Управление креном самолета. Как устроено управление самолетом в горизонтальной и вертикальной плоскостях? Все начинается с физики полета

Человек всегда мечтал летать в небе. Помните историю об Икаре и его сыне? Это, конечно, всего лишь миф и как было на самом деле мы никогда не узнаем, но жажду парить в небе эта история раскрывает сполна. Первые попытки взлететь в небо были сделаны при помощи огромного который сейчас скорее средство для романтических прогулок в небе, затем появился дирижабль, а вместе с этим позже появляются самолеты и вертолеты. Сейчас уже практически ни для кого не является новостью или чем-то необычным то, что можно слетать за 3 часа самолетом на другой континент. Но как это происходит? Почему самолеты летают и не падают?

Объяснение с физической точки зрения довольно простое, но тяжелее это исполнить на практике

Многие годы проводились различные эксперименты по созданию летающей машины, было создано много прототипов. Но чтобы понять, почему самолеты летают, достаточно знать второй закон Ньютона и уметь это воспроизвести на практике. Сейчас уже люди, а точнее инженеры и ученые, стараются создать такую машину, которая бы летала на колоссальных скоростях, превышающих в несколько раз скорость звука. То есть вопрос уже состоит не в том, как летают самолеты, а как сделать так, чтобы они летали быстрее.

Две вещи для того, чтобы самолет взлетел - мощные двигатели и правильная конструкция крыльев

Двигатели создают огромную тягу, которая толкает вперед. Но этого недостаточно, ведь нужно еще и вверх подняться, а при таком раскладе выходит, что пока что мы можем только разогнаться по поверхности до огромной скорости. Следующим важным моментом является форма крыльев и самого корпуса самолета. Именно они создают поднимающую силу. Сделаны крылья так, что под ними воздух становится медленнее, чем над ними, и в итоге выходит, что воздух снизу толкает корпус вверх, а воздух над крылом неспособен сопротивляться этому воздействию при достижении самолетом определенной скорости. Это явление называется в физике подъемной силой, и, чтобы разобраться в этом подробнее, нужно иметь немного познаний в аэродинамике и в прочих сопутствующих законах. Но для понимания того, почему самолеты летают, этих знаний достаточно.

Посадка и взлет - что нужно для этого машине?

Для самолета необходима огромная взлетная полоса, а точнее - длинная взлетная полоса. Это связано с тем, что ему в первую очередь нужно набрать определенную скорость для взлета. Для того чтобы сила подъема начала действовать, необходимо разогнать самолет до такой скорости, что воздух снизу крыльев начнется подымать конструкцию вверх. Вопрос о том, почему низко летают самолеты, касается именно этой части, когда машина идет на взлет или на посадку. Низкий старт дает возможность подняться самолёту очень высоко в небо, и мы это часто видим в ясную погоду - рейсовые самолеты, оставляя за собой белый след, перемещают людей из одной точки в другую намного быстрее, чем это можно сделать при помощи наземного транспорта или морского.

Топливо для самолетов

Также интересует, почему самолеты летают на керосине. Да, в основном так и есть, но дело в том, что некоторые типы техники используют в качестве топлива привычный бензин и даже солярку.

Но в чем преимущество керосина? Таковых несколько.

Первым, наверное, можно назвать его стоимость. Он значительно дешевле, чем бензин. Второй причиной можно назвать его легкость, в сравнении с тем же бензином. Также керосин имеет свойство гореть, если можно так сказать, плавно. В машинах - легковых или грузовых - нам нужна возможность резкого включения и выключения двигателя, когда самолет рассчитан на то, чтобы его запустить и постоянно поддерживать движение турбин на заданной скорости длительное время, если говорить о пассажирских самолетах. Легкомоторная авиация, которая не предназначена для перевозок огромных грузов, а по большей части связана с военной промышленностью, с агрохозяйством и прочее (в такой машине могут разместиться только до двух человек), мала и маневренна, а потому бензин является подходящим для этой области. Его взрывное горение подходит для того типа турбин, которые установлены в легкой авиации.

Вертолет - конкурент или друг самолету?

Интересное изобретение человечества, связанное с перемещением в воздушном пространстве - вертолет. У него есть главное преимущество перед самолетом - вертикальные взлет и посадка. Он не требует огромного пространства для разгона, а почему самолеты летают только с оборудованных для этих целей мест? Правильно, необходима достаточно длинная и гладкая поверхность. Иначе исход посадки где-то в поле может стать чреватым разрушением машины, а того хуже - человеческими жертвами. А посадку вертолета можно совершить на крыше здания, которая приспособлена, на стадионе и т. п. Для самолета эта функция недоступна, хотя конструкторы уже работают над тем, чтобы объединить мощность и с вертикальным взлетом.

При создании самолета, инженерам пришлось решать сложную задачу управления крылатой машиной. Ведь самолет движется не только в горизонтальной плоскости. У автомобиля и корабля есть лишь один руль, позволяющий поворачивать налево или вправо. Самолету же нужен дополнительный руль для маневров в вертикальной плоскости – вниз и вверх.

В итоге, самолет оснастили двумя рулями – рулем направления и рулем высоты (глубины).
Для управления самолетом в горизонтальной плоскости пользуются рулем направления. Его устройство напоминает руль обыкновенного судна. Руль соединяется двумя тросами с элероном хвостовой части фюзеляжа. При повороте элерона вправо – самолет, за счет воздушного потока поворачивает вправо. Все предельно просто.

Руль высоты позволяет наклонять самолет вниз и вверх относительно поперечной оси фюзеляжа. За счет опускания элеронов на плоскостях самолета, воздушный поток устремляет машину вниз или вверх. Ручка руля высоты находится напротив сидения пилота. Когда пилот «берет на себя» штурвал, элероны поднимаются вверх, воздушные массы устремляются вверх и давят на заднюю часть крыла. Хвостовая часть самолета опускается, и самолет взмывает вверх.

Когда пилот опускает штурвал, «дает от себя», элероны высоты опускаются вниз и самолет устремляется вниз. Действие воздуха на плоскость происходит снизу крыла по тому же принципу, как при подъеме элеронов. Самолет теряет высоту за счет поднятия хвоста фюзеляжа.

При наклоне руля высоты в сторону, самолет кренится соответственно. Это происходит благодаря шарнирной системе руля высоты. Крен самолета происходит в результате попеременного опускания или поднятия элеронов. Этот принцип используют для балансировки самолета в горизонтальной оси плоскостей.

За счет одновременного использования рулей высоты и направления, самолет может одновременно менять высоту и направление полета. Рулем высоты пилот управляет правой рукой. Очень редко, когда нужно приложить усилие на вираже, пилот берется за штурвал обеими руками. В современных самолетах, за счет гидравлики, нужно совсем малое усилие на руль высоты.

Левая рука пилота управляет рычажками, регулирующими работу двигателя. Все остальные приборы и приспособления, которые обеспечивают стабильность полета, управляются левой рукой летчика.

Принцип действия рулей и элеронов достаточно прост. Этот принцип не изменился с развитием самолетостроения. Разница заключается лишь в инженерных решениях компоновки системы управления, которая соответствовала бы задачам проектируемой модели. В современных самолетах, для изготовления элеронов используют металлические облегченные каркасы, обшитые листами дюралюминия. Так же, широко используют гидравлические и электрические приводы для обеспечения оптимальных режимов эксплуатации самолета.

У многих мужчин уже в тридцатилетнем возрасте начинают выпадать волосы. Вы можете попробовать средство миноксидил от облысения, которое можно приобрести через интернет на сайте minoxid.ru.

Каждый полет начинается с того момента, когда запущен двигатель, и заканчивается, когда двигатель самолета выключен на земле. Таким образом, руление (Exercise 4 согласно канадскому КУЛПу) является таким же элементом полета, как и набор высоты или посадка. И, надо сказать, элементом вовсе не простым, как кажется на первый взгляд. Что же в нем такого сложного? Сложного, в принципе, ничего. При условии, что вы избавились от стереотипа автолюбителя. Вот это и есть самое сложное! :)

Итак, рассмотрим, каким образом самолеты малой авиации управляются на земле. По большому счету, вариантов тут только два. Первый из них - это управляемая «нога» шасси, приводимая в действие педалями руля направления. Сама плоскость руля оказывает лишь незначительное аэродинамическое влияние на направление движения, потому что набегающий поток еще слишком слаб или отсутствует вовсе. Тем не менее, хвост самолета при рулении продолжает «вилять», когда летчик орудует педалями. Кроме того, обдув руля направления воздушным винтом все-таки оказывает некоторое coдействие в направлении поворота.

Основной же поворачивающий момент создает носовая (или управляемая хвостовая) стойка. Таким сделано управление на всех популярных Цесснах (150, 152, 172, 182) и на многих других самолетах.

Нужно отметить, что при полной разгрузке носовой стойки этих самолетов (что обычно происходит при взлете) управление ногой прекращается автоматически, и педали с этого момента влияют только на руль направления, который к этому моменту уже достаточно эффективен аэродинамически.

Вторая схема управления самолетом на земле является более простой и, вероятно, дешевой, однако требует большей квалификации пилота. Это так называемая «самоориентирующаяся носовая стойка», которая сама собой, как свободные колеса тележки в супермаркете, поворачивается вслед за поворачивающим самолетом. Но что же заставляет самолет поворачивать? В основном, применение раздельного торможения. Зажав тормоз только одного колеса и добавив тяги двигателю, можно заставить самолет вращаться вокруг неподвижного колеса. Звучит очень просто, да? Вы еще вспомните об этой простоте, когда будете рулить в ограниченном пространстве между припаркованными самолетами, пытаясь удерживать самолет на желтой осевой линии.

На российских Як-18T и Як-52 ситуация осложняется еще и тем, что тормоза расположены не на концах педалей руля направления, а на рулевой колонке. Когда педали стоят в нейтральном положении, тормоз действует на оба колеса. Однако если вы нажмете только на одну из педалей, специальный перепускающий клапан отправит большее давление к тормозу колеса со стороны этой педали, и самолет начет поворачивать в желаемую сторону. Проблема только в том, что из-за самоориентирующейся стойки этот поворот не прекратится сам собой, даже когда вы отпустите тормоз на штурвале. Вам придется остановить поворот интенсивным противоположным движением педалей с одновременным повторным нажатием на тормозную гашетку. Поверьте, это очень сложный навык. Инструкторы шутят, что рулить этими самолетами сложнее, чем летать на них. Это не совсем правда, но «в каждой шутке есть доля шутки». Если противоположное движение педалями сделано слишком поздно, самолет не прекратит поворот вовремя и вы обязательно уйдете с оси. Соответственно, нужно выработать навык некоторого предвидения, чтобы применять своевременные коррекции. Рулить нужно всегда с небольшой скоростью, чтобы в случае ошибки или скользкого покрытия иметь возможность полностью остановить самолет, а затем медленно, почти вращаясь на месте и удерживая самолет противоположной «ногой», использовать значительную тягу двигателя и вернуть самолет на ось рулежной дорожки.

Настало время вспомнить об упомянутом выше «стереотипе автолюбителя», с которым вам предстоит бороться. В основном, он заключается в том, что самолет на земле рулится НОГАМИ, и крутить штурвал влево-вправо бесполезно. Возможно, вы даже будете шокированы «потерей управления», когда повернете штурвал до упора, пытаясь остановить поворот, но это совершенно не окажет никакого влияния на самолет. Что неудивительно. Рулите ногами! Да, кстати, если вы плавали когда-нибудь на байдарке, то у вас уже есть подходящий навык: байдарка очень близка к самолету на самом деле. Каркасная конструкция из дюраля и управление педалями.

Кроме этого, при рулении на самолете с самоориентирующейся стойкой вас неприятно удивит отсутствие жесткой связи «руля» с «дорогой». Самолет как бы болтается, как хочет, то влево, то вправо, а вы его ловите, бешено и несуразно суча ногами. Ничего, со временем ваши движения станут экономными и достаточными для удержания его «в разумных пределах отклонения» от осевой. Обычно освоение этого навыка занимает не менее 10 вылетов (когда вы будете выруливать на старт и заруливать обратно). Будьте готовы и к тому, что этот навык деградирует в случае больших перерывов в полетах точно так же, как и другие летные навыки.

Есть несколько важных моментов, которые необходимо особо учитывать при рулении.

О первом из них я уже упоминал, это скорость. Общеизвестное правило гласит, что «рулить надо со скоростью не большей, чем скорость быстро идущего человека». Это обеспечивает возможность быстрой остановки в случае каких-либо неожиданностей: схода с осевой, возникновения препятствия, неожиданного скольжения на голом льду в повороте или под воздействием порыва ветра и т.д. Подумайте также и о возможных повреждениях, которые может нанести рулящий самолет другому самолету в случае вашей ошибки. Чем меньше скорость столкновения, тем меньше ущерб.

Для контроля скорости у нас есть тяга и тормоза. И тем, и другим нужно пользоваться в достаточной степени, своевременно, но осторожно. Чтобы стронуть самолет с места (особенно в горку, особенно на грунте или снегу) нужно существенно больше тяги. Но бездумно совать взлетный режим «неподвижному» самолету - не лучшее решение. Если он не двигается, возможно, что он привязан, не снят со стояночного тормоза или вы не убрали колодки из-под колес.

Как только самолет покатился, тягу надо сразу прибрать. Часто для прямолинейного движения бывает достаточно малого газа. При этом в поворотах иногда приходится немного увеличивать режим, особенно если для руления используются тормоза. А вот остановки и крутые повороты надо предвидеть заранее и заблаговременно ставить малый газ. Иначе придется активно и часто пользоваться тормозами. Горячие тормоза утрачивают эффективность, и вам это совсем не понравится в случае прерванного взлета. Кроме этого, зимой на нагретые тормозные механизмы иногда попадает снег и быстро тает. По мере остывания вода опять превращается в лед и намертво блокирует тормоза у стоящего самолета. Причем часто только один из тормозов, поэтому, начав руление для следующего вылета, можно исполнить весьма опасный «циркуль» прямо на месте стоянки.

Во время руления ни в коем случае нельзя «бороться тормозами с двигателем» — это грубая ошибка. Перед началом движения поставьте пятки на пол и полностью отпустите тормоза. Если вы хотите снизить скорость или остановиться, то установите малый газ и обожмите тормоза.

Использование тормоза (одного из колес!) совместно с тягой двигателя допустимо лишь при выполнении поворотов малого радиуса. Если поворот очень крутой, то нажатие на педаль/рычаг нужно периодически ослаблять, что дает возможность подторможенному колесу немного проворачиваться. Так существенно снижается износ резины и уменьшаются опасные крутящие нагрузки на стойку шасси. Разворотов «вокруг колеса», например, в конце ВПП, следует вообще избегать. В таком случае надо использовать всю ширину полосы для увеличения радиуса разворота: начать разворот от самого ее края и закончить по другую сторону от осевой. Затем, естественно, придется «протянуть» несколько метров, чтобы выровнять самолет по курсу взлета.

Второе, что необходимо взять за правило - это руление строго по желтой осевой линии. Желтая линия нарисована на асфальте для того, чтобы обеспечить максимальное расстояние между вашими крыльями и препятствиями. Боритесь с желанием «срезать угол» как на парковке супермаркета.

Третий момент опять касается стереотипа автомобилиста, который может сослужить вам очень дурную службу. Необходимо осознать, что вы не едете в кабине самолета, как лягушонка в коробчонке. Вы – большая птица! Вспомните про крылья. Это ВАШИ крылья, они большие, хрупкие, и вы не хотите ими ничего зацепить. Привыкните, что ваши габариты совершенно не ограничиваются кабиной. Вы значительно больше! По крайней мере, шире. Крутите головой, радуйтесь, что вы не в кабине лайнера, откуда крылья видны только если высунуться в форточку и посмотреть назад.

Выполняя развороты в ограниченном пространстве, помимо крыльев необходимо помнить и про хвост. Он описывает широкую дугу позади вас, и есть все шансы «достать» им до крыла припаркованного рядом самолета. Если не уверены в безопасности разворота, то лучше выключить двигатель и закатить самолет на стоянку вручную. Так дешевле будет.

Ну и четвертый момент , на который в первое время вам будет очень трудно обращать внимание, но тем не менее придется, так как это неотъемлемая часть летного экзамена. Этот важный момент (довольно традиционный для авиации) - учет ветра. Но его техника специфична, поскольку в данном случае выполняется на земле.

Перед началом руления вы должны получить от диспетчера или АТИС направление ветра (в крайнем случае, взглянуть на «колдун» аэродрома). Далее в процессе руления нужно всегда устанавливать элероны и руль высоты (читай «крутить и шевелить штурвал») в такое положение, чтобы снизить влияние ветра на самолет. Ветер, как известно, даже на земле стремится развернуть и даже перевернуть самолет. Особенно это опасно, когда он дует сбоку, одновременно воздействуя как на руль направления и фюзеляж (имеющие довольно значительную площадь и создающие эффект флюгера), так и на крылья, создавая на одном из них большую подъемную силу, чем на другом. Полностью устранить эти эффекты невозможно, но нужно стараться уменьшить их влияние. Для этого, в зависимости от того, с какой стороны дует ветер, надо устанавливать штурвал в следующие положения:

1. Если ветер дует спереди, то нужно брать штурвал на себя и до упора поворачивать в сторону ветра. Это облегчит руление на самолете с самоориентирующейся стойкой и снизит подъемную силу на наветренном крыле.
2. Если ветер дует сзади, то штурвал нужно поставить в положение «от ветра», то есть полностью отдать от себя и до упора повернуть в сторону противоположную той, откуда дует ветер. Скажем, если ветер справа-сзади, то штурвал нужно повернуть влево и отдать вперед.

Эта иллюстрация, характерная для POH Cessna 150/172, демонстрирует правильное положение рулей для коррекции ветра при рулении. Обратите внимание, что элероны всегда ставятся в крайнее положение (для получения максимального эффекта), а руль высоты - нет, поскольку если ветер спереди, то брать на себя штурвал целесообразно только для разгрузки самоориентирующейся стойки. Управляемую стойку достаточно лишь слегка разгрузить, то есть выбрать штурвал лишь немного, или вообще оставить в нейтральном положении. Но если ветер сзади, то руль высоты тоже ставится в крайнее положение (штурвал полностью от себя).

Человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума.
Н. Е. Жуковский

Фото И. Дмитриева.

Рис. 1. При взаимодействии плоской пластины с потоком воздуха возникают подъёмная сила и сила сопротивления.

Рис. 2. При обтекании потоком воздуха выгнутого крыла давление на его нижней поверхности будет выше, чем на верхней. Разница в давлениях даёт подъёмную силу.

Рис. 3. Отклоняя ручку управления, лётчик изменяет форму руля высоты (1-3) и крыльев (4-6).

Рис. 4. Руль направления отклоняют педалями.

Вы когда-нибудь летали? Не на самолёте, не на вертолёте, не на воздушном шаре, а сами — как птица? Не приходилось? И мне не довелось. Впрочем, насколько я знаю, это не удалось никому.

Почему же человек не смог этого сделать, ведь кажется, нужно лишь скопировать крылья птицы, прикрепить их к рукам и, подражая пернатым, взмыть в поднебесье. Но не тут-то было. Оказалось, что человеку не хватает сил, чтобы поднять себя в воздух на машущих крыльях. Рассказами о таких попытках пестрят летописи всех народов, от древнекитайских и арабских (первое упоминание содержится в китайской хронике «Цаньханьшу», написанной ещё в I в. н.э.) до европейских и русских. Мастера в разных странах использовали для изготовления крыльев слюду, тонкие прутья, кожу, перья, но полететь так никому и не удалось.

В 1505 году великий Леонардо да Винчи писал: «… когда птица находится в ветре, она может держаться в нём без взмахов крыльями, ибо ту же роль, которую при неподвижном воздухе крыло выполняет в отношении воздуха, выполняет движущийся воздух в отношении крыльев при неподвижных крыльях». Звучит это сложно, но по сути не просто верно, а гениально. Из этой идеи следует: чтобы полететь, не нужно размахивать крыльями, нужно заставить их двигаться относительно воздуха. А для этого крылу нужно просто сообщить горизонтальную скорость. От взаимодействия крыла с воздухом возникнет подъёмная сила, и, как только её величина окажется больше величины веса самого крыла и всего, что с ним связано, начнётся полёт. Дело оставалось за малым: сделать подходящее крыло и суметь разогнать его до необходимой скорости.

Но опять возник вопрос: какой формы должно быть крыло? Первые эксперименты проводили с крыльями плоской формы. Посмотрите на схему (рис. 1). Если на плоскую пластину под небольшим углом действует набегающий поток воздуха, то возникают подъёмная сила и сила сопротивления. Сила сопротивления старается «сдуть» пластину назад, а подъёмная сила - поднять. Угол, под которым воздух дует на крыло, называется углом атаки. Чем больше угол атаки, то есть чем круче к потоку наклонена пластина, тем больше подъёмная сила, но вырастает и сила сопротивления.

Ещё в 80-х годах XIX века учёные выяснили, что оптимальный угол атаки для плоского крыла лежит в пределах от 2 до 9 градусов. Если угол сделать меньше - сопротивление будет небольшим, но и подъёмная сила маленькой. Если развернуться круче к потоку - сопротивление окажется так велико, что крыло превратится скорее в парус. Отношение величины подъёмной силы к величине силы сопротивления называется аэродинамическим качеством. Это один из самых важных критериев, относящихся к летательному аппарату. Оно и понятно, ведь чем выше аэродинамическое качество, тем меньше энергии тратит летательный аппарат на преодоление сопротивления воздуха.

Вернёмся к крылу. Наблюдательные люди очень давно заметили, что у птиц крылья не плоские. Всё в тех же 1880-х годах английский физик Горацио Филлипс провёл эксперименты в аэродинамической трубе собственной конструкции и доказал, что аэродинамическое качество выпуклой пластины значительно больше, чем плоской. Нашлось и довольно простое объяснение этому факту.

Представьте, что вам удалось сделать крыло, у которого нижняя поверхность плоская, а верхняя - выпуклая. (Очень просто склеить модель такого крыла из обычного листа бумаги.) Теперь посмотрим на вторую схему (рис. 2). Поток воздуха, набегающий на переднюю кромку крыла, делится на две части: одна обтекает крыло снизу, другая - сверху. Обратите внимание, что сверху воздуху приходится пройти путь несколько больший, чем снизу, следовательно, сверху скорость воздуха будет тоже чуть больше, чем снизу, не так ли? Но физикам известно, что с увеличением скорости давление в потоке газа падает. Смотрите, что получается: давление воздуха под крылом оказывается выше, чем над ним! Разница давлений направлена вверх, вот вам и подъёмная сила. А если добавить угол атаки, то подъёмная сила ещё увеличится.

Одним из первых вогнутые крылья сделал талантливый немецкий инженер Отто Лилиенталь. Он построил 12 моделей планеров и совершил на них около тысячи полётов. 10 августа 1896 года во время полёта в Берлине его планер перевернуло внезапным порывом ветра и отважный пилот-исследователь погиб. Теоретическое обоснование парения птиц, продолженное нашим великим соотечественником Николаем Егоровичем Жуковским, определило всё дальнейшее развитие авиации.

А теперь попробуем разобраться, как подъёмную силу можно изменять и использовать для управления самолётом. У всех современных самолётов крылья сделаны из нескольких элементов. Основная часть крыла неподвижна относительно фюзеляжа, а на задней кромке устанавливают как бы небольшие дополнительные крылышки-закрылки. В полёте они продолжают профиль крыла, а на взлёте, при посадке или при манёврах в воздухе могут отклоняться вниз. При этом подъёмная сила крыла возрастает. Такие же маленькие дополнительные поворотные крылышки есть на вертикальном оперении (это руль направления) и на горизонтальном оперении (это руль высоты). Если такую дополнительную часть отклонить, то форма крыла или оперения меняется, и меняется его подъёмная сила. Посмотрим на третью схему (рис. 3 на с. 83). В общем случае подъёмная сила увеличивается в сторону, противоположную отклонению рулевой поверхности.

Расскажу в самых общих чертах, как управляется самолёт. Чтобы подняться вверх, нужно слегка опустить хвост, тогда возрастёт угол атаки крыла, самолёт начнёт набирать высоту. Для этого пилот должен потянуть штурвал (ручку управления) на себя. Руль высоты на стабилизаторе отклоняется вверх, его подъёмная сила уменьшается и хвост опускается. При этом угол атаки крыла увеличивается и его подъёмная сила возрастает. Чтобы спикировать, пилот наклоняет штурвал вперёд. Руль высоты отклоняется вниз, самолёт задирает хвост и начинает снижение.

Наклонить машину вправо или влево можно при помощи элеронов. Они расположены на концевых частях крыльев. Наклон ручки управления (или поворот штурвала) к правому борту заставляет правый элерон подняться, а левый - опуститься. Соответственно подъёмная сила на левом крыле возрастает, а на правом падает, и самолёт наклоняется вправо. Ну а как наклонить самолёт влево - догадайтесь сами.

Рулём направления управляют с помощью педалей (рис. 4). Толкаете вперёд левую педаль - самолёт поворачивает налево, толкаете правую - направо. Но делает это машина «лениво». А вот чтобы самолёт быстро развернулся, нужно сделать несколько движений. Предположим, вы собираетесь повернуть влево. Для этого нужно накренить машину влево (повернуть штурвал или наклонить ручку управления) и в то же время нажать на левую педаль и взять штурвал на себя.

Вот, собственно, и всё. Вы можете спросить, почему же лётчиков учат летать несколько лет? Да потому, что просто всё только на бумаге. Вот вы дали самолёту крен, взяли ручку на себя, а самолёт вдруг начал съезжать вбок, как на скользкой горке. Почему? Что делать? Или в горизонтальном полёте вы решили подняться повыше, взяли штурвал на себя, а самолёт вдруг, вместо того чтобы забираться на высоту, клюнул носом и по спирали полетел вниз, как говорят, вошёл в «штопор».

Пилоту в полёте нужно следить за работой двигателей, за направлением и высотой, за погодой и пассажирами, за собственным курсом и курсами других самолётов и множеством других важных параметров. Пилот должен знать теорию полёта, расположение и порядок работы органов управления, должен быть внимательным и смелым, здоровым, а самое главное - любить летать.

Часто, наблюдая за летящим в небе самолётом, мы задаёмся вопросом, как самолёт поднимается в воздух. Как он летит? Ведь самолёт значительно тяжелее воздуха.

Почему поднимается дирижабль

Мы знаем, что аэростаты и дирижабли поднимает в воздух сила Архимеда . Закон Архимеда для газов гласит: «Н а тело, погружённое в газ, действует выталкивающая сила, равная силе тяжести вытесненного этим телом газа» . Эта сила противоположна по направлению силе тяжести. То есть, сила Архимеда направлена вверх.

Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится в равновесии. Если же сила Архимеда больше силы тяжести, то тело поднимается в воздухе. Так как баллоны аэростатов и дирижаблей заполняют газом, который легче воздуха, то сила Архимеда выталкивает их вверх. Таким образом, сила Архимеда является подъёмной силой для летательных аппаратов легче воздуха.

Но сила тяжести самолёта значительно превышает силу Архимеда. Следовательно, поднять самолёт в воздух она не может. Так почему же он всё-таки взлетает?

Подъёмная сила крыла самолёта

Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Рассмотрим упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. По закону Бернулли, чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила , которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила.

Но в этом случае невозможно объяснить, почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму. Ведь здесь воздушные потоки проходят одинаковое расстояние, и разницы давлений нет.

На практике профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки . А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

Но эта модель, описывающая возникновение подъёмной силы, не учитывает обтекание верхней поверхности профиля крыла. Поэтому в данном случае величина подъёмной силы занижается.

На самом деле всё намного сложнее. Подъёмная сила крыла самолёта не существует как самостоятельная величина. Это одна из аэродинамических сил.

Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой . А подъёмная сила - это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Полная аэродинамическая сила определяется как интеграл от давления вокруг контура профиля крыла:

Y – подъёмная сила

Р – тяга

dΩ – граница профиля

р – величина давления вокруг контура профиля крыла

n – нормаль к профилю

Теорема Жуковского

Как образуется подъёмная сила крыла, впервые объяснил русский учёный Николай Егорович Жуковский, которого называют отцом русской авиации. В 1904 г. он сформулировал теорему о подъёмной силе тела, которое обтекается плоскопараалельным потоком идеальной жидкости или газа.

Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока, что позволило учесть скос потока и получить более точное значение подъёмной силы.

Подъемная сила крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъемной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции.

Подъёмная сила

Плотность среды

Скорость потока на бесконечности

Циркуляция скорости потока(вектор направлен перпендикулярно плоскости профиля, направление вектора зависит от направления циркуляции),

Длина отрезка крыла (перпендикулярно плоскости профиля).

Величина подъёмной силы зависит от многих факторов: угла атаки, плотности и скорости воздушного потока, геометрии крыла и др.

Теорема Жуковского положена в основу современной теории крыла.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.