|
| Путевая и поперечная устойчивость
Если прямолинейная траектория полета самолёта нарушена (нарушение путевого движения вследствие турбулентности), то в этом случае киль обтекается воздушным потоком под большим углом атаки, что вызывает появление боковой восстанавливающей аэродинамической силы.
|
| Вертикальный стабилизатор (киль) обеспечивает путевую устойчивость.
| | Восстанавливающая аэродинамическая сила
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | 
|
|
| Рис. 12-8 Путевая устойчивость после нарушения
|
|
| Нарушение по крену заставит одну консоль крыла опуститься, а другую подняться. Вектор подъёмной силы приобретёт наклон, вызывая скольжение в сторону опустившейся консоли крыла. Если самолёт имеет поверхности создающие стабилизирующий момент, такие как киль и боковая поверхность фюзеляжа, воздушный поток, встречаясь с ними при скольжении, будет стремиться восстановить положение с нулевым креном.
Если крыло установлено на верхней части фюзеляжа или оно имеет положительное поперечное V (конструктивная особенность, при которой каждая консоль крыла наклонена законцовками вверх), опустившаяся консоль крыла встречает воздушный поток под большим углом атаки при боковом скольжении, вызывая этим самым увеличение подъёмной силы, стремящейся вернуть самолёт в состояние с нулевым креном.
|
|
Поперечная устойчивость обеспечивается высокими продольными поверхностями и положительным поперечным V крыла.
| | Боковая составляющая относительного воздушного потока
| | | Эффект положительного поперечного V
| | | Вес
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | 
|
|
| Рис. 12-9Самолёт с высокорасположенным крылом ведет себя подобно маятнику. Поверхности, создающие стабилизирующий момент, такие как киль (cлева), и положительное поперечное V (справа), обеспечивают поперечную устойчивость.
|
|
|
По сравнению с устойчивостью в плоскости тангажа (продольная устойчивость), устойчивость самолёта по крену (поперечная устойчивость) – небольшая. Устойчивость в плоскости рыскания (путевая устойчивость) может быть значительной. Взаимозависимость между креном и рысканием в общем такова, что нарушение по крену или рысканию приведет в итоге к входу в снижение по спирали, вследствие того, что момент рыскания, вызывающий скольжение, превысит момент крена, стремящийся выровнять самолет в поперечном отношении. Действия лётчика направлены на то, чтобы устранить скольжение, удерживая шарик указателя скольжения в центральном положении и затем убирая крен. В нормальном полете это – непрерывный процесс.
|
| Тем не менее, в общем случае, естественная устойчивость, заложенная в конструкцию самолёта, поможет Вам в сохранении прямолинейного горизонтального полёта: при условии, что крен удерживается почти равным нулю, самолёт сбалансирован и усилий на органах управления нет. Вы можете позволить самолёту лететь самому, и при этом требуются лишь незначительные восстанавливающие его положение поправки, вводимые с помощью органов управления.
| | Аэродинамическое сопротивление
| | | Вихри от законцовки крыла создают аэродинамическое сопротивление
| | | Вихри от законцовки крыла создают аэродинамическое сопротивление
| | | Подъемная сила
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | 
Рис. 12-10 Крыло создает подъёмную силу и
(соответственно) аэродинамическое сопротивление.
|
| Подъёмная сила
Форма крыльев такова, что воздушный поток, обтекающий их верхнюю поверхность с большой скоростью, понижает статическое давление, и в то же самое время меньшая скорость обтекания нижней поверхности крыла увеличивает статическое давление. Разница в статическом давлении у нижней и верхней поверхностей крыла дает силу, действующую в основном вверх, (перпендикулярно потоку), немного направленную назад (относительно параллели воздушного потока). Перпендикулярный элемент, или составляющая, этой полной силы известна под названием подъёмной силы, а составляющая, которая параллельна траектории полета, называется индуктивным сопротивлением (поскольку она индуцируется процессом создания подъёмной силы).
Способность создавать подъёмную силу у отдельно взятого крыла, называемая коэффициентом подъёмной силы, CL, (CПС), зависит как от формы крыла, так и от его угла атаки (угол, под котором крыло встречает воздушный поток, измеряемый между линией хорды крыла и траекторией полета самолёта, что является тем же самым, что и относительный воздушный поток).
Чтобы лететь прямо и горизонтально и получить потребную подъёмную силу равную весу:
· На низкой скорости необходим большой угол атаки;
· На высокой скорости необходим малый угол атаки.
| |
| Одинаковая подъемная сила
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | | Высокая воздушная скорость
| | | Низкая воздушная скорость
| | 
| |
| Рис. 12-11 Подъёмная сила определяется сочетанием угла атаки и скорости.
| |
| Угол атаки, который определяется относительно направления воздушного потока, не следует путать с углом тангажа, который определяется относительно горизонта, хотя в горизонтальном полёте, они являются одним и тем же.
Угол атаки
Взятие ручки управления на себя имеет своим результатом подъем носовой части самолёта. Вследствие кинетического момента самолёта (т.е. его стремления в данный момент удержаться на существующей траектории полёта), он будет продолжать движение в том же самом направлении на той же самой скорости в течение короткого времени, однако на увеличившемся угле атаки. Крыло создаст увеличенную подъёмную силу, и траектория полёта изменится в сторону увеличения высоты, если самолёт до этого был в состоянии прямолинейного горизонтального полёта.
|
Лётчик управляет углом атаки с помощью руля высоты.
|
|
| И наоборот, движение ручки управления от себя опустит носовую часть и вызовет уменьшение угла атаки. Поскольку для изменения скорости требуется время, крыло будет создавать меньшую подъёмную силу, и самолёт будет снижаться.
| Ручка управления самолетом
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| |
|
|
| | Относительный воздушный поток
| | | Одинаковая воздушная скорость
| | 
|
|
| Рис. 12-12Руль высоты управляет углом атаки.
|
|
| Указатель угла атаки в приборное оборудование не входит (за исключением реактивных самолётов), но существуют критерии оценки угла атаки. Установка режима работы двигателя и угла тангажа дает такую траекторию полёта и скорость, по которым можно судить об угле атаки (малый, средний, большой).
|
| Режим полета определяются мощностью и угловым пространственным положением.
| Режим полёта
Режим работы двигателя плюс угловое пространственное положение самолёта определяют его режим полёта в отношении:
· Траектории полёта (восходящая, горизонтальная, нисходящая, разворота);
· Скорости (воздушной скорости, вертикальной скорости набора высоты, вертикальной скорости снижения или угловой скорости разворота, которые, разумеется, имеют постоянные значения или равны нулю в прямолинейном горизонтальном полёте).
В прямолинейном горизонтальном полёте на постоянном режиме работы двигателя, самолёт будет иметь определенный угол тангажа для обеспечения прямолинейного горизонтального полёта. Если носовая часть приподнята слишком высоко, самолёт будет набирать высоту; если же она опущена слишком низко, самолёт будет снижаться. Как Вы узнаете, что Вы установили правильный угол тангажа? По факту сохранения высоты! Вы можете определить это по высотомеру, а указатель вертикальной скорости будет служить резервным прибором, показывающим любое отклонение от заданной высоты.
Применение на практике
Прямолинейный полёт
Чтобы лететь прямо, необходимо выдерживать нулевой крен и удерживать самолёт в сбалансированном состоянии в путевом отношении, используя руль направления. Внешним визуальным ориентиром при выдерживании лётчиком нулевого крена является видимый горизонт, имеющий ровное положение в козырьке фонаря, или положение параллельное относительно какой-то детали самолёта как, например, противобликовый козырек приборной доски (мягкая окантовка).
|
|
Выдерживайте нулевой крен.
| 
|
|
| | Нулевой крен, органы управления полетом – в нейтральном положении
| | | Отклонить ручку управления самолетом вправо
| | | Крен влево
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| |
Рис. 12-13 Выходите из крена с помощью элеронов.
|
| | | | | |
| Горизонтальный полёт
Для удержания самолёта на постоянной высоте, следует, прежде всего, вывести носовую часть самолёта в угловое пространственное положение, соответствующее режиму работы двигателя. Внешним ориентиром является видимый горизонт, который должен наблюдаться через козырек фонаря в определенном положении относительно носового капота или верхней части доски приборов. Это положение неодинаково для разных самолётов, оно также зависит от положения, которое Вы занимаете, сидя в кабине, воздушной скорости, полетной конфигурации (положения закрылков и шасси) и полного веса самолёта. Таким образом, заранее назначать его нельзя, но Вы научитесь узнавать его в конкретной ситуации.
| 
Рис. 12-15Крейсерский полет.
|
| Итак, универсального углового пространственного положение самолёта для прямолинейного горизонтального полета не существует. Оно устанавливается приблизительно, а подтверждением правильного положения носовой части являются соответствующие показания высотомера и информация о тенденции их изменения, выдаваемая указателем вертикальной скорости. (Он реагирует быстрее и уже показывает то, что высотомер только готовиться показать). Лётчик использует эту информацию, чтобы знать насколько и когда следует изменить угловое пространственное положение самолёта и следует ли его изменять вообще.
| |
| Высотомер
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | | Чрезмерно низкое положение носовой части
Самолет снижается; возьмите ручку на себя
| | | Носовая часть в слишком высоком положении
Самолёт набирает высоту; отдайте ручку вперед
| | | Правильное положение носовой части
Высота выдерживается точно
| | 
| Установите носовую часть в правильное положение для этой скорости.
|
|
Рис. 12-16 На крейсерском режиме работы двигателя, выдерживайте высоту, регулируя угловое пространственное положение самолёта.
|
|
| Убедитесь в том, что Вы выдерживаете постоянную высоту, считав показания высотомера и указателя вертикальной скорости.
| Соотношение положений горизонта и носового капота будет различным на разных уровнях глаз лётчика над полом кабины. Вы должны занимать положение “сидя” удобное и выгодное для любого полета. Это позволит Вам легче зафиксировать в памяти правильное угловое пространственное положение самолёта для обычного крейсерского полета. Затем с крейсерским режимом работы двигателя установленным на крейсерской скорости, Вы можете перевести самолёт в это угловое пространственное положение и быть обоснованно уверенным в том, что он будет находиться в состоянии горизонтального полёта. Это состояние может быть подтверждено (или более точно отрегулировано) с помощью высотомера или указателя вертикальной скорости.
· Если угол тангажа слишком велик и самолёт набирает высоту, слегка опустите носовую часть, и вновь займите требуемую высоту.
· Если угол тангажа слишком мал и самолёт снижается, поднимите носовую часть, чтобы вернуться на нужную высоту.
Точность
Абсолютное и неограниченное выдерживание курса и высоты почти невозможно. Неизбежно будут иметь место некоторые отклонения, но их можно исправлять с тем, чтобы самолёт летел, максимально следуя заданному курсу и высоте. Удобней пилотировать самолёт, непрерывно делая небольшие поправки, нежели редко делая большие.
Балансировка
Не летайте с перекрестно отклоненными органами управления. Лететь прямо и горизонтально с креном и нарушенной балансировкой можно. Например, если левая консоль крыла опущена, можно отклонить руль направления вправо, чтобы прекратить разворот самолета влево, что неудобно и неэффективно. Возникшее при этом состояние называется боковым скольжением, или полётом с перекрестно отклоненными рулями (поскольку элероны и руль направления противодействуют один другому). Оно ухудшает лётные качества вследствие увеличения сопротивления и имеет своим результатом снижение скорости полёта и увеличение расхода горючего. Перекрестное отклонение рулей исправляется выходом из крена при помощи элерона и перемещением шарика указателя скольжения в центральное положение при воздействии на руль направления.
|
|
| | Направление полёта
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
……………..
| | 
|
|
| Рис. 12-17Перекрестное отклонение рулей – неэффективно (увеличение сопротивления).
|
|
| Триммирование
Чтобы облегчить выполнение точного горизонтального полета, удерживайте самолёт в сбалансированном состоянии, для чего следует выдерживать заданное угловое пространственное положение и затем снять любое установившееся усилие на органах управления. Любые изменения режима работы двигателя или углового пространственного положения вызовут изменение балансировки. Установите режим работы двигателя, сохраняйте заданное угловое пространственное положение, уравновесьте шарик и снимите все остающиеся усилия на органах управления. Прибавляйте обороты двигателя с целью увеличения воздушной скорости или убавляйте обороты, чтобы уменьшить скорость, выдерживая высоту посредством регулирования углового положения. Будьте готовы к тому, что будут возникать моменты тангажа и рыскания при изменении числа оборотов двигателя (кабрирование и рыскание влево при увеличении числа оборотов, пикирование и рыскание вправо при уменьшении числа оборотов); эти моменты должны парироваться отклонением рулей.
Для разгона летчик увеличивает обороты двигателя, компенсирует изменения начальной балансировки и затем, по мере нарастания скорости, кратковременными движениями опускает носовую часть, с целью сохранения высоты. Увеличивающаяся скорость вызывает дальнейшее изменение балансировки в сторону кабрирования и, таким образом, возникает тенденция к набору высоты. Чтобы удерживать самолёт в состоянии горизонтального полета, требуется дальнейшее увеличение давящего усилия на ручке управления и балансировка.
|
| Если требуется перейти на какую-то определённую скорость, то после перехода на неё следует установить число оборотов двигателя необходимое для её поддержания. После устойчивого удержания высоты точно сбалансируйте самолёт. Чтобы снизить скорость полёта, следует вначале убавить обороты двигателя и затем парировать начальную балансировку самолёта. Затем, по мере снижения скорости, у самолёта будет проявляться тенденция к опусканию носовой части и потере высоты. В этом проявляется естественная тенденция к сохранению скорости полета. На самой низкой скорости может потребоваться значительное тянущее усилие на ручке управления и четкое поднятое положение носовой части. Далее, при приближении к минимальной скорости горизонтального полёта самолета, следует значительно увеличить число оборотов двигателя, чтобы избежать дальнейшей потери скорости и высоты. На очень низких скоростях, когда требуется значительное увеличение оборотов, следует быть очень внимательным при поддержании скорости изменением числа оборотов двигателя. Если скорость начинает падать или самолёт переходит в снижение, может потребоваться частое, и иногда значительное, изменение числа оборотов.
Техника пилотирования
Выход на прямолинейный горизонтальный крейсерский полёт
Вы узнаете, какое угловое пространственное положение, и режим работы двигателя требуются для Вашего самолёта при нормальном полетном весе и центровке, и при Вашем росте, сидя (от плоскости сиденья) в кабине. Прямолинейный горизонтальный крейсерский полёт достигается установкой режима работы двигателя и приблизительного углового пространственного положения (чем точнее – тем лучше), позволяя при этом самолёту стабилизировать свое положение. Затем отрегулируйте число оборотов, угловое пространственное положение и балансировку.
Восстановление прямолинейного горизонтального полёта после его нарушения
Если самолёт накренился, устраните крен элеронами. Если носовая часть поднялась слишком высоко или опустилась слишком низко, верните ее рулем высоты приблизительно (на глаз) в требуемое положение, удерживайте ее в нем и затем скорректируйте это положение по высотомеру. Если скорость излишне высокая или низкая, или же если требуются значительные изменения высоты, может потребоваться некоторое изменение числа оборотов двигателя.
| |
| |
| Рис. 12-18При высоком положении носовой части и разворачивании влево, опустите носовую часть и уберите крен. При низком положении носовой части и разворачивании влево, уберите крен и поднимите носовую часть.
| |
| Прямолинейный горизонтальный полёт может выдерживаться в диапазоне скоростей, от большой крейсерской скорости, или максимальной скорости горизонтального полета, до малой скорости полёта, чуть выше скорости сваливания. Принцип – тот же самый, что и ранее. Лётчик устанавливает требуемое число оборотов двигателя, подгоняет угловое пространственное положение под новую скорость, после того как она установится, и затем вновь производит балансировку. Во время разгона или торможения летчик контролирует тенденцию изменения высоты и подправляет угловое пространственное положение малыми изменениями его с целью поддержания горизонтального полёта. Очень трудно точно выдерживать высоту, изменяя число оборотов двигателя и скорость полёта и, затем, также изменяя положение закрылков.
При наличии винта фиксированного шага, число оборотов будет увеличиваться при увеличении скорости полета и будет снижаться при ее уменьшении и, таким образом, число оборотов должно устанавливаться, когда скорость полета становится стабильной.
| |
|
| Разгон и торможение в прямолинейном горизонтальном полёте
В полете на крейсерском режиме, тяга уравновешивает сопротивление, при этом тяговое усилие создается за счет мощности отдаваемой двигателем. Если требуемая скорость полета – менее выдерживаемой скорости, то при уменьшении мощности тяга не уравновесит сопротивление и, следовательно, самолёт замедлит движение (т.е. затормозится). Однако, если требуемая скорость – несколько больше выдерживаемой скорости, то увеличение отдаваемой двигателем мощности вызовет превышение сопротивления тягой, и самолёт будет разгоняться.
Мощность
Как только самолёт разгонится или затормозится до заданной скорости, мощность должна быть отрегулирована для сохранения этой скорости. Для точного сохранения заданной скорости может потребоваться неоднократная дополнительная установка числа оборотов двигателя.
|
| При увеличении скорости носовая часть должна быть опущена с целью удержания высоты.
| | Крейсерский полёт на большой скорости
| | | Нормальный крейсерский режим
| | | На этих малых скоростях горизонтальный полёт невозможен
| | | Большая мощность на низкой крейсерской скорости
| | | Скорость на минимальной мощности
| | | Средняя мощность для нормальной скорости
| | | Максимальная скорость в прямолинейном горизонтальном полёте
| | | Большая мощность на большой крейсерской скорости
| | | Крейсерский полёт на малой скорости
| | | Нормальная дальность полёта
| | | МОЩНОСТЬ, НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
| | 
|
|
| Рис. 12-19Изменяйте крейсерскую скорость изменением числа оборотов и регулированием углового пространственного положения.
|
|
| Угловое пространственное положение
Поскольку подъёмная сила, создаваемая крылом, зависит как от угла атаки, так и от скорости, с увеличением скорости она будет увеличиваться и, если носовая часть не будет опущена, самолёт начнет набирать высоту. При уменьшении воздушной скорости подъёмная сила уменьшается, и самолет будет терять высоту, если носовая часть не будет поднята.
| Нормальный крейсерский режим
| | | Крейсерский полёт на малой скорости
| | | Крейсерский полёт на большой скорости
| |
|
| Для сохранения высоты при уменьшении скорости поднимайте носовую часть.
| | Требуется большая тяга; малый угол атаки
| | | Требуется большая тяга; большой угол атаки
| | 
|
| Рис. 12-20Прямолинейный горизонтальный полёт поддерживается за счет необходимого сочетания мощности и углового пространственного положения, которые стабилизируют скорость.
|
|
| Полёт на назначенной скорости (или режиме работы двигателя)
Обычный способ выполнения прямолинейного горизонтального полёта заключается в том, чтобы установить необходимый режим работы двигателя (наиболее экономичный режим, номинальный режим или средний между ними) и допустить полученную в результате скорость для данной высоты и веса. В некоторых случаях имеются обоснованные причины для поддержания некоторых выбранных значений воздушной скорости, таких как те, которые нужны для получения максимальной дальности или продолжительности полёта при имеющемся запасе топлива на борту самолёта. Различные значения воздушной скорости в прямолинейном горизонтальном полёте требуют различных значений мощности. Тяга должна уравновешивать сопротивление, которое (подобно подъемной силе) зависит от скорости и угла атаки. На высоких скоростях сопротивление становится высоким; на средних скоростях оно несколько меньше. Это происходит потому, что вредное сопротивление уменьшается при снижении скорости; вредное сопротивление подобно сопротивлению воздуха при езде на велосипеде.
|
Однако самолёт отличается от велосипеда тем, что он не имеет опоры на землю, а самолёт в полете должен создавать собственную опору т.е. подъёмную силу. Побочным результатом создания подъёмной силы является индуктивное сопротивление, и оно имеет самую большую величину на больших углах атаки, т. е. на низких скоростях. В результате, полное сопротивление велико, когда самолёт летит медленно.
| Приборная скорость 60 узлов (111 км/час)
| | | Приборная скорость 120 узлов (222 км/час)
| | | Приборная скорость 90 узлов (167 км/час)
| |
|
|
| В основном вредное сопротивление
| | | В основном индуктивное сопротивление
| | | Минимальное сопротивление
| | 
| Полное сопротивление меняется вместе со скоростью.
|
| Рис. 12-21Минимальное сопротивление имеет место на промежуточной скорости, и оно начинает расти при ее изменении в любую сторону
|
|
| Большая мощность для уравновешивания сопротивления требуется как на низких, так и на высоких скоростях. На промежуточных скоростях потребность в мощности ниже. Потребление топлива зависит от установленного режима работы двигателя и очень важным в эффективной эксплуатации самолета является получение максимальной отдачи от заправленного топлива.
Cкорость для получения максимальной продолжительности полёта
С целью экономии топлива летайте на скорости, требующей минимальной мощности двигателя. Это даст возможность достижения максимальной продолжительности полёта при данном количестве топлива. Поскольку иногда требуется лететь в режиме ожидания (например, в случае необходимости продержаться в воздухе в зоне аэродрома, ожидая, пока не рассеется туман или пока не прогонят скот с посадочной полосы), полёт на скорости, позволяющей долго держаться в воздухе, обеспечивает минимальный расход топлива в течение данного полётного времени, иначе говоря, максимальное время пребывания в воздухе при израсходовании данного количества топлива. Скорость на максимальную продолжительность полёта указывается в Руководстве по летной эксплуатации самолета. Она достигается на минимальной безопасной высоте полета.
|
|
| | | | | | | |
