Rollkontrolle von Flugzeugen. Wie ist die Flugzeugsteuerung in horizontaler und vertikaler Ebene aufgebaut? Alles beginnt mit der Flugphysik

Der Mensch hat schon immer davon geträumt, in den Himmel zu fliegen. Erinnern Sie sich an die Geschichte von Ikarus und seinem Sohn? Dies ist natürlich nur ein Mythos und wie es tatsächlich war, werden wir nie erfahren, aber diese Geschichte offenbart den Durst, in vollem Umfang in den Himmel zu steigen. Die ersten Versuche, in den Himmel zu starten, wurden mit Hilfe eines riesigen gemacht, der jetzt eher ein Mittel für romantische Spaziergänge am Himmel ist, dann tauchte ein Luftschiff auf, und mit diesem tauchten später Flugzeuge und Hubschrauber auf. Jetzt ist es für niemanden etwas Neues oder etwas Ungewöhnliches, dass Sie in 3 Stunden mit dem Flugzeug auf einen anderen Kontinent fliegen können. Aber wie geschieht dies? Warum fliegen Flugzeuge und stürzen nicht ab?

Die Erklärung aus physikalischer Sicht ist recht einfach, in der Praxis jedoch schwieriger umzusetzen.

Viele Jahre lang wurden verschiedene Experimente durchgeführt, um eine Flugmaschine zu erstellen, viele Prototypen wurden erstellt. Um aber zu verstehen, warum Flugzeuge fliegen, genügt es, das zweite Newtonsche Gesetz zu kennen und in der Praxis reproduzieren zu können. Jetzt versuchen Menschen, oder besser gesagt Ingenieure und Wissenschaftler, eine Maschine zu entwickeln, die mit kolossalen Geschwindigkeiten mehrfach so schnell wie der Schall fliegen würde. Das heißt, die Frage ist nicht mehr, wie Flugzeuge fliegen, sondern wie man sie schneller fliegen lässt.

Zwei Dinge, die ein Flugzeug zum Abheben braucht, sind leistungsstarke Triebwerke und das richtige Flügeldesign

Die Motoren erzeugen einen enormen Schub, der nach vorne drückt. Aber das ist nicht genug, denn Sie müssen auch aufsteigen, und in dieser Situation stellt sich heraus, dass wir vorerst nur auf der Oberfläche auf eine enorme Geschwindigkeit beschleunigen können. Der nächste wichtige Punkt ist die Form der Flügel und des Flugzeugkörpers selbst. Sie sind es, die die Auftriebskraft erzeugen. Die Flügel sind so gebaut, dass die Luft unter ihnen langsamer wird als über ihnen, und als Ergebnis stellt sich heraus, dass die Luft von unten den Rumpf nach oben drückt und die Luft über den Flügeln diesem Effekt nicht widerstehen kann, wenn das Flugzeug erreicht eine gewisse Geschwindigkeit. Dieses Phänomen wird in der Physik als Auftrieb bezeichnet, und um dies genauer zu verstehen, müssen Sie ein wenig Kenntnisse der Aerodynamik und anderer verwandter Gesetze haben. Aber dieses Wissen reicht aus, um zu verstehen, warum Flugzeuge fliegen.

Landung und Start – was braucht ein Auto dafür?

Ein Flugzeug braucht eine riesige Start- und Landebahn, oder besser gesagt eine lange Start- und Landebahn. Dies liegt daran, dass er zum Abheben zunächst eine gewisse Geschwindigkeit gewinnen muss. Damit die Auftriebskraft zu wirken beginnt, muss das Flugzeug auf eine solche Geschwindigkeit beschleunigt werden, dass die Luft von der Unterseite der Tragflächen beginnt, die Struktur nach oben zu heben. Die Frage, warum Flugzeuge tief fliegen, betrifft diesen speziellen Teil, wenn das Auto startet oder landet. Ein niedriger Start ermöglicht es einem Flugzeug, sehr hoch in den Himmel zu steigen, und das sehen wir oft bei klarem Wetter - Linienflugzeuge, die eine weiße Spur hinterlassen, bringen Menschen viel schneller von einem Punkt zum anderen, als es möglich ist mit Landverkehr oder Meer.

Flugzeugtreibstoff

Ich frage mich auch, warum Flugzeuge mit Kerosin fliegen. Ja, im Grunde ist es das, aber Tatsache ist, dass einige Gerätetypen den üblichen Benzin- und sogar Dieselkraftstoff als Kraftstoff verwenden.

Aber was ist der Vorteil von Kerosin? Es gibt mehrere davon.

Die erste kann vielleicht ihre Kosten genannt werden. Es ist deutlich günstiger als Benzin. Der zweite Grund kann als Leichtigkeit im Vergleich zum gleichen Benzin bezeichnet werden. Auch Kerosin neigt dazu, sozusagen glatt zu verbrennen. Bei Autos - Pkw oder Lkw - brauchen wir die Fähigkeit, den Motor abrupt ein- und auszuschalten, wenn das Flugzeug zum Starten ausgelegt ist, und die Turbinen lange Zeit konstant in einer bestimmten Geschwindigkeit zu halten, wenn wir darüber sprechen Passagierflugzeug... Leichtmotorflugzeuge, die nicht für den Transport riesiger Fracht ausgelegt sind, sondern meist mit der Militärindustrie, der Landwirtschaft usw für diesen Bereich geeignet. Seine explosive Verbrennung ist für den Turbinentyp geeignet, der in Leichtflugzeugen eingebaut ist.

Ist ein Hubschrauber ein Konkurrent oder ein Freund eines Flugzeugs?

Eine interessante Erfindung der Menschheit im Zusammenhang mit dem Umzug nach Luftraum- Hubschrauber. Es hat den Hauptvorteil gegenüber dem Flugzeug - senkrechter Start und Landung. Es benötigt keinen riesigen Beschleunigungsraum, und warum fliegen Flugzeuge nur von Orten, die dafür ausgestattet sind? Richtig, Sie benötigen eine ausreichend lange und glatte Oberfläche. Andernfalls kann das Ergebnis einer Aussaat irgendwo auf dem Feld mit der Zerstörung der Maschine und, noch schlimmer, mit menschlichen Opfern verbunden sein. Ein Helikopter kann auf dem Dach eines adaptierten Gebäudes, in einem Stadion etc. gelandet werden. Diese Funktion gibt es für ein Flugzeug nicht, obwohl die Konstrukteure bereits daran arbeiten, Leistung mit Senkrechtstart zu kombinieren.

Bei der Entwicklung des Flugzeugs mussten die Ingenieure die schwierige Aufgabe lösen, das geflügelte Flugzeug zu steuern. Schließlich bewegt sich das Flugzeug nicht nur in der horizontalen Ebene. Sowohl das Auto als auch das Schiff haben nur ein Ruder, mit dem Sie nach links oder rechts abbiegen können. Das Flugzeug benötigt ein zusätzliches Seitenruder für Manöver in der vertikalen Ebene - nach oben und unten.

Infolgedessen wurde das Flugzeug mit zwei Rudern ausgestattet - einem Seitenruder und einem Höhenruder (Tiefe).
Das Seitenruder wird verwendet, um das Flugzeug in der horizontalen Ebene zu steuern. Seine Struktur ähnelt dem Ruder eines gewöhnlichen Schiffes. Das Seitenruder ist über zwei Kabel mit dem Querruder des hinteren Rumpfes verbunden. Beim Drehen des Querruders nach rechts dreht das Flugzeug aufgrund der Luftströmung nach rechts. Alles ist ganz einfach.

Das Höhenruder ermöglicht es dem Flugzeug, sich relativ zur Querachse des Rumpfes nach oben und unten zu neigen. Durch das Absenken der Querruder an den Flugzeugebenen drückt der Luftstrom das Auto nach unten oder nach oben. Der Höhenruderknüppel befindet sich gegenüber dem Pilotensitz. Wenn der Pilot das Ruder "übernimmt", bewegen sich die Querruder nach oben, die Luftmassen rauschen nach oben und drücken auf die Rückseite der Tragfläche. Das Heck des Flugzeugs senkt sich und das Flugzeug hebt ab.

Wenn der Pilot das Steuerrad absenkt, "verschenkt", gehen die Höhenruder nach unten und das Flugzeug rast nach unten. Die Lufteinwirkung auf das Flugzeug erfolgt von der Tragflächenunterseite nach dem gleichen Prinzip wie beim Anheben der Querruder. Durch das Anheben des Rumpfhecks verliert das Flugzeug an Höhe.

Wenn das Höhenruder zur Seite geneigt wird, rollt das Flugzeug entsprechend. Dies ist auf das klappbare Aufzugssystem zurückzuführen. Das Rollen des Flugzeugs entsteht durch abwechselndes Senken oder Anheben der Querruder. Dieses Prinzip wird verwendet, um das Flugzeug in der horizontalen Achse der Flugzeuge auszubalancieren.

Durch die gleichzeitige Nutzung von Höhen- und Seitenrudern kann das Flugzeug gleichzeitig die Flughöhe und Flugrichtung ändern. Der Pilot steuert das Höhenruder mit der rechten Hand. In seltenen Fällen, in denen Kraftanstrengung in einer Kurve erforderlich ist, greift der Pilot mit beiden Händen nach dem Lenkrad. In modernen Flugzeugen ist aufgrund der Hydraulik nur sehr wenig Kraftaufwand am Höhenruder erforderlich.

Die linke Hand des Piloten steuert die Motorsteuerhebel. Alle anderen Instrumente und Geräte, die die Flugstabilität gewährleisten, werden von der linken Hand des Piloten gesteuert.

Das Funktionsprinzip von Seitenrudern und Querrudern ist recht einfach. An diesem Prinzip hat sich mit der Entwicklung des Flugzeugbaus nichts geändert. Der einzige Unterschied liegt in den Engineering-Lösungen für die Auslegung der Steuerung, die den Aufgaben des entworfenen Modells entsprechen würden. In modernen Flugzeugen werden zur Herstellung von Querrudern Leichtmetallrahmen verwendet, die mit Duraluminiumblechen ummantelt sind. Auch hydraulische und elektrische Antriebe sind weit verbreitet, um optimale Betriebsbedingungen des Flugzeugs zu gewährleisten.

Viele Männer beginnen im Alter von dreißig Jahren, ihre Haare zu verlieren. Sie können Minoxidil gegen Haarausfall ausprobieren, das online unter minoxid.ru gekauft werden kann.

Jeder Flug beginnt mit dem Anlassen des Triebwerks und endet mit dem Abstellen des Triebwerks des Flugzeugs am Boden. Somit ist das Rollen (Übung 4 nach kanadischem FACM) ebenso Bestandteil des Fluges wie Steigen oder Landen. Und ich muss sagen, das Element ist gar nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint. Was ist daran so kompliziert? Schwierig, im Prinzip nichts. Vorausgesetzt, Sie haben das Stereotyp eines Autoliebhabers losgeworden. Dies ist der schwierigste Teil! :)

Schauen wir uns also an, wie kleine Flugzeuge am Boden gesteuert werden. Im Großen und Ganzen gibt es nur zwei Möglichkeiten. Das erste ist ein lenkbares Fahrwerksbein, das durch Ruderpedale bedient wird. Das Ruderflugzeug selbst hat nur einen geringen aerodynamischen Einfluss auf die Fahrtrichtung, da die Anströmung noch zu schwach ist oder ganz fehlt. Das Heck des Flugzeugs wackelt jedoch beim Rollen weiter, wenn der Pilot die Pedale betätigt. Außerdem hat der über das Ruder blasende Propeller noch eine gewisse Mitwirkung in Drehrichtung.

Das Hauptdrehmoment wird durch die Bugstrebe (oder das kontrollierte Heck) erzeugt. So erfolgte die Steuerung bei allen gängigen Cessna (150, 152, 172, 182) und bei vielen anderen Flugzeugen.

Es ist zu beachten, dass bei vollständiger Entlastung der Bugstrebe dieser Flugzeuge (was normalerweise während des Starts geschieht), die Beinsteuerung automatisch stoppt und die Pedale von diesem Moment an nur noch das Ruder beeinflussen, das zu diesem Zeitpunkt bereits recht aerodynamisch effizient ist.

Das zweite Flugzeugsteuerungsschema am Boden ist einfacher und wahrscheinlich billiger, erfordert jedoch mehr Pilotenfähigkeiten. Dabei handelt es sich um die sogenannte "selbstausrichtende Bugstrebe", die sich wie die Freilaufräder eines Einkaufswagens im Supermarkt von selbst nach der Wendeebene dreht. Aber was lässt das Flugzeug drehen? Grundsätzlich die Verwendung von Split-Brake. Indem Sie die Bremse nur an einem Rad halten und dem Motor Schub verleihen, können Sie das Flugzeug um das feststehende Rad drehen lassen. Klingt ganz einfach, oder? Sie werden sich auch an diese Einfachheit erinnern, wenn Sie auf engem Raum zwischen geparkten Flugzeugen rollen und versuchen, das Flugzeug auf der gelben Mittellinie zu halten.

Beim russischen Yak-18T und Yak-52 wird die Situation noch dadurch erschwert, dass sich die Bremsen nicht an den Enden der Seitenruderpedale, sondern an der Lenksäule befinden. In Neutralstellung der Pedale wirkt die Bremse auf beide Räder. Wenn Sie jedoch nur eines der Pedale betätigen, sendet ein spezielles Bypass-Ventil von der Seite dieses Pedals mehr Druck auf die Radbremse und das Flugzeug dreht sich in die gewünschte Richtung. Das einzige Problem ist, dass diese Drehung aufgrund der Nachlaufposition nicht von selbst stoppt, auch wenn Sie die Bremse am Steuerstand lösen. Sie müssen die Kurve mit einer intensiven entgegengesetzten Pedalbewegung stoppen und gleichzeitig den Bremshebel erneut drücken. Vertrauen Sie mir, dies ist eine sehr schwierige Fähigkeit. Die Instruktoren scherzen, dass es schwieriger sei, diese Flugzeuge zu rollen als sie zu fliegen. Das ist nicht ganz richtig, aber "in jedem Witz steckt ein Körnchen Witz". Wenn die entgegengesetzte Pedalbewegung zu spät erfolgt, wird das Flugzeug nicht rechtzeitig aufhören, sich zu drehen und Sie werden definitiv von der Achse abweichen. Dementsprechend müssen Sie die Fähigkeit zur Voraussicht entwickeln, um rechtzeitig Korrekturen vornehmen zu können. Sie sollten immer mit niedriger Geschwindigkeit rollen, damit Sie im Falle eines Fehlers oder einer rutschigen Oberfläche das Flugzeug vollständig stoppen können, und dann langsam, fast auf Position drehen und das Flugzeug mit dem gegenüberliegenden "Bein" halten, einen erheblichen Triebwerksschub verwenden und das Flugzeug auf die Rollbahnachse zurückführen.

Jetzt ist es an der Zeit, sich an den bereits erwähnten "Stereotyp des Autoliebhabers" zu erinnern, gegen den Sie kämpfen müssen. Im Grunde besteht es darin, dass das Flugzeug am Boden mit LEGS gelenkt wird und es sinnlos ist, das Lenkrad nach links und rechts zu drehen. Sie können sogar vom "Kontrollverlust" schockiert sein, wenn Sie das Lenkrad vollständig drehen und versuchen, die Drehung zu stoppen, aber dies hat absolut keine Auswirkungen auf das Flugzeug. Was nicht verwunderlich ist. Fahren Sie mit den Füßen! Übrigens, wenn Sie schon einmal in einem Kajak gepaddelt sind, dann haben Sie bereits eine entsprechende Fähigkeit: Das Kajak ist tatsächlich sehr nah am Flugzeug. Rahmenkonstruktion und Pedalsteuerung aus Duraluminium.

Darüber hinaus werden Sie beim Rollen auf einem Flugzeug mit selbstorientierender Strebe unangenehm überrascht sein, dass eine starre Verbindung zwischen "Ruder" und "Straße" fehlt. Das Flugzeug baumelt sozusagen nach Belieben, mal links, mal rechts, und du fängst es wütend und absurd mit deinen Beinen. Egal, mit der Zeit werden Ihre Bewegungen wirtschaftlich und ausreichend, um sie "innerhalb einer vertretbaren Abweichung" von der Mittellinie zu halten. Normalerweise dauert das Beherrschen dieser Fertigkeit mindestens 10 Einsätze (wenn Sie zum Start und zurück rollen). Seien Sie darauf vorbereitet, dass diese Fertigkeit bei längeren Flugunterbrechungen nachlässt, genau wie andere fliegerische Fertigkeiten.

Beim Rollen sind einige wichtige Punkte zu beachten.

Über die erste von denen ich bereits erwähnt habe, es ist die Geschwindigkeit. Die bekannte Regel besagt: "Sie müssen mit einer Geschwindigkeit lenken, die nicht höher ist als die Geschwindigkeit einer sich schnell bewegenden Person." Dies bietet die Möglichkeit, bei unerwarteten Ereignissen schnell anzuhalten: Entgleisung, ein Hindernis, unerwartetes Rutschen auf blankem Eis in einer Kurve oder unter dem Einfluss einer Windböe usw. Denken Sie auch an die möglichen Schäden, die durch das Rollen eines Flugzeugs zu einem anderen Flugzeug entstehen können, wenn Sie einen Fehler machen. Je niedriger die Kollisionsgeschwindigkeit, desto weniger Schaden.

Wir haben Traktion und Bremsen, um die Geschwindigkeit zu kontrollieren. Beides sollte ausreichend, rechtzeitig, aber sorgfältig verwendet werden. Um das Flugzeug in die Höhe zu bringen (besonders bergauf, vor allem auf dem Boden oder Schnee), braucht man deutlich mehr Schub. Aber den Startmodus gedankenlos an ein "stehendes" Flugzeug zu kleben, ist nicht die beste Lösung. Wenn es sich nicht bewegt, ist es möglicherweise angebunden, die Feststellbremse wurde nicht gelöst oder Sie haben die Unterlegkeile nicht unter den Rädern entfernt.

Sobald das Flugzeug rollt, muss der Schub sofort beseitigt werden. Niedriges Gas reicht oft für geradeaus. Gleichzeitig muss man in Kurven manchmal den Modus etwas erhöhen, insbesondere wenn die Bremsen zum Lenken verwendet werden. Und hier sind die Haltestellen und scharfe Kurven Es ist notwendig, im Voraus vorauszusehen und niedriges Gas im Voraus einzustellen. Andernfalls müssen Sie aktiv und häufig bremsen. Heiße Bremsen werden wirkungslos und Sie werden es bei einem abgelehnten Start überhaupt nicht mögen. Außerdem gelangt im Winter manchmal Schnee auf die beheizten Bremsen und schmilzt schnell. Beim Abkühlen wird das Wasser wieder zu Eis und blockiert die Bremsen fest bei stehendes Flugzeug... Außerdem oft nur eine der Bremsen, so dass Sie beim Anrollen für die nächste Abfahrt direkt am Parkplatz einen sehr gefährlichen "Kompass" ausführen können.

Beim Rollen sollte man auf keinen Fall "mit dem Motor mit den Bremsen kämpfen" - das ist ein grober Fehler. Stellen Sie vor der Fahrt Ihre Fersen auf den Boden und lösen Sie die Bremsen vollständig. Wenn Sie verlangsamen oder anhalten möchten, stellen Sie niedriges Gas ein und betätigen Sie die Bremsen.

Das Betätigen der Bremse (eines der Räder!) in Verbindung mit dem Triebwerksschub ist nur bei engen Kurvenfahrten zulässig. Wenn die Kurve sehr scharf ist, muss der Druck auf das Pedal / den Hebel regelmäßig gelockert werden, damit sich das gebremste Rad leicht drehen kann. Dadurch wird der Gummiverschleiß deutlich reduziert und gefährliche Torsionsbelastungen am Fahrwerk reduziert. Drehungen um das Rad, beispielsweise am Ende einer Start- und Landebahn, sollten ganz vermieden werden. In diesem Fall müssen Sie die gesamte Breite des Streifens nutzen, um den Wenderadius zu vergrößern: Beginnen Sie die Wende am äußersten Rand und enden Sie auf der anderen Seite der Mittellinie. Dann muss man sich natürlich einige Meter „strecken“, um das Flugzeug auf den Startkurs auszurichten.

Sekunde, was Sie in der Regel nehmen müssen, ist strikt entlang der gelben Mittellinie zu rollen. Auf dem Asphalt wird eine gelbe Linie gezeichnet, um den maximalen Abstand zwischen Ihren Flügeln und Hindernissen zu gewährleisten. Widerstehen Sie dem Drang, „die Ecke abzuschneiden“ wie auf einem Supermarktparkplatz.

Dritter Punkt wieder zum Stereotyp eines Autofahrers, der dir einen sehr schlechten Job machen kann. Sie müssen erkennen, dass Sie nicht wie ein Frosch in einer Kiste im Cockpit fahren. Du bist ein großer Vogel! Denken Sie an die Flügel. Das sind DEINE Flügel, sie sind groß, zerbrechlich und du willst nichts damit fangen. Gewöhnen Sie sich daran, dass Ihre Abmessungen keineswegs auf das Fahrerhaus beschränkt sind. Du bist viel mehr! Zumindest breiter. Drehen Sie den Kopf, seien Sie froh, dass Sie sich nicht im Cockpit des Liners befinden, von wo aus die Tragflächen nur sichtbar sind, wenn Sie sich aus dem Fenster lehnen und zurückschauen.

Bei Kurvenfahrten auf engstem Raum müssen Sie neben den Flügeln auch an das Heck denken. Er beschreibt einen weiten Bogen hinter Ihnen, und es besteht jede Chance, sie an die Tragfläche eines in der Nähe geparkten Flugzeugs zu "erreichen". Wenn Sie sich über die Sicherheit des U-Turns nicht sicher sind, ist es besser, den Motor auszuschalten und das Flugzeug manuell auf den Parkplatz zu rollen. So wird es billiger.

Na und vierter Moment, was für Sie zunächst sehr schwer zu beachten sein wird, Sie aber trotzdem müssen, da dies ein fester Bestandteil der Flugprüfung ist. Dieser wichtige Punkt (für die Luftfahrt recht traditionell) ist die Windabrechnung. Aber seine Technik ist spezifisch, da sie in diesem Fall am Boden ausgeführt wird.

Bevor Sie mit dem Rollen beginnen, sollten Sie sich die Windrichtung vom Lotsen oder ATIS (zur Not den "Zauberer" des Flugplatzes ansehen) erfragen. Außerdem sollten Sie während des Rollens die Querruder und das Höhenruder (lesen Sie "Lenkrad drehen und wackeln") immer so einstellen, dass die Auswirkungen des Windes auf das Flugzeug reduziert werden. Wie Sie wissen, neigt der Wind dazu, sich zu drehen und das Flugzeug sogar am Boden zu wenden. Dies ist besonders gefährlich, wenn er von der Seite bläst und gleichzeitig sowohl das Seitenruder und den Rumpf (die eine ziemlich große Fläche haben und einen Wetterfahneneffekt erzeugen) als auch die Flügel beeinflusst und an einem von ihnen mehr Auftrieb erzeugt als an dem anderen. Es ist unmöglich, diese Effekte vollständig zu eliminieren, aber man sollte versuchen, ihren Einfluss zu reduzieren. Dazu muss das Lenkrad je nach Windrichtung in die folgenden Stellungen gebracht werden:

1. Wenn der Wind von vorne weht, müssen Sie das Lenkrad über sich ziehen und ganz in Richtung Wind drehen. Dies erleichtert das Rollen auf einer selbstlenkenden Strebe und verringert den Auftrieb am Luvflügel.
2. Wenn der Wind von hinten weht, muss das Lenkrad in die Position "Aus dem Wind" gebracht werden, dh vollständig von Ihnen weg und ganz in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden, aus der der Wind kommt weht. Wenn der Wind beispielsweise von rechts nach hinten weht, muss das Lenkrad nach links gedreht und nach vorne gegeben werden.

Diese Abbildung, speziell für die POH Cessna 150/172, zeigt die korrekten Ruderpositionen für die Windkorrektur während des Rollens. beachten Sie, dass Querruder sind immer auf ihre äußerste Position eingestellt(für maximale Wirkung), das Höhenruder jedoch nicht, denn wenn der Wind vorne ist, dann empfiehlt es sich, das Lenkrad nur zu nehmen, um die Nachlaufrolle zu entladen. Es reicht aus, den gesteuerten Ständer nur leicht zu entlasten, also das Lenkrad nur wenig zu betätigen oder sogar in einer neutralen Position zu belassen. Aber wenn der Wind von hinten weht, dann ist auch das Höhenruder auf die äußerste Position eingestellt (das Lenkrad ist komplett von dir weg).

Ein Mensch wird fliegen und sich nicht auf die Stärke seiner Muskeln verlassen, sondern auf die Stärke seines Geistes.
N. E. Schukowski

Foto von I. Dmitriev.

Reis. 1. Wenn eine ebene Platte mit einem Luftstrom zusammenwirkt, entsteht eine Auftriebskraft und eine Widerstandskraft.

Reis. 2. Wenn der Luftstrom um den gebogenen Flügel strömt, ist der Druck auf seiner unteren Fläche höher als auf der oberen. Der Druckunterschied gibt den Auftrieb.

Reis. 3. Durch Auslenken des Steuerknüppels verändert der Pilot die Form des Höhenruders (1-3) und der Flügel (4-6).

Reis. 4. Das Ruder wird mit den Pedalen ausgelenkt.

Bist du schon mal geflogen? Nicht per Flugzeug, nicht per Helikopter, nicht per Heißluftballon, und Sie selbst - wie ein Vogel? Mussten Sie nicht? Und ich nicht. Dies ist jedoch meines Wissens nach keinem gelungen.

Warum konnte dies nicht ein Mensch tun, schließlich scheint es, dass Sie nur die Flügel eines Vogels kopieren, an Ihren Händen befestigen und, die Vögel nachahmend, in den Himmel aufsteigen müssen. Aber es war nicht da. Es stellte sich heraus, dass eine Person nicht genug Kraft hat, um sich mit Flügelschlägen in die Luft zu heben. Die Chroniken aller Völker sind voll von Geschichten über solche Versuche, von altchinesisch und arabisch (die erste Erwähnung findet sich in der chinesischen Chronik "Tsanhanshu", geschrieben im 1. Jahrhundert n. Chr.) bis hin zu europäisch und russisch. Meister in verschiedene Länder sie benutzten Glimmer, dünne Stäbe, Leder, Federn, um Flügel zu machen, aber niemand konnte fliegen.

Im Jahr 1505 schrieb der große Leonardo da Vinci: „... wenn ein Vogel im Wind ist, kann er darin bleiben, ohne mit den Flügeln zu schlagen, denn die gleiche Rolle, die der Flügel in Bezug auf die Luft in ruhender Luft spielt, spielt dabei bewegte Luft in Bezug auf die Flügel mit stationären Flügeln". Klingt kompliziert, ist aber nicht nur wahr, sondern genial. Aus dieser Idee folgt: Um zu fliegen, müssen Sie nicht mit den Flügeln schlagen, sondern sie müssen sich relativ zur Luft bewegen. Und dazu muss dem Flügel nur die horizontale Geschwindigkeit mitgeteilt werden. Aus der Wechselwirkung des Flügels mit der Luft entsteht ein Auftrieb, und sobald sich herausstellt, dass sein Wert größer ist als das Gewicht des Flügels selbst und alles, was damit zusammenhängt, beginnt der Flug. Es blieb wenig zu tun: einen geeigneten Flügel zu bauen und ihn auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigen zu können.

Aber wieder stellte sich die Frage: Welche Form soll der Flügel haben? Die ersten Versuche wurden mit flachen Flügeln durchgeführt. Sehen Sie sich das Diagramm an (Abb. 1). Wirkt eine einströmende Luftströmung in einem leichten Winkel auf eine ebene Platte, so entsteht eine Auftriebskraft und eine Widerstandskraft. Die Widerstandskraft versucht, die Platte zurück zu "entlüften", und die Hubkraft versucht, sie anzuheben. Der Winkel, in dem Luft auf den Flügel geblasen wird, wird Anstellwinkel genannt. Je größer der Anstellwinkel, dh je steiler die Platte zur Strömung geneigt ist, desto größer ist die Auftriebskraft, aber auch die Widerstandskraft wächst.

Bereits in den 80er Jahren des 19. Jahrhunderts fanden Wissenschaftler heraus, dass der optimale Anstellwinkel für einen flachen Flügel im Bereich von 2 bis 9 Grad liegt. Wenn der Winkel kleiner gemacht wird, ist der Widerstand klein, aber auch der Auftrieb ist klein. Dreht man steiler zum Bach, wird der Widerstand so groß, dass sich der Flügel eher in ein Segel verwandelt. Das Verhältnis der Größe der Auftriebskraft zur Größe der Widerstandskraft wird als aerodynamische Qualität bezeichnet. Dies ist eines der wichtigsten Kriterien in Bezug auf ein Flugzeug. Dies ist verständlich, denn je höher die aerodynamische Qualität, desto weniger Energie wendet das Flugzeug auf, um den Luftwiderstand zu überwinden.

Kommen wir zurück zum Flügel. Aufmerksame Menschen haben schon lange bemerkt, dass Vögel keine flachen Flügel haben. Noch in den 1880er Jahren führte der englische Physiker Horatio Phillips Experimente in einem selbst konstruierten Windkanal durch und bewies, dass die aerodynamische Qualität einer konvexen Platte viel besser ist als die einer flachen. Auch für diese Tatsache gab es eine recht einfache Erklärung.

Stellen Sie sich vor, Sie haben es geschafft, einen Flügel mit einer flachen Unterseite und einer konvexen Oberseite zu erstellen. (Es ist sehr einfach, ein Modell eines solchen Flügels aus einem normalen Blatt Papier zu kleben.) Betrachten wir nun das zweite Diagramm (Abb. 2). Der an der Flügelvorderkante laufende Luftstrom ist in zwei Teile geteilt: einer umströmt den Flügel von unten, der andere - von oben. Bitte beachten Sie, dass die Luft von oben etwas mehr als von unten strömen muss, daher wird die Luftgeschwindigkeit von oben auch etwas höher sein als von unten, nicht wahr? Physiker wissen jedoch, dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Druck im Gasstrom abnimmt. Schauen Sie, was passiert: Der Luftdruck unter dem Flügel ist höher als darüber! Die Druckdifferenz ist nach oben gerichtet, hier ist die Hubkraft. Und wenn Sie den Anstellwinkel hinzufügen, erhöht sich der Auftrieb noch mehr.

Einer der ersten, der konkave Flügel herstellte, war der talentierte deutsche Ingenieur Otto Lilienthal. Er baute 12 Segelflugzeugmodelle und flog damit etwa tausend Flüge. Am 10. August 1896 wurde bei einem Flug in Berlin sein Segelflugzeug durch einen plötzlichen Windstoß umgekippt und der tapfere Entdeckerpiloten getötet. Die theoretische Untermauerung des Vogelfluges, fortgeführt von unserem großen Landsmann Nikolai Jegorowitsch Schukowski, bestimmte die gesamte Weiterentwicklung der Luftfahrt.

Versuchen wir nun herauszufinden, wie der Auftrieb geändert und zur Steuerung des Flugzeugs verwendet werden kann. Alle modernen Flugzeuge haben Flügel aus mehreren Elementen. Der Hauptteil des Flügels ist relativ zum Rumpf stationär, und an der Hinterkante sind sozusagen kleine zusätzliche Flügelklappen angebracht. Im Flug setzen sie das Flügelprofil fort und können beim Start, bei der Landung oder bei Flugmanövern nach unten abweichen. In diesem Fall erhöht sich der Auftrieb des Flügels. Die gleichen kleinen zusätzlichen Drehflügel befinden sich am Seitenleitwerk (das ist das Seitenruder) und an horizontales Heck(das ist der Aufzug). Wenn ein solches zusätzliches Teil abgelehnt wird, ändert sich die Form des Flügels oder Leitwerks und sein Auftrieb ändert sich. Betrachten wir das dritte Diagramm (Abb. 3 auf S. 83). Im Allgemeinen nimmt die Auftriebskraft entgegen der Auslenkung der Steuerfläche zu.

Ich werde Ihnen ganz allgemein sagen, wie das Flugzeug gesteuert wird. Um nach oben zu klettern, müssen Sie das Heck leicht absenken, dann erhöht sich der Anstellwinkel des Flügels, das Flugzeug gewinnt an Höhe. Dazu muss der Pilot das Lenkrad (Steuerknüppel) zu sich heranziehen. Das Höhenruder am Stabilisator kippt nach oben, sein Auftrieb nimmt ab und das Heck fällt ab. In diesem Fall erhöht sich der Anstellwinkel des Flügels und sein Auftrieb nimmt zu. Zum Tauchen kippt der Pilot das Steuerrad nach vorne. Das Höhenruder weicht nach unten aus, das Flugzeug hebt sein Heck und beginnt zu sinken.

Mit den Querrudern können Sie das Auto nach rechts oder links neigen. Sie befinden sich an den Enden der Flügel. Das Neigen des Steuerknüppels (oder Drehen des Ruders) nach Steuerbord bewirkt, dass das steuerbordseitige Querruder angehoben und das linke Querruder nach unten gedrückt wird. Dementsprechend nimmt der Auftrieb am linken Flügel zu, am rechten ab und das Flugzeug neigt sich nach rechts. Nun, rate mal, wie man das Flugzeug nach links neigt.

Das Seitenruder wird über Pedale gesteuert (Abb. 4). Drücken Sie das linke Pedal nach vorne - das Flugzeug dreht sich nach links, drücken Sie das rechte - nach rechts. Aber die Maschine macht es "faul". Damit sich das Flugzeug jedoch schnell drehen kann, müssen Sie mehrere Bewegungen ausführen. Nehmen wir an, Sie biegen links ab. Neigen Sie dazu die Maschine nach links (Lenkrad drehen oder Bedienhebel neigen) und gleichzeitig das linke Pedal betätigen und das Lenkrad zu sich heranziehen.

Das ist in der Tat alles. Sie fragen sich vielleicht, warum Piloten mehrere Jahre lang das Fliegen beigebracht wird? Denn alles steht nur auf dem Papier. Also hast du das Flugzeug gerollt, den Griff an dir selbst genommen und das Flugzeug fing plötzlich an, seitwärts zu rutschen, wie auf einem rutschigen Hügel. Wieso den? Was zu tun ist? Oder Sie haben im Horizontalflug beschlossen, höher zu steigen, das Steuerrad zu nehmen und das Flugzeug, anstatt auf die Höhe zu steigen, pickte plötzlich mit der Nase und flog spiralförmig nach unten, wie es heißt, trat in eine "Drehung" ein.

Im Flug muss der Pilot den Betrieb der Triebwerke, die Richtung und Höhe, das Wetter und die Passagiere, seinen eigenen Kurs und die Kurse anderer Flugzeuge und viele andere wichtige Parameter überwachen. Der Pilot muss die Flugtheorie kennen, die Lage und Reihenfolge der Bedienelemente, aufmerksam und mutig, gesund und vor allem flugfreudig sein.

Wenn wir ein Flugzeug am Himmel beobachten, fragen wir uns oft, wie das Flugzeug abhebt. Wie fliegt er? Schließlich ist das Flugzeug viel schwerer als Luft.

Warum das Luftschiff steigt

Wir wissen, dass Ballons und Luftschiffe in die Luft gehoben werden Archimedes Stärke ... Das archimedische Gasgesetz lautet: „ nund ein in ein Gas eingetauchter Körper wirkt als Auftriebskraft gleich der Schwerkraft des von diesem Körper verdrängten Gases. ... Diese Kraft ist der Schwerkraft entgegengesetzt. Das heißt, die Kraft von Archimedes ist nach oben gerichtet.

Ist die Schwerkraft gleich der Kraft des Archimedes, dann befindet sich der Körper im Gleichgewicht. Ist die Kraft des Archimedes größer als die Schwerkraft, dann steigt der Körper in die Luft. Da die Ballons von Ballons und Luftschiffen mit Gas gefüllt sind, das leichter als Luft ist, drückt die Kraft des Archimedes sie nach oben. Somit ist die Kraft des Archimedes die Auftriebskraft für Flugzeug leichter als Luft.

Aber die Schwerkraft des Flugzeugs übersteigt die Kraft des Archimedes deutlich. Daher kann es das Flugzeug nicht in die Luft heben. Warum hebt es dann doch ab?

Flugzeugflügelaufzug

Der Anstieg des Auftriebs wird oft dem Unterschied der statischen Drücke der Luftströmungen auf der oberen und unteren Oberfläche eines Flugzeugflügels zugeschrieben.

Betrachten wir eine vereinfachte Version des Erscheinungsbilds des Flügelauftriebs, der sich parallel zum Luftstrom befindet. Das Design des Flügels ist so, dass der obere Teil seines Profils konvex ist. Der Luftstrom um den Flügel ist zweigeteilt: oberer und unterer. Die Unterlaufgeschwindigkeit bleibt praktisch unverändert. Aber die Geschwindigkeit des oberen steigt dadurch, dass er in der gleichen Zeit eine längere Strecke zurücklegen muss. Nach dem Bernoulli-Gesetz gilt: Je höher die Durchflussmenge, desto niedriger der Druck darin. Folglich wird der Druck über dem Flügel geringer. Aufgrund der unterschiedlichen Drücke, Hubkraft, die den Flügel nach oben drückt und das Flugzeug mit ihm aufsteigt. Und je größer dieser Unterschied ist, desto größer ist die Hubkraft.

Aber in diesem Fall ist es unmöglich zu erklären, warum Auftrieb auftritt, wenn das Flügelprofil eine konkav-konvexe oder bikonvexe symmetrische Form hat. Schließlich legen die Luftströme hier die gleiche Strecke zurück und es gibt keinen Druckunterschied.

In der Praxis steht das Flügelprofil des Flugzeugs schräg zur Luftströmung. Dieser Winkel heißt Angriffswinkel ... Und der Luftstrom, der mit der unteren Oberfläche eines solchen Flügels kollidiert, wird abgeschrägt und erhält eine Abwärtsbewegung. Entsprechend Impulserhaltungssatz eine Kraft, die in die entgegengesetzte Richtung, dh nach oben gerichtet ist, wirkt auf den Flügel.

Dieses Modell, das das Auftreten von Auftrieb beschreibt, berücksichtigt jedoch nicht die Umströmung der Tragflächenoberseite. Daher wird in diesem Fall die Höhe des Auftriebs unterschätzt.

Tatsächlich ist alles viel komplizierter. Der Auftrieb eines Flugzeugflügels existiert nicht als eigenständige Größe. Dies ist eine der aerodynamischen Kräfte.

Der ankommende Luftstrom wirkt auf den Flügel mit einer Kraft namens volle aerodynamische Kraft ... Und die Auftriebskraft ist eine der Komponenten dieser Kraft. Die zweite Komponente ist Zugkraft. Der aerodynamische Gesamtkraftvektor ist die Summe der Auftriebs- und Widerstandskraftvektoren. Der Auftriebsvektor ist senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor der ankommenden Luft gerichtet. Und der Kraftvektor des Frontalwiderstands ist parallel.

Die aerodynamische Gesamtkraft ist definiert als das Integral des Drucks um die Flügelprofilkontur:

Ja - Hubkraft

R - Schub

dΩ - Profilgrenze

R - der Druckwert um die Kontur des Flügelprofils

n - normal zum Profil

Der Satz von Schukowski

Wie der Flügelauftrieb entsteht, erklärte erstmals der russische Wissenschaftler Nikolai Jegorowitsch Schukowski, der als Vater der russischen Luftfahrt gilt. 1904 formulierte er einen Satz über die Auftriebskraft eines Körpers, der sich in einer planparallelen Strömung einer idealen Flüssigkeit oder eines idealen Gases befindet.

Schukowski führte das Konzept der Fließgeschwindigkeitszirkulation ein, das es ermöglichte, die Fließneigung zu berücksichtigen und einen genaueren Wert der Auftriebskraft zu erhalten.

Die Auftriebskraft einer unendlichen Flügelspanne ist gleich dem Produkt aus der Dichte des Gases (Flüssigkeit), der Geschwindigkeit des Gases (Flüssigkeit), der Zirkulation der Strömungsgeschwindigkeit und der Länge des ausgewählten Flügelsegments. Die Wirkungsrichtung der Auftriebskraft ergibt sich aus der Drehung des Geschwindigkeitsvektors der einströmenden Strömung im rechten Winkel gegen die Zirkulation.

Hubkraft

Dichte des Mediums

Durchflussrate bei unendlich

Strömungsgeschwindigkeit Zirkulation (der Vektor ist senkrecht zur Tragflächenebene gerichtet, die Richtung des Vektors hängt von der Zirkulationsrichtung ab),

Die Länge des Flügelsegments (senkrecht zur Profilebene).

Die Höhe des Auftriebs hängt von vielen Faktoren ab: Anstellwinkel, Luftstromdichte und -geschwindigkeit, Flügelgeometrie usw.

Der Satz von Schukowski bildet die Grundlage der modernen Flügeltheorie.

Ein Flugzeug kann nur abheben, wenn der Auftrieb größer ist als sein Gewicht. Er entwickelt Geschwindigkeit mit Hilfe von Motoren. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt auch die Hubkraft. Und das Flugzeug steigt.

Wenn Auftrieb und Gewicht des Flugzeugs gleich sind, fliegt es horizontal. Flugzeugtriebwerke erzeugen Schub - eine Kraft, deren Richtung mit der Bewegungsrichtung des Flugzeugs übereinstimmt und der Widerstandsrichtung entgegengesetzt ist. Der Schub drückt das Flugzeug durch die Luft. Im Horizontalflug mit konstanter Geschwindigkeit sind Schub und Widerstand ausbalanciert. Wenn Sie den Schub erhöhen, beginnt das Flugzeug zu beschleunigen. Aber auch der Widerstand wird zunehmen. Und bald gleichen sie sich wieder aus. Und das Flugzeug fliegt mit konstanter, aber höherer Geschwindigkeit.

Wenn die Geschwindigkeit abnimmt, wird der Auftrieb geringer und das Flugzeug beginnt zu sinken.