Развитие планирующих систем или как появился параплан (стр. 8 из 41)
Правдивая история: Ученики бывают разные. Но нет для инструктора большего горя, чем непослушный ученик. Однажды, на сборах в Крыму, мне достался редкий сплав упрямства, непослушания и тяги к экспериментам. Звали его Толик, и он очень хотел летать. Осваивая управление скоростью, Толик заметил, что при затягивании клевант уменьшается не только скорость полета, но и скорость снижения. В голове возникла идея: «Чем медленнее летишь, тем медленнее снижаешься, значит нужно лететь как можно медленнее». Забыв поговорку, в которой голова не давала покоя другим частям тела, Толик потянул клеванты дальше разрешенного мной положения. Сначала скорость снижения действительно уменьшалась, а потом параплан стал падать. Не знаю, кто из нас испугался больше, но глупого экспериментатора спас колючий куст шиповника, из которого мы долго выковыривали параплан.
В этом полете сделаны две ошибки. Первая - пилот превысил допустимый диапазон управления, заставляя параплан лететь слишком медленно. Угол атаки превысил критический. Произошел срыв потока, подъемная сила пропала, параплан упал. Вторая - при уменьшении скорости полета снижение сначала уменьшается, становится минимальным, а на малых скоростях полета начинает возрастать.
Толик не учел, что скорость снижения зависит от аэродинамического качества параплана. На малой скорости крыло обтекается воздухом под большим углом атаки. А на больших углах атаки возможно образование завихрений, из-за которых возрастает сопротивление и сильно уменьшается аэродинамическое качество параплана (К= СY / СX ).
Вспомним график зависимости СY от СX (поляра крыла, рис. 8). На основании этого графика можно получить зависимости качества и скорости снижения от скорости полета (рис. 17)
Величина качества и скорости снижения зависят от класса параплана. На моем параплане минимальная скорость снижения (1.0 M/с) достигается при скорости полета около 25...28 KM/ч, а максимальное качество полета (8.5) - при скорости З8 KM/ч.
Ограничения по скорости полета
Уменьшение скорости полета происходит за счет увеличения угла атаки крыла (рис. 18). Но угол атаки нельзя увеличивать больше критического значения из-за возникающего срыва потока. Скорость, при которой начинается срыв потока, называется минимальной скоростью полета. Запомните! Полет на скорости, близкой к минимальной, опасен!!! Угол атаки близок к критическому значению, и любое случайное возмущение (порыв ветра, чих Кощея и т. д.) может вызвать срыв потока (вспомните Толика), (рис. 19). Поэтому новичкам рекомендуют летать на большой скорости, используя полный ход управления лишь на посадке.
Итак, с нижним пределом скорости (около 20 км/ч) мы познакомились. Что же ограничивает верхний предел? При отпущенных стропах управления параплан летит на минимальном (установочном) угле атаки. Величину этого угла выбирают из соображений безопасности и задают конструкцией стройной системы параплана. Такой угол атаки и обеспечивает максимальную установочную скорость полета. Обычно это 35...38 км/ч
При необходимости, скорость полета можно увеличить. Для этого используют специальное приспособление - акселератор. Выжимая ногами подножку акселератора, пилот меняет геометрию стропной системы. Угол атаки уменьшается. Скорость возрастает.
Применение акселератора позволяет разогнать современный спортивный параплан до скорости 50...55 км/ч. Это и является верхней границей скорости (рис. 18). Дальнейшее увеличение скорости опасно. Мягкое крыло работает на очень маленьком угле атаки и может сложиться из-за атмосферной турбулентности (рис. 19)
Безопасная скорость полета
Новички часто пугаются: медленно летать опасно, быстро опасно, так куда же деваться? Не бойтесь. Во-первых, опасны лишь границы скоростного диапазона, а во-вторых, учебный параплан устойчив, его трудно довести до опасного режима. В случае же возникновения опасной ситуации, параплан способен самостоятельно возвращаться к нормальному полету.
Оптимальной считается скорость, обеспечивающая максимальный запас в сторону увеличения и уменьшения угла атаки. В этом случае, даже очень сильное возмущение не выведет угол атаки из допустимого диапазона. Обычно, такая скорость достигается при немного затянутых клевантах - примерно 10...20% от максимально допустимого хода. Как показывает опыт, этот режим наиболее комфортен, и им часто пользуются как новички, так и профессионалы.
4. Управление направлением полета.
Динамика поворотов.
«Древесная» статистика. Что новичка всегда умиляет в параплане, так это кажущаяся простота. В руках всего две стропы управления. Нужно влево - тянешь левую стропу, вправо - правую. Между тем, редкое дерево, имевшее несчастье вырасти вблизи учебной горки, не познало радость встречи с парапланеристами. Увидев препятствие, пилот начинает нервно дергать клеванты, и, окончательно запутавшись в двух стропах управления, гнездится на дереве.
Мораль сей басни такова: параплан входит в разворот с запаздываем в 1-2 секунды, и, дергая за клеванты трудно добиться чего-либо, кроме раскачки. Плавно затяните клеванту и ждите, пока параплан не войдет в режим поворота.
Для ввода параплана в режим поворота достаточно создать перепад в положении клевант. Представьте, что вы затянули только правую стропу управления. Правая половина тормозит, и летит медленнее левой. Крыло параплана поворачивает, а вы пока еще летите прямо (вот почему запаздывание!). Из-за этого разногласия возникает крен. Появляется проекция подъемной силы, которая меняет направление вашей скорости и уравновешивает появляющуюся центробежную силу.
При повороте появляется перегрузка, так как на вас действует не только сила тяжести, но и центробежная сила, возникающая при изменении направления скорости. Эта же сила толкает пассажиров при повороте автомобиля. Чем интенсивней поворот, тем больше центробежная сила. При резком повороте параплана она вызывает значительный крен и перегрузку, нежелательные для начинающих пилотов.
При повороте, части крыла двигаются на разных скоростях и обтекаются под разными углами атаки. Помните, что сорвать можно не только все крыло, но и его часть! В этом случае параплан начинает быстро вращаться и падает. Не превышайте допустимого хода клевант.
Глубокая спираль. Так называют длительный (несколько витков) интенсивный поворот с перегрузкой. Из-за перегрузки (до 3 G) сильно возрастают скорость полета (до 100 км/ч) и скорость снижения (до 18 м/с). Внешняя к повороту часть крыла движется быстрее внутренней, и может сминаться, так как работает на малом угле атаки. В режим глубокой спирали можно входить лишь при должном опыте.
5. Устойчивость параплана.
Из воспоминаний пилота: «Лечу я как-то раз на параплане, а погода дрянь. В воздухе болтанка, крыло качается как пьяное, но летит устойчиво. И тут....»
Всевозможные возмущения (порывы ветра, управление и т. д.) выводят параплан из состояния равновесия. Способность летательного аппарата самостоятельно возвращаться к заданному режиму полета называется устойчивостью. Различают устойчивость по курсу, крену и тангажу
Курс, крен и тангаж - углы, определяющие положение летательного аппарата относительно земли.
Устойчивость самолета обеспечивают киль, стабилизатор, строгая центровка и т. д. У параплана все проще - он устойчив за счет низкого положения центра тяжести (похож на большой маятник). Если крыло швырнуло шальным порывом ветра, то сила тяжести возвратит параплан в полетное положение.
Устойчивость по тангажу.
Обычно крыло параплана находится над головой пилота. В результате внешнего воздействия или управления крыло может оказаться сзади или впереди пилота. Происходит это из-за инерции пилота. Крыло значительно легче пилота. При изменении режима (например, торможение) легкое крыло тормозит, а тяжелый пилот летит дальше (по инерции). Крыло оказывается сзади пилота (рис. 21). Вот тут-то и срабатывает эффект маятника. Сила тяжести возвращает пилота под крыло, он проскакивает положение равновесия и крыло оказывается впереди. Процесс повторяется и продолжается, пока колебания не затухнут. Скорость затухания колебаний определяется демпфирующей способностью параплана. Хороший параплан демпфируется за 1...2 колебания.
Устойчивость по крену и курсу.
Все процессы похожи на описанные выше. Особенность в том, что крен параплана вызывает изменение курса. Поэтому, при колебаниях по крену, параплан будет «рыскать» по курсу.
Почему нежелательны колебания?
Редкий пилот радуется, когда крыло начинает качаться над его головой. Параплан быстрее снижается, пилота трясет в подвеске, но это мелочи. Основная неприятность в том, что при колебаниях крыло параплана приближается к критическим углам атаки. Когда ваше крыло бросает назад, угол атаки увеличен (опасность срыва), а когда крыло ныряет вперед, угол атаки уменьшен (опасность складывания).
Правдивая история: Как-то раз мне попался не в меру впечатлительный ученик. После лекции о вреде колебаний он стал их панически бояться. С легонько качнувшимся парапланом начиналась неумелая борьба, и он превращался в такие «крылатые качели», что я зажмуривал глаза. К счастью для ученика, учебный параплан обладал большим запасом устойчивости и не складывался даже на самых лихих маневрах.
Не нужно бояться колебаний. Это нормальный процесс, который сопровождает полет параплана. Возникающие колебания можно легко демпфировать (гасить) с помощью правильного (активного) управления.