На страницах нашего онлайн портала alivahotel.ru мы расскажем много самого интересного и познавательного, полезного и увлекательного для наших постоянных читателей.
Как самолет поворачивает и тормозит в воздухе и при чем здесь крыло?
Опубликовано 07.05.2021 · Обновлено 13.11.2021
После того, как самолет отрывается от земли, он теряет все привычные нашему взгляду точки опоры и ему приходится полагаться только на свою скорость, за счет которой давление воздуха под крылом удается поддерживать выше, чем над ним. В таких условиях все привычные способы маневрирования оказываются бесполезными, да и степеней свободы у самолета гораздо больше, нежели прямо, влево, вправо и назад. Как ему удается осуществлять маневрирование в воздухе, при чем с высокой точностью, ну и самое интересное: как можно разогнаться в воздухе довольно ясно, для этого есть несколько реактивных или винтовых двигателей, а как затормозить, особенно если самолет идет на снижение и при чем здесь крыло? На самом деле это не такая простая задача, учитывая что во время снижения самолета его скорость постоянно возрастет за счет действия ускорения свободного падения. Об этом поговорим в данном материале, доступно и просто. Приятного чтения!
Подъемная сила
На самом деле всем известно, что самолет удерживается в воздухе благодаря крыльям. За счет специального профиля и большой площади, при увеличении скорости самолета поток воздуха «изгибается», встречая сопротивление наклоненного крыла, и давление воздуха под ним значительно возрастает, а над ним остается прежним, за счет чего самолет взмывает ввысь, курсируя по воздуху словно над водной гладью. Эта разница давлений и называется подъемной силой, которая зависит от угла атаки (непосредственный угол наклона плоскости крыла навстречу воздушному потоку) и скорости потока воздуха (или наоборот — всякое движение относительно, мы это помним).
Подытожим: подъемной силой можно манипулировать изменяя два параметра: скорость и угол атаки. Подъемная сила названа таковой потому, что она направлена вверх от земли в небо, но на самом деле отклоняя любую плоскость в воздушном потоке можно создать разницу давлений между сторонами этой плоскости, соответственно будет возникать некая сила, направленная от стороны с большим давлением в сторону меньшего, причем плоскость может располагаться в любом положении, главное чтобы она находилась в набегающим воздушном потоке.
Плоскости крыла
Самолет имеет много степеней свободы, и за самые важные отвечает крыло: набор высоты и снижение, повороты, торможение, повышение подъемной силы при снижении скорости перед посадкой. Ну с высотой все понятно — в зависимости от угла атаки (который регулирует «хвостовое оперение» — руль высоты, наклоняя самолет либо носом вверх, либо вниз) подъемная сила либо возрастает, либо наоборот падает, а если она принимает отрицательные значения, то есть давление над крылом становится выше чем под ним, самолет снижается. А как быть с поворотами и торможением?
Для этих целей служат другие управляющие плоскости, которые носят названия: элероны, спойлеры, интерцепторы, закрылки и предкрылки. Для того, чтобы самолет осуществил поворот в какую-либо сторону пилот отклоняет штурвал словно руль автомобиля, и на крыльях в соответствующие стороны отклоняются элероны.
Элероны: повороты вправо-влево
Элероны на каждом крыле работают одновременно в противоположных направлениях: если на правом элерон отклоняется вверх, то на левом элерон отклоняется вниз, на одинаковое количество градусов. В этом случае на правом элерон станет «препятствием» воздушному потоку над крылом, точнее над самым его краем, значит давление над элероном будет возрастать и появится сила, толкающая край крыла вниз. Поскольку на противоположной стороне в данный момент будет происходить тот же процесс только в обратном направлении, получится вращающий момент: законцовка одного крыла движется вниз, а другого вверх, и самолет наклоняется. Из-за профиля в момент возникновения крена самолет начинает поворачивать в сторону крыла, направленного вниз к земле.
Интерцепторы и спойлеры: торможение самолета
Довольно часто пилотам приходится выдерживать жесткий скоростной режим, например во время кружения в зоне посадки крупных аэропортов, когда авиадиспетчер директивно каждому воздушному судну в зоне его ответственности выдает указания: на какой высоте лететь и с какой скоростью.
Если во время горизонтального полета выдерживать скорость не сложно так как она напрямую зависит от заданной мощности силовых установок, то во время снижения скорость как правило возрастает, а если снизиться нужно быстро (такое бывает в зажатых зонах посадки крупных аэропортов) то вертикальная скорость так или иначе перейдет в горизонтальную, и возникает потребность в воздушном тормозе.
Роль воздушного тормоза в небе на крупных воздушных судах играют интерцепторы — отклоняемые только вверх плоскости, расположенные на верхней стороне крыла. Открываясь на заданный угол интерцепторы создают сопротивление воздушному потоку, и, как мы уже знаем, возникает зона повышения давления воздуха и вместе с ней сила, направленная вниз и в противоположном направлении. Поскольку площадь крыла намного больше площади интерцепторов вектор силы, направленный вниз, на высокой скорости не играет особой роли, зато тормозящий эффект проявляется неплохо.
Сразу после посадки как правило открываются на максимальный угол все панели интерцепторов и дополнительные панели, которые называют спойлерами. Знакомое жителям интернета название — спойлер, в авиации так и обозначает — воздушный тормоз. Его действие во время посадки самолета на взлетную полосу, когда скорость самолета небольшая, связано как раз с прижимной силой — крыло прижимается к земле препятствуя эффекту подскока (на профессиональном языке есть термин — «козление»).
Закрылки: значительное повышение несущей способности крыла
Взлетная скорость крупного гражданского самолета составляет более 225 км/ч, но стоит учитывать, что угол атаки на взлете высок и двигатели работают в самом мощном взлетном режиме, придавая воздушному судну постоянное ускорение. Стабильный полет выполняется на скоростях, близких к 300 — 350 км/ч. Посадка на такой высокой скорости является очень рискованной, так что авиаконструкторам пришлось идти на всякие хитрости.
Полностью выпущенные закрылки
Одной из хитростей стало изобретение закрылков — это самые масштабные плоскости, которые продолжают крыло под значительным углом, и сильно увеличивающие его площадь, а значит и подъемную силу. Поскольку закрылки продолжают крыло под значительным углом, они создают большое сопротивление воздушному потоку, так что двигателям приходится работать на более мощных режимах при их выпуске. Та сила, которая возникает от сопротивления воздушному потоку, направлена вверх, а значит увеличенная тяга двигателей приводит не к разгону самолета, а к увеличению подъемной силы.
Закрылки позволяют самолету уверенно держаться «на крыле» на меньших скоростях, но с увеличенной тягой двигателей. Таким образом, с полностью выпущенными закрылками, современный гражданский самолет может уменьшить скорость посадки с 300 до 180 км/ч.
Предкрылки: предотвращают «срыв потока»
Посмотрите на схему «оперения» самолета, предкрылки расположены на переднем крае крыла по всей длине.
Предкрылки отклоняются чуть вперед и вниз, таким образом изменяя геометрию крыла. Все дело в том, что во время взлета и посадки крыло находится на больших «углах атаки». Чтобы не произошел срыв потока, когда передний его край будет создавать слишком сильное сопротивление воздушному потоку, приводя к падению скорости, а вместе с ней и подъемной силы. Выпущенные предкрылки продлевают крыло и занижают его передний край, а на больших углах атаки предкрылок не будет оказывать сильное сопротивление воздушному потоку, позволяя ему «пробегать» над крылом.
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?
Да пребудут с вами 4 силы
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.
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 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.
На этом вступительная часть закончена. Думаю, теперь самое время узнать кое-что об органах управления самолета.
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.
Теперь мы готовы подробно рассмотреть каждый из трех органов управления, вращающих самолет вокруг его осей.
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.
Рисунок 1-6. Как тангаж изменяется с помощью руля высоты Хвост опускается (1) из-за того, что поднимается руль высоты (2).
А что означает фраза «Тянуть на себя»?
Руль высоты действует так же, как и элероны. Отклонение штурвала на себя вызывает отклонение руля высоты вверх (см. рис. 1-6).
На рисунке 1-7 показано, что происходит с самолетом при отклонении штурвала вперед.
Рисунок 1-7. Как руль высоты изменяет тангаж самолета Хвост поднимается (1), потому что руль высоты (2) отклоняется вниз.
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
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
Рисунок 1-10
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).
Есть еще один способ определить, летите ли вы по прямой. Он заключается в использовании указателя курса (см. рис. 1-12).
Рисунок 1-12
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.
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
При наклоне вниз самолетик на авиагоризонте будет указывать на земную поверхность (коричневую), как показано на рисунке 1-14.
Рисунок 1-14
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.
Время для триммирования
Как работает триммер
Для удержания руля высоты отклоненным вниз (как при снижении) триммер должен быть отклонен вверх, как показано на руле высоты (см. рис. 1-15В).
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.
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.
«По данным собеседника “Ъ”, производитель предусмотрел всего два огнетушителя на каждый двигатель транспортника в то время, как, например, в гражданских самолетах ПАО «Ил» предусмотрено тушение огня в шесть очередей.»
Причиной происшедшей трагедии большинство специалистов считает неподготовленность к полетам первого экспериментального образца военного транспортника и возможную спешку с его вводом в строй. Спешка, как полагают эксперты, и создала условия для катастрофы, но станет ли это мнение официальным выводом комиссии Минпромторга, пока не ясно.
Конструктивные просчеты плюс спешка. Минус три опытных летчика-испытателя.
Думаю что благодарить тут надо в первую очередь очевидцев, снявших видео и оперативно выложивших в Интернет. Не будь видео, вполне могли бы и на экипаж списать. Но в следующий раз чувствую что испытания будут на полигоне проводить.
«Источник» конечно все более-менее подробно рассказал, но хотелось бы в первую очереди видеть фамилии людей, кто это в полет выпустил. На новом двигателе помпаж, помпаж переходит в пожар, диспетчер узнает о пожаре раньше лётчика, система пожаротушения тушит все кроме того что надо и т.п. Притом что самолет не пассажирский, а ВОЕННО-транспортный, для такого поражение каким-нибудь ПЗРК или малокалиберной зенитной артиллерией с соответствующими последствиями (пожар, повреждение и т.п.) вообще штатная ситуация должна быть.
Выглядит как спешка и желание отчитаться перед высоким начальством. По факту получилось как с И-180 и Чкаловым.
Безопасность полётов — это состояние авиационной системы или организации, при котором риски, связанные с авиационной деятельностью, относящейся к эксплуатации воздушных судов или непосредственно обеспечивающей такую эксплуатацию, снижены до приемлемого уровня и контролируются.
/Хотя это утяжеляет конструкцию и тем самым снижает топливную, а значит коммерческую, эффективность./
Безопасность полётов — это состояние авиационной системы или организации, при котором риски, связанные с авиационной деятельностью, относящейся к эксплуатации воздушных судов или непосредственно обеспечивающей такую эксплуатацию, снижены до приемлемого уровня и контролируются.
ВОЕННЫЕ ПЕНСИОНЕРЫ ЗА РОССИЮ И ЕЁ ВООРУЖЕННЫЕ СИЛЫ
Стали известны предварительные результаты расследования аварии, но комиссия их опровергает Владимир Тучков 1 сентября появилась информация о том, что комиссия, расследующая причину аварии опытного образца легкого транспортного самолета Ил-112 В, свою работу практически завершила. Причина аварии установлена: виноват самолет. Об этом рассказали «Коммерсанту» близкие к расследованию источники.
Вполне понятно, что руководство Объединенной авиастроительной корпорации, как и ПАО «Ильюшин» пришло в ярость. Да и комиссии это не понравилось, поскольку именно комиссия должна назвать причины — официальные и окончательные, обжалованию не подлежащие. Поэтому было немедленно опубликовано опровержение, с которым выступил председатель комиссии Олег Бочаров, заместитель министра промышленности и торговли.
Вот что он сказал: «Комиссия по расследованию катастрофы Ил-112 В продолжает работать. Никаких окончательных выводов о причинах происшествия еще нет».
Вместе с тем Бочаров не стал опровергать факты, изложенные в публикации «Коммерсанта», как не имеющие под собой никаких объективных оснований. Он сказал, что это предположения, а не официальные выводы: «Говорить о причинах трагедии еще преждевременно. Истинные причины установит комиссия».
Говорят, что причиной аварии стало разрушение в результате пожара двигателя тяги элерона. Из-за чего экипаж даже теоретически не смог бы удержать машину от крена, приведшего к падению самолета.
Элерон — это элемент механизации крыла, который можно назвать «рулем крена». Элеронов два, они расположены в правой и в левой части крыла в задней его части и представляют собой плоскости относительно небольшой длины и ширины.
В нейтральном положении расположены горизонтально, то есть являются продолжением крыла. Могут поворачиваться, отклоняться вверх и вниз, изменяя подъемную силу. Причем отклоняются в противофазе — один вверх, другой вниз. Для создания крена вправо вокруг оси самолета правый элерон поднимается вверх, что уменьшает подъемную силу, действующую на правую половину крыла.
Левый при этом опускается вниз, что увеличивает на его стороне подъемную силу. Повороты элеронов выполняются при помощи тяг, сделанных из сплава алюминия.
А между тем в день трагедии звучали голоса, что причина аварии — ошибка пилотирования. Причем совершенно непростительная для пилотов такого класса — они заложили такой крен, возвращаясь на аэродром, из которого самолет не смог выйти.
Сейчас версии «человеческого фактора» звучат все громче. И это понятно, авиастроители готовы землю рыть, лишь бы минимизировать свою ответственность. В этом плане весьма характерно интервью в «Комсомольской правде», где летчик с большим летным опытом говорит о том, что катастрофа была вызвана ошибками пилотирования.
Аргументы таковы. На видеоролике не видно, что горит крыло. Значит, тяга элерона пострадать не могла. Пожар не мог привести к катастрофе, известно большое количество случаев, когда сажают самолет с горящим двигателем. «Это не та история, когда самолет сразу падает. Сначала неприятность на борту, потому ошибки пилотирования. Обычно в действиях экипажа».
И далее: «Несмотря на весь опыт пилотов. Вы знаете, сколько опытных летчиков во время пожара отключали рабочий двигатель вместо загоревшегося? И сколько пилотов с многолетним стажем попадались на неприятные штуки? Которые могут показаться элементарными?
Опыт — не гарантия страховки от аварии. Все ошибаются в аварийных ситуациях»
Полностью выпущенные закрылки
