летательный аппарат удерживается в воздухе при помощи аэродинамической, так называемой подъемной силы, возникающий от взаимодействия тела с потоком воздуха. Условием образования аэродинамической силы является относительное перемещение воздуха и тела.

К летательным аппаратам, использующим аэродинамический принцип полета, относятся самолеты, крылатые ракеты и вертолеты.

Средством, создающим необходимую для полета аэродинамическую силу у крылатых летательных аппаратов, является крыло, а у вертолетов – несущий винт. Так как крыло присоединено к корпусу летательного аппарата неподвижно, то для создания аэродинамической силы всему летательному аппарату придается поступательное движение при помощи двигателя.

У вертолета роль крыла играет несущий винт, приводимый во вращение двигателем. При этом аэродинамическая сила создается без поступательного движения всего вертолета.

Баллиститический способ летания есть полет свободно брошенного тела, происходящий в основном под действием силы земного притяжения. Такой полет может совершатся только за счет предварительно накопленной кинетической энергии.

Существует промежуточный класс летательных аппаратов – ракетопланы, для которых применяются оба принципа полета – аэродинамический и баллистический.

Аэродинамический принцип полета может осуществляться только в пределах атмосферы, от свойств и состояния которой зависит характер движения летательного аппарата. Поэтому знакомство с аэродинамикой самолета необходимо начинать с изучения свойств атмосферы.

Атмосфера земли

Атмосферой называется газовая оболочка, окружающая земной шар. Газ, составляющий эту оболочку, называется воздухом.

Высота газовой оболочки Земли велика и составляет более 2000 км . В пределах околоземного пространства до высоты 20 км находится около 95% всей массы атмосферного воздуха. Атмосфера разделяется на тропосферу , стратосферу и ионосферу (Рисунок1.1).

Рисунок 1.1. Строение атмосферы

Тропосферой называется нижний слой атмосферы. Толщина ее над полюсами 7 - 8 км , над экватором 16 - 18 км . Температура воздуха в тропосфере с подъемом на высоту падает (6,5° на каждые 1000 м ) (Рисунок1.2). Изменение температуры приводит к перемещению воздушных масс. Вследствие этого образуются облака, выпадают осадки, дуют ветры.

Состав воздуха тропосферы практически постоянен. В нем содержится 78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов (аргон, углекислый газ, водород, неон, гелий). В тропосфере сосредоточен почти весь водяной пар. Содержание водяного пара и пыли приводит к ухудшению видимости.

Рисунок 1.2. Изменение температуры воздуха по высотам

Стратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными слоями тропосферы. В ней наблюдается полное отсутствие облаков, дуют сильные ветры.. В стратосфере до высоты 25...30 км температура постоянна и составляет -56°С . С высоты 30 км до 55 км температура воздуха повышается до + 75°С . На высоте 82...83 км температура воздуха составляет - 35°С (Рисунок 1.2).

Ионосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушным слоем стратосферы. Высоты ионосферы от 85 до 500 км . Из-за наличия в ионосфере огромного количества ионов (заряженных молекул и атомов атмосферных газов, воздух сильно нагревается. В ионосфере наблюдаются полярные сияния, магнитные бури.

Как самолет держится в воздухе

Род Мачадо

Мы часто пользуемся механическими приспособлениями, совершенно при этом не представляя, как они работают.

Когда я был молод и еще не успел обзавестись семьей, родители подарили мне на день рождения пылесос. Через несколько месяцев мне позвонила мама и спросила: "Знаешь, где найти мешки для пылесоса?". Я ответил: "Мешки? Какие мешки?".

Откуда мне было знать, что этой штуке необходимы мешки?

Техническая необразованность имеет свои преимущества, но только не в воздухе. Конечно, вам не обязательно быть доктором аэродинамических наук, чтобы стать пилотом, но знание основных принципов аэродинамики будет весьма полезным и даже может спасти жизнь. Именно поэтому самое первое занятие по наземной подготовке - самое длинное. Не волнуйтесь - вам не придется лечить глаза после того, как вы все это прочтете. Я настоятельно рекомендую вам прочитать все от начала до конца. Чтобы летать на самолете, нужно сначала зарядить мозги хотя бы каким-нибудь количеством информации. Сделать это лучше всего в течение данного занятия. Читайте и радуйтесь - ведь потраченное вами время в дальнейшем окупится с лихвой.

Да пребудут с вами 4 силы

Нет-нет, "4 силы" - это не название рок-группы 60-х. Это силы, которые тянут и толкают самолет в полете. 4 силы: подъемная сила, вес, тяга и сопротивление - действуют на самолет все то время, пока он находится в воздухе. Взгляните на рисунок 1-1, демонстрирующий действие четырех сил.

Разумеется, эти гигантские стрелки на самом деле не растут из самолета. Понимаю, это разочарует тех, кто все еще ожидает, что американские штаты во время полета будут раскрашены в синие и белые цвета, а вдоль их границ будут нарисованы линии. Но ничего страшного, вы привыкнете. Эти стрелки всего лишь демонстрируют захватывающую игру - перетягивание каната в четырех направлениях. Вы как пилот должны использовать имеющиеся у вас ресурсы, чтобы сбалансировать эти силы. Рассмотрим их подробнее.

Подъемная сила

Подъемная сила действует снизу вверх. Она появляется, когда крылья самолета движутся сквозь воздух. Движение вперед вызывает небольшую разницу между давлением воздуха на нижнюю и верхнюю поверхности крыла. Благодаря этой разнице давлений и возникает подъемная сила, удерживающая самолет в воздухе.

Впервые я испытал принцип действия подъемной силы в возрасте четырех лет, когда в первый раз попал в церковь. Передо мной пронесли тарелку с пожертвованиями, и я схватил с нее несколько блестящих штучек. Мой дедушка гонялся за мной вокруг скамьи, а я думал: "Ух ты, как весело в церкви!" Дедушка поймал меня за свитер, поднял над землей и вынес из церкви наружу. Именно подъемная сила дедушкиной руки, в точности равная моему весу, удержала меня в воздухе. Именно так и работают крылья на самолете - развивают подъемную силу, чтобы удержаться в воздухе.

Вес действует сверху вниз. Этой силой пилот может управлять в определенных пределах, изменяя загрузку самолета. За исключением веса сожженного топлива, вес самого самолета трудно изменить. Не будете же вы после взлета сжигать груз или подсаживать дополнительных пассажиров (или, наоборот, выбрасывать их за борт). Высадка пассажиров во время полета является нарушением какого-то правила Федерального управления гражданской авиации, поэтому не делайте так, пожалуйста.

В установившемся полете (то есть когда скорость и направление полета постоянны) подъемная сила и вес уравновешивают друг друга.

Тяга и сопротивление

Тяга - это сила, действующая вперед. Она вызвана воздушным винтом, который вращается двигателем. Как правило, чем больше двигатель (т.е. больше мощность), тем больше сила тяги, которую он вызывает и тем быстрее самолет долетит до пункта назначения. За движение вперед приходится платить так называемым аэродинамическим сопротивлением. Сила сопротивления действует назад. Она вызвана молекулярным сопротивлением атмосферы при движении сквозь нее. Говоря простым языком (пилоты и инженеры редко им пользуются), это сопротивление ветра. Мать-природа мало что дает даром. Как любит говорить один мой приятель: "Если ты что-то получаешь и ничего за это не платишь - значит, просто пользуешься чужой кредитной карточкой".

Тяга вызывает ускорение самолета, но конечная скорость определяется сопротивлением. При увеличении скорости увеличивается и сопротивление. Благодаря упрямству природы, увеличение скорости самолета в два раза вызывает увеличение сопротивления в четыре раза. В какой-то момент сопротивление уравновешивает тягу и достигается постоянная скорость.

Мой Фольксваген Жук времен старшей школы знал эти пределы. Его скорость была ограничена размером двигателя. Используя четыре маленьких цилиндра (причем в любой момент времени работали только три из них), Фольксваген попросту не мог разогнаться выше 65 миль в час. Рисунок 1-2 показывает, как максимальная сила тяги уравновешивается сопротивлением именно при этой скорости.

Чем меньше скорость движения, тем меньше требуется мощности, так как уменьшается сопротивление. Если скорость движения меньше максимальной, то образуется определенный запас тяги (мощности). Его можно использовать, например, для обгона. Или, может быть, для игры на свистках, если вы этим увлекаетесь.

Все это справедливо и для самолета. Если скорость горизонтального полета ниже максимальной, то появляется запас мощности (тяги). Его можно использовать для одного из важнейших авиационных маневров - набора высоты.

На этом вступительная часть закончена. Думаю, теперь самое время узнать кое-что об органах управления самолета.

Органы управления

Если вы готовый пилот, значит, вы терпеливо дожидались рассказа об органах управления. Ганди бы мог поаплодировать вашему терпению (но его здесь нет, поэтому поаплодирую я). На рисунке 1-3 изображены три воображаемые оси самолета.

Используя органы управления, можно заставить самолет вращаться вокруг одной или более осей. Продольная ось проходит вдоль центральной линии самолета от носа к хвосту. Вращение самолета вокруг продольной оси называется креном. Чтобы запомнить, в каком направлении проходит продольная ось самолета, используйте следующие ассоциации: продольная - долгая - длинная - ось, проходящая вдоль самого длинного измерения самолета.

В футболе пас в сторону еще может называться пасом поперек поля. Аналогично ось, проходящая от законцовки одного крыла до законцовки другого, называется поперечной . Тангаж - это вращение самолета вокруг поперечной оси.

Вертикальная ось направлена сверху вниз, от кабины самолета к его брюху. Вращение самолета вокруг этой оси называется рысканьем. Рысканье похоже на сонное потягивание - когда вы зеваете, вы вытягиваетесь в вертикальном направлении, при этом вращая туловище влево-вправо, чтобы размять позвоночник.

Теперь мы готовы подробно рассмотреть каждый из трех органов управления, вращающих самолет вокруг его осей.

Элероны - это подвижные аэродинамические поверхности, расположенные на внешней части задней кромки крыла. Они предназначены для накренения самолета в ту сторону, в которую необходимо поворачивать. При повороте штурвала вправо элероны одновременно отклоняются в противоположных направлениях, однако это вовсе не означает, что они сломаны (см. рис.1-4).

Левый элерон отклоняется вниз, вызывая увеличение подъемной силы на левом крыле. Правый элерон отклоняется вверх, вызывая уменьшение подъемной силы на правом крыле. Именно это и заставляет самолет накреняться вправо.

При повороте штурвала влево левый элерон отклоняется вверх, вызывая тем самым уменьшение подъемной силы на левом крыле (см. рис. 1-5).

Правый элерон отклоняется вниз, вызывая увеличение подъемной силы на правом крыле. Это заставляет самолет накреняться влево.

Элероны вызывают разницу между подъемными силами, действующими на разные крылья. Эта разница накреняет самолет, в результате чего суммарный вектор подъемной силы наклоняется в ту сторону, куда надо повернуть.

Руль высоты

Руль высоты - это подвижная горизонтальная поверхность в задней части самолета, предназначенная для подъема или опускания носа самолета (см. рис. 1-6).

Руль высоты действует так же, как и элероны. Отклонение штурвала на себя вызывает отклонение руля высоты вверх (см. рис. 1-6).

Под хвостовой частью возникает область пониженного давления, что вызывает движение хвоста вниз, а носа - вверх.

На рисунке 1-7 показано, что происходит с самолетом при отклонении штурвала вперед.

Руль высоты отклоняется вниз, вызывая падение давления над хвостовой частью, в результате чего хвост поднимается. Нос перемещается вниз относительно поперечной оси. Проще говоря, поднять нос можно, потянув штурвал на себя; опустить - отклонив штурвал от себя.

Есть еще и третий орган управления - руль направления. Он управляет рысканьем относительно вертикальной оси. Его мы рассмотрим позже, главное - знайте, что я о нем не забыл.

А сейчас, поскольку вы получили основное понятие о работе органов управления, перенесемся мысленно в самолет и поговорим о выполнении одного полезного маневра - горизонтального полета.

Горизонтальный полет

Вы вот-вот начнете отрабатывать горизонтальный полет - один из фундаментальных авиационных маневров. Этот маневр как бы состоит из двух: "полета по прямой" и "площадки". Полет по прямой - полет, во время которого нос самолета сохраняет одно и то же направление, а крылья параллельны горизонту. Площадка - полет без набора или потери высоты.

На рисунке 1-8 показано, как выглядит горизонтальный полет с левого кресла, где вы, пилот, обычно и сидите.

Рисунок 1-8

Ничего страшного, что на картинке мы летим в горы. Я с вами, и я умею обходить горы. Это, вообще-то, моя специальность.

Как определить, что вы летите по прямой

Итак, как вы узнаете, что перешли в горизонтальный полет? Самый простой способ - глянуть поверх приборной доски в ветровое стекло (так называется окно, расположенное впереди), как показано на рисунке 1-8. Видно, что верхняя часть приборной доски практически параллельна горизонту. Следовательно, самолет не накренен, а это значит, что вы летите по прямой, никуда не поворачивая.

Однако есть и другой способ определить это. Можно нажать переключатель видов джойстика (это переключатель, торчащий из джойстика под вашим большим пальцем). Если глянете в левое или правое окно, отметьте про себя положение каждого крыла относительно горизонта (см. рис. 1-9).

Рисунок 1-9

При полете по прямой оба крыла находятся на одинаковом расстоянии над горизонтом (именно над горизонтом, а не над горами).

Правильное пространственное положение

На настоящих самолетах я предпочитаю, чтобы курсанты практически сворачивали шеи, глядя то в левое окно, то в правое. Это учит их отмечать положение крыльев и сосредоточивать внимание на воздушном движении. Да-да, именно воздушном, а не автомобильном. Правда, в симуляторе неудобно постоянно переключать виды то влево, то вправо. Поэтому вы будете пользоваться авиагоризонтом для удержания самолета в горизонтальном полете. Авиагоризонт - прибор, расположенный в верхней части группы 6 основных приборов. Эта группа приборов находится прямо перед вами (см. рис. 1-10).

Рисунок 1-10

Авиагоризонт - это искусственное представление настоящего горизонта. Как следует из его названия, он отображает пространственное положение самолета (положительный или отрицательный тангаж и угол крена). Верхняя половина авиагоризонта окрашена в синий цвет (как настоящее небо, если вы, конечно, не летите над Лос-Анджелесом), нижняя половина - коричневая (как земная поверхность). Тонкая белая линия, разделяющая эти цвета - это линия искусственного горизонта. Пилоты пользуются авиагоризонтом, если они не видят горизонта из-за ограниченной видимости или если в данный момент неудобно следить за концами крыльев (именно так обычно и будет при полете в симуляторе).

При отклонении рычага управления влево самолет накреняется влево, наклоняя левое крыло к земле (см. рис. 1-11А).

Рисунок 1-11А Рисунок 1-11В Рисунок 1-11С

Именно так начинается левый разворот. Обратите внимание: маленький самолетик с оранжевыми крыльями на авиагоризонте тоже наклоняет левое крыло к земле. С точки зрения механики, на самом деле движется не самолетик, а шар авиагоризонта, отображая таким образом пространственное положение самолета. Тем не менее, вы всегда можете определить направление крена по тому, какое крыло на авиагоризонте наклоняется к земле (это просто, поскольку есть всего два варианта).

При плавном отклонении рычага управления вправо (так же, как было описано выше) авиагоризонт отобразит правый разворот. Теперь уже правое крыло оранжевого самолетика наклоняется к земле, как показано на рисунке 1-11В. Отклоните джойстик вправо или влево до тех пор, пока крылья маленького самолетика не будут параллельны линии авиагоризонта. Джойстик вернется в центральное положение (по умолчанию), а самолет - к полету по прямой (см. рис. 1-11С). Если крена нет - значит, самолет не поворачивается.

Главное - знать свой курс

Есть еще один способ определить, летите ли вы по прямой. Он заключается в использовании указателя курса (см. рис. 1-12).

Рисунок 1-12

На рисунке 1-12 показан указатель курса (его еще называют гирокомпасом). Он расположен в центре нижнего ряда шести основных приборов (их мы скоро рассмотрим). Указатель курса можно представить себе как механический компас, показывающий направление самолета. Взгляните на цифры на поверхности указателя. Мысленно прибавьте ноль к любой цифре - и получите действительное направление самолета. К примеру, цифра 6 в действительности обозначает курс 60 градусов (произносится "ноль-шесть-ноль"). Число 33 обозначает курс 330 градусов (когда мы произносим курс, мы говорим "курс три-три-ноль" для четкости. В полете очень важно произносить слова отчетливо). Цифры нанесены с интервалом в 30 градусов, между цифрами расположены метки, обозначающие интервалы в 5 и 10 градусов.

Для полета по заданному курсу просто разверните самолет по кратчайшему направлению на нужный курс. Например, если развернуться так, чтобы нос самолетика на указателе курса указывал на букву W, то это будет полет с курсом на запад (то есть с курсом 270). Понятно, что курс остается постоянным при полете по прямой, так как не выполняются развороты. Это еще один способ определить, что вы летите по прямой.

Теперь, когда вы узнали все о полете по прямой, можно перейти к рассмотрению второй составляющей горизонтального полета - к площадке.

Убедитесь в том, что высота постоянна

Поговорим о том, что происходит с высотой при изменении тангажа самолета. Если поднять нос самолета, потянув джойстик на себя, маленький самолетик на авиагоризонте тоже будет указывать на небо (синяя часть), как показано на рисунке 1-13А. Вертикальная шкала авиагоризонта размечена с шагом в 5 градусов, поэтому первые четыре метки (снизу вверх) обозначают тангаж в 5, 10, 15 и 20 градусов.

Рисунок 1-13

Взгляните на высотомер, расположенный справа от авиагоризонта (см. рис. 1-13В). Большая стрелка (обозначающая сотни футов) обычно движется по часовой стрелке при поднятом носе. Как и на часах, движение по часовой стрелке означает увеличение чего-либо. В данном случае - увеличение высоты.

Прямо под высотомером расположен вариометр - указатель вертикальной скорости. Его стрелка отклоняется вверх при поднятии носа, показывая при этом скорость набора высоты (см. рис. 1-13С). Это дополнительный способ определить, что вы набираете высоту, а не летите на фиксированной высоте.

При возврате джойстика в центральное положение самолет начнет возвращаться к полету по площадке (предполагается, что самолет правильно оттриммирован - это мы рассмотрим чуть позже).

При наклоне вниз самолетик на авиагоризонте будет указывать на земную поверхность (коричневую), как показано на рисунке 1-14.

Рисунок 1-14

Стрелка высотомера начнет вращаться против часовой стрелки, это обозначает потерю высоты. Стрелка вариометра отклонится вниз и будет показывать скорость снижения. Можно смело сказать: если стрелка высотомера не движется, а стрелка вариометра показывает ноль - значит, вы летите на фиксированной высоте. Это самый точный способ определения.

Нужна практика, чтобы удерживать эти стрелки неподвижными (в настоящем полете они всегда движутся, хотя бы чуть-чуть). Обычный пилот-любитель уже молодец, если удержит высоту в пределах +/- 100 футов (30 м). К сожалению, когда я был курсантом, я предпочитал постоянно менять заданную высоту, на которой я хотел бы лететь (это продолжалось, пока я наконец не натренировался).

В полете с инструктором вы потренируетесь выдерживать курс удержанием оранжевого самолетика на авиагоризонте параллельно линии искусственного горизонта. Если правое или левое крыло наклонится к земле, вы вернете его в исходное положение, отклонив джойстик в противоположную сторону.

Еще вы потренируетесь сохранять высоту, удерживая неподвижной большую стрелку высотомера. Она не должна двигаться. Если сдвинется - используйте джойстик для изменения тангажа, плавно, пока стрелка не остановится. Это и будет тангаж, необходимый для площадки.

Время для триммирования

Самолеты подвержены действию различных аэродинамических сил. Некоторые из них пытаются задрать самолету нос, некоторые - наоборот, опустить. Тяга двигателя, вес, подъемная сила - это лишь некоторые из этих сил. Что все это значит? Например, если самолет пытается опустить нос, то вы же не сможете весь полет тянуть штурвал на себя. Если постоянно тянуть штурвал на себя для поддержания тангажа, то ваши руки очень быстро устанут (возможно, ваш личный тренер и будет гордиться вами, но я - нет). К счастью, у самолетов есть одна вещь - триммер - для снятия усилия со штурвала (и с пилота). Посмотрим, как работает триммер, а потом поговорим о том, как им пользоваться.

Как работает триммер

Триммер - это маленькая подвижная поверхность, прикрепленная к той поверхности, которой вы хотите управлять (в нашем случае, это руль высоты). Рисунок 1-15А показывает триммер и его колесико, использующееся для изменения положения триммера. В настоящем самолете колесико обычно расположено между двумя передними сидениями или в нижней части приборной доски.

Движение триммера вызывает небольшую разницу давлений на конце аэродинамической поверхности, к которой триммер прикреплен. Образуется давление, достаточное для удержания основной поверхности в нужном положении, без необходимости удерживать при этом штурвал. Обратите внимание - триммер отклоняется в сторону, противоположную той, куда отклонена основная поверхность. Если хотите отклонить руль высоты вверх (как если бы вы потянули штурвал на себя), триммер надо отклонить вниз, как показано на руле высоты А (см. рис. 1-15А).

Для удержания руля высоты отклоненным вниз (как при снижении) триммер должен быть отклонен вверх, как показано на руле высоты (см. рис. 1-15В).

Рисунок 1-15В. Как работает триммер. 1 - нос опускается; 2 - нос поднимается.

Триммер - это как бы воображаемая рука, удерживающая самолет в заданном положении и снимающая усилие, которое вы прикладываете к штурвалу. Элемент управления триммером может быть на вашем джойстике в виде колесиков или кнопок.

Если на вашем джойстике нет кнопок управления триммером, можно использовать две клавиши на цифровой клавиатуре для триммирования самолета. Клавиша END триммирует самолет вверх, клавиша HOME - вниз.

Посмотрим, как оттриммировать самолет для горизонтального полета. Во-первых, проверьте, не оттриммирован ли уже самолет. Это можно сделать, уменьшив отклонение джойстика. Следите за стрелкой вариометра. Если стрелка показывает набор высоты - необходимо триммирование вниз. Отклоните джойстик чуть больше от себя для возврата к площадке и нажмите HOME один раз для небольшого триммирования вниз (или используйте кнопку триммирования вниз). После этого уменьшите отклонение джойстика и смотрите, что произойдет.

Чем дольше вы нажимаете кнопку триммирования, тем больше отклонение триммера. Будьте терпеливы. Возможно, вам придется повторить процедуру несколько раз, прежде чем стрелка вариометра займет почти горизонтальное положение (около нулевого значения).

Если стрелка вариометра покажет снижение (т.е. будет отклоняться вниз), чуть-чуть потяните джойстик на себя, чтобы вернуться к горизонтальному полету. После чего несколько раз нажмите END для триммирования вверх (или используйте кнопку триммирования вверх). Затем уменьшите отклонение джойстика и взгляните на реакцию стрелки вариометра. При необходимости повторяйте процедуру до тех пор, пока самолет не будет ни снижаться, ни набирать высоту.

Я предпочитаю смотреть на стрелку вариометра при триммировании, так как этот прибор весьма чувствителен. Чувствителен не в том смысле, что может заплакать, если вы скажете ему, что он отвратительно выглядит, а в том смысле, что он реагирует на мельчайшие изменения тангажа. Это облегчает определение отклонения от горизонтального полета. На следующем занятии я покажу, как используется стрелка вариометра для триммирования в наборе высоты или в снижении.

Многие самолеты можно триммировать в крене с помощью триммера элеронов. Возможно на вашем джойстике есть соответствующие элементы управления. Триммер крена может пригодиться при неравномерной загрузке топливных баков или если пассажиры перевешивают с какой-либо стороны.

Оттриммирован самолет или нет - он все равно может совершать маленькие колебания вверх и вниз, при этом отклонение высоты может составить до 100 футов (30 м). Такие уж они, самолеты. Каждый любит своевольничать и может отклоняться как по высоте, так и по курсу, даже если он правильно оттриммирован. Не мешайте самолету, если, конечно, отклонения не будут очень уж большими. Ваша задача - облегчить себе полет настолько, насколько возможно, чтоб было время думать, планировать и систематизировать свои способы безопасно летать на симуляторе.

Можете собой гордиться, так как вы завершили свою первую наземную подготовку. Лично я вами горжусь! Настало время полета с инструктором.

Щелкните Начать учебный полет для отработки изученного материала. Во время следующей наземной подготовки я познакомлю вас с основами выполнения разворотов.