Итак, дело вот в чем. Вы сейчас сядете в самолет, способный летать со скоростью 120 узлов - вдвое быстрее большинства автомобилей на скоростной магистрали, - но у меня к вам будет только одна просьба: лететь как можно медленнее. Звучит разумно? На самом деле нет. Это словно предложить гонщику Формулы-1 ехать только на первой передаче. Тем не менее, у меня есть веская причина просить вас лететь медленно.
Полеты на малой скорости - хорошая практика для подготовки к самому главному в авиации: посадке. Вы вряд ли станете приземляться на крейсерской скорости - самолеты не рассчитаны на наземное маневрирование при высоких скоростях. Вы же не хотите сжечь покрышки до ободов? (Это, конечно, шутка, но она недалека от истины.) В общем, чем медленнее вы идете на приземление, тем легче вам будет управлять самолетом на ВПП.
К тому же самолет не может лететь слишком медленно - иначе он начнет падать (это называется сваливанием, но оно не связано с остановкой двигателя, как вы узнаете позже). Именно поэтому я хочу, чтобы вы чувствовали себя уверенно на низких скоростях и знали, какие опасности вам грозят. Кроме того, должен вас предупредить, что иногда бывает необходимо следовать за медленными самолетами. Вы должны уметь регулировать воздушную скорость, чтобы не смять им хвостовое оперение. Это лишь несколько причин, объясняющих необходимость практиковаться в полетах на малой скорости. Это очень важный маневр. Для начала поговорим о том, как под крыльями самолета возникает подъемная сила.
Крыло и его элементы
Много лет назад в школе учительница попросила меня объяснить происхождение и дать определение слова "крыло". Я ответил: "Мэм, я думаю, крыло - это рука птицы". Она что-то проворчала насчет животных, поедающих своих детенышей при их рождении, и отправилась за словарем. Там было такое определение крыльев: "подвижные парные придатки, служащие для полета". Она посмотрела на меня и сказала: "Ну и как вы это понимаете?" Я ответил: "Я понимаю так, что это и есть рука птицы". Мы не пришли к согласию, несмотря на то, что я был прав.
Крыло состоит из нескольких частей: верхней выпуклой поверхности, нижней выпуклой поверхности, передней кромки, задней кромки и хорды (рис. 4-1).
 Рисунок 4-1. Пять компонентов крыла |
Обратите внимание, что у верхней выгнутой поверхности кривизна кажется больше, чем у нижней. Это не случайно. Более того, это настолько важно, что мы вскоре подробнее обсудим этот вопрос.
Наверное, единственный термин, который интуитивно не очевиден, - это хорда. Хорда - это воображаемая линия, соединяющая переднюю кромку крыла с задней. Поверьте мне, на самом деле внутри крыла никакие такие линии не проводятся. Это лишь воображаемая линия - наподобие стрелок, показывавших четыре силы на занятии 1. Когда продавец обуви показывает на вашу ступню и говорит: "Ваш палец здесь", вам хочется ответить: "Спасибо, наконец-то нашелся". В действительности он показывает на нечто, визуально не различимое. То же и с линией хорды. Поскольку поверхности крыла изогнуты, трудно сказать, как оно направлено. Инженеры не любят неопределенности, поэтому они договорились, что хорда будет обозначать общее очертание крыла.
Как действует крыло
Чтобы понять, что такое подъемная сила, представьте себе, как крыло атакует воздух. Специалисты по аэронавтике говорят, что крыло контактирует с воздухом ("атакует" его) под определенным углом. Точно так же питбуль атакует почтальона - первым в дело вступает пасть. Какая часть крыла начинает атаку? передняя кромка? задняя? или низ крыла? Вот тут полезно вспомнить определение хорды.
Поскольку крылья бывают разных размеров и форм (как, впрочем, и пилоты), иногда бывает трудно сказать, где и как ветер воздействует на крыло. К счастью, при определении формы крыла общим ориентиром может служить хорда. Когда я говорю, что ветер дует на крыло под углом 18 градусов, это означает, что угол между направлением ветра и линией хорды составляет 18 градусов (рис. 4-2).
 Рисунок 4-2. Угол атаки. Угол атаки - это угол между линией хорды и относительным ветром (то есть ветром, дующим на крыло). |
Это уточнение кажется банальным, но оно так же важно для специалиста, как хорошо пригнанные штаны для матадора.
Относительный ветер
Прежде чем вам откроются тайны подъемной силы, осталось усвоить еще одно определение. Это термин "относительный ветер".
При движении самолета в районе крыла образуется воздушный поток. Это и есть относительный ветер - он возникает по отношению к движению (в его результате). Например, куда бы ни бежал человек, изображенный на рис. 4-3, ему всегда в лицо будет дуть встречный ветер.
 Рисунок 4-3. Относительный ветер. Относительный ветер появляется в результате движения объекта. Хотя настоящий ветер дует в спину, человек чувствует ветер лицом, потому что бежит. Относительный ветер - это ветер относительно движения объекта (дующий противоположно ему с той же скоростью). |
Относительный ветер образуется в результате движения самолета и дует с той же скоростью в противоположном направлении. Чтобы наглядно представить это себе, высуньте руку из окна движущегося автомобиля (только руку, пожалуйста!) Вы ощутите ветер, дующий против движения машины. Если вы поедете задним ходом, вы почувствуете ветер с другой стороны - и услышите позади шквал автомобильных гудков (внимание полиции вам тоже гарантировано).
Ведите самолет вперед, как самолет A на рис. 4-4, и ветер будет дуть ему в нос.
 Рисунок 4-4. Как видно, во всех случаях относительный ветер направлен против движения самолета. |
Когда самолет набирает высоту или снижается (то есть движется вверх или вниз по воображаемому холму, как мы говорили на занятии 2), относительный ветер по-прежнему дует ему в нос (самолеты B и C). Но если самолет начнет падать, не меняя угол тангажа, относительный ветер будет направлен ему под фюзеляж (самолет D). Что касается самолета D, ветер дует ему в низ фюзеляжа, несмотря на горизонтальное положение. Что касается пассажиров, они, наверное, скрючились на сидениях в позе эмбриона и возносят молитвы к небу. Ладно, не будем пугать пассажиров. Это нехорошо - они этого не заслужили.
Следующий раздел настолько важен, что я попросил бы вас заткнуть одно ухо пальцем. Сделайте это, прежде чем читать дальше! Я не хочу, чтобы эта информация влетела вам в одно ухо и вылетела в другое. Запомните главный принцип: относительный ветер не зависит от того, как направлен нос самолета. Этот ветер дует в направлении, противоположном движению самолета, и со скоростью, равной скорости самолета. Теперь посмотрим, как крыло атакует ветер, поднимая самолет в воздух.
Атака воздуха
Для кого-то охота - это спорт. Причем в этом виде спорта ваш оппонент не знает, что участвует в игре. Атакуя животное, охотник должен направить ружье прямо на жертву. Охотник смотрит через прицел и видит траекторию пули. Самолет отличается от ружья (и от автомобиля) тем, что его траектория набора высоты имеет иной наклон, чем сам самолет.
Помните 750-футовую вышку в конце взлетной полосы? Если, взлетая, вы направите самолет чуть выше ее верхушки (как в винтовочный прицел), вам не удастся перемахнуть через нее. Вы снесете вышку начисто, так и не успев понять, почему пожарные возле нее так отчаянно машут вам руками. Помните: у самолетов с ограниченной тягой более пологая траектория набора высоты, чем у реактивных истребителей.
Главное, что вам следует усвоить (быстро палец в ухо!): нос самолета (и, следовательно, крыло) может быть наклонен иначе, чем фактическая траектория набора высоты. Существует угол между линией наклона крыла и траекторией движения (вы скоро узнаете, почему). Если вспомнить, что относительный ветер всегда дует со скоростью, равной скорости полета, и противоположен по направлению траектории полета, то точнее будет сказать, что существует угол между линией хорды и направлением относительного ветра. Этот угол называется углом атаки (рис. 4-5).
 Рисунок 4-5. Угол атаки. |
На рис. 4-6 показано крыло (хорда) самолета A, расположенное под углом 5 градусов к относительному ветру.
 Рисунок 4-6. Угол атаки: как возникает подъемная сила |
В таких случаях обычно говорят, что угол атаки крыла равен 5 градусам. У самолетов B, C и D углы атаки возрастают: 10, 30 и 45 градусов соответственно. Чем больше разница между линией крыла и направлением относительного ветра, тем больше угол атаки. И, как вы сейчас увидите, подъемная сила крыла непосредственно связана с его углом атаки.
Как возникает подъемная сила
Крыло - отличный нож для воздуха. Мощный, как меч самурая или удар каратиста, этот нож с такой же точностью разрезает воздух на свой манер. Крылья специально спроектированы так, чтобы рассекать воздух, разделяя его молекулы и при этом встречая минимальное сопротивление в горизонтальном направлении. Любое горизонтальное сопротивление замедляет движение крыла. Это горизонтальное сопротивление называется лобовым, и, безусловно, чем оно меньше, тем лучше.
На рис. 4-7 показано, как аэродинамическая поверхность (ученое название крыла) врезается в ветер с углом атаки 10 градусов.
 Рисунок 4-7. Воздушный поток над и под крылом. Подъемная сила для аэродинамической поверхности образуется благодаря воздуху, обтекающему крыло сверху и снизу |
Воздушный поток ударяет в переднюю кромку крыла, вынуждая воздух обтекать аэродинамическую поверхность частично сверху, частично снизу. Оба этих потока - верхний и нижний - участвуют в формировании подъемной силы. Сначала мы рассмотрим, как воздушный поток воздействует на нижнюю часть крыла, внося свой вклад в общую подъемную силу.
Подъемная сила: ударный эффект и давление
Высовывая руку из окна движущегося автомобиля, вы делаете две вещи: демонстрируете, как на сравнительно плоской поверхности образуется подъемная сила, и сигнализируете о левом повороте. На рис. 4-8 показано, как ветер, встречая вашу руку, отклоняется вниз.
 Рисунок 4-8. Ударная подъемная сила. Воздушный поток, направленный в руку, отклоняется вниз. При этом на руку действует такая же, но направленная вверх сила. Давление на ладонь повышается за счет ударного воздействия молекул воздуха. |
Как говорил сэр Исаак Ньютон (а он знал толк в подобных вещах), каждое действие встречает равное и противоположное противодействие. Ветер, отклоняющийся аэродинамической поверхностью крыла вниз, способствует движению крыла в противоположном направлении - вверх. Это движение вверх вызывается ударной энергией миллиардов мельчайших молекул воздуха, ударяющихся о нижнюю часть крыла. Кроме того, из-за воздействия молекул повышается давление на нижнюю поверхность крыла. Крыло движется вверх, словно подталкиваемое снизу.
Подъемная сила такого типа называется ударной. Она обычно составляет лишь небольшую часть общей подъемной силы, вырабатываемой крыльями. Это означает, что ее одной недостаточно для того, чтобы человек вдруг взлетел сам по себе, - тогда об этом было бы больше разговоров, чем об НЛО.
Более сложная и более мощная форма подъемной силы связана с искривлением воздушного потока над крылом.
Искривление ветра крылом
Японцы изобрели искусство изгибания и складывания бумаги - оригами. Потом они стали экспериментировать с изгибанием людей и назвали это "дзюдо". Это искусство изгибания, однако, оставалось несовершенным до появления авиалайнеров.
Авиалайнеры (как, впрочем, и все самолеты) изгибают нечто другое - они искривляют своими крыльями потоки ветра. Искривление ветра не казалось достаточно серьезной причиной, объясняющей, почему самолеты летают, поэтому был придуман экзотический греческий термин - аэродинамика. Если говорить коротко, крыло - это высокоточное устройство, изгибающее или искривляющее ветер в направлении вниз.
Но каким образом искривление ветра над крылом создает подъемную силу? Давайте разберемся. На рис. 4-9 показана аэродинамическая поверхность в разрезе.
 Рисунок 4-9. Воздушный поток над и под крылом для малого угла атаки. При малых углах атаки поток воздуха над крылом искривляется, но под крылом воздух движется сравнительно прямо. |
Изучим форму крыла внимательнее. При малых углах атаки воздух, дующий над крылом, изгибается (искривляется), точно следуя контуру верхней выпуклой поверхности. Достаточно плоская поверхность нижней части крыла оставляет воздушный поток с этой стороны практически неискривленным. Искривление (изгибание) ветра над крылом заставляет воздух проходить большее расстояние, чем проходит более прямолинейный поток внизу. Если верхний поток ветра достигает задней кромки практически одновременно с нижним потоком (а именно об этом говорят научные теории и эксперименты), это значит, что он должен обладать большей скоростью.
Например, предположим, что вы выгуливаете на поводке своего питбультерьера (назовем его Боб). Вы идете по тротуару, а Боб бежит по краю мостовой (рис. 4-10).
 Рисунок 4-10. Расстояния различаются из-за разницы в кривизне путей над и под машиной (то же самое с крылом). |
У Боба на пути стоит припаркованный "Фольксваген", и он решает преодолеть препятствие поверху, а не сбоку (не забудьте - это питбуль, а они очень упрямы). Очевидно, что расстояние, пройденное им поверх автомобиля, будет больше расстояния, которое вы пройдете по тротуару. Чтобы поводок не задушил Боба, ему придется немного ускориться на этом пути.
Вы заметили, что "Фольксваген" в профиль напоминает крыло? Он изогнутый вверху и плоский внизу. Так и воздушный поток, обтекая крыло, изгибается и ускоряется.
|
Спасибо за помощь, господин Бернулли! Когда скорость потока воздуха над поверхностью крыла возрастает, начинают происходить интересные вещи. В конце XVI в. швейцарский физик Якоб Бернулли доказал, что чем быстрее воздух проходит над поверхностью, тем меньшее давление он на нее оказывает. Высокая скорость воздушного потока над крылом оборачивается небольшим уменьшением давления на верхнюю поверхность крыла. Иными словами, давление на верхнюю часть крыла теперь оказывается меньше, чем давление на его нижнюю часть. (Не спрашивайте почему. Это связано с кинетической энергией поступательного движения, и пытаться это понять - все равно что делать себе лоботомию.) Это и есть тот замечательный принцип Бернулли, благодаря которому самолеты не остались большими и дорогими телегами. |
Большинство крыльев конструируются с выгнутой верхней поверхностью и сравнительно плоской нижней. Из-за такой формы даже при малых углах атаки выпуклое крыло еще более искривляет и ускоряет поток ветра. В результате и возникает подъемная сила, которая нас так интересует (особенно если вы считаете, что самолет должен летать).
Угол атаки и подъемная сила
Вы никогда не обращали внимание, летая на авиалайнерах, что при взлете пилот всегда немного поднимает нос, чтобы начать набор высоты после достижения минимальной поступательной скорости? Это называется подъемом передней стойки (хотя речь идет не просто о шасси).
Когда самолет ускоряется на взлетной полосе, он в итоге набирает скорость, достаточную для отрыва. Однако на этой сравнительно невысокой скорости профиль крыла еще не способен изгибать (отклонять) воздушный поток вниз в достаточно степени для того, чтобы вырабатывать требуемую для полета подъемную силу. Именно поэтому самолет не скачет по земле как кузнечик, случайно приземлившийся на горячую сковородку. Пилот должен сделать что-то еще, чтобы увеличить кривизну огибания ветром крыла. Если поднять нос, немного увеличится угол атаки. В результате воздух будет проходить по более изогнутой траектории, чем просто следуя очертаниям аэродинамической поверхности. Этот процесс показан на рис. 4-11.
 Рисунок 4-11. Две формы подъемной силы. A - подъемная сила, обусловленная уменьшением давления. При больших углах атаки воздушный поток искривляется сильнее, чем того требует одна лишь форма крыла. B - ударная подъемная сила с нижней стороны крыла увеличивается при больших углах атаки. |
Благодаря такому увеличению кривизны воздух проходит большее расстояние, его скорость возрастает, давление на верхнюю часть крыла падает, и возникает подъемная сила, достаточная для того, чтобы начать полет на малой скорости (спасибо за помощь, господин Бернулли!). Ударная подъемная сила возрастает вследствие более мощного воздействия относительного ветра на нижнюю поверхность крыла. В результате увеличение угла атаки позволяет самолету выработать подъемную силу, необходимую для полета на малой скорости.
Теперь вы знаете, как на аэродинамической поверхности создается подъемная сила, необходимая для полетов на низких скоростях. Вы также узнали, почему самолеты при взлете или посадке на малой скорости немного поднимают нос. Но что происходит на более высоких скоростях? Приходилось ли вам замечать, что на крейсерской скорости самолет летит почти в горизонтальном положении?
На рис. 4-12 показан самолет с разными углами атаки.
 Рисунок 4-12. Связь между углом атаки и скоростью. При изменении скорости в горизонтальном полете четко прослеживается связь между углом атаки и воздушной скоростью. Если скорость увеличивается, самолету нужен меньший угол атаки, чтобы оставаться в воздухе. По мере снижения воздушной скорости требуемый угол атаки увеличивается. |
На высоких скоростях самолет может лететь с меньшим углом атаки, поскольку профиль крыла генерирует достаточную подъемную силу. С уменьшением скорости крыло должно принудительно искривлять поток ветра за счет увеличения угла атаки.
Угол атаки и подъемная сила связаны между собой тесными и довольно бурными отношениями. Если бы такие же отношения были между Реттом Батлером и Скарлетт О'Харой, сгорела бы не только Атланта. При малых углах атаки (как, например, на крейсерской скорости) профиль крыла вырабатывает достаточную подъемную силу для полета, пока скорость остается высокой. Воздействие воздуха на нижнюю сторону крыла на высоких (крейсерских) скоростях не играет такой заметной роли в формировании подъемной силы, поскольку напору ветра подвергается меньшая часть крыла.
Подведем итог: чем медленнее движется самолет, тем больший угол атаки необходим для полета. Не следует, однако, забывать, что хорошего должно быть в меру. Если поток воздуха слишком искривлен, то он, вместо того чтобы плавно огибать крыло и создавать подъемную силу, начнет бурлить и завихряться, совершенно не справляясь со своей задачей. Мы называем такое состояние сваливанием, и оно будет рассматриваться на одном из следующих занятий.
Настало время подробнее поговорить о том, как практически, находясь в воздухе, переходить в полет на малой скорости и выходить из него.
Практика полета на малой скорости
В горизонтальном полете на крейсерском режиме самолет движется по воздуху со скоростью примерно 110 узлов. При этом угол тангажа составляет около 4 градусов, судя по авиагоризонту. Исходя из этого, давайте обсудим, как перейти в полет на малой скорости. Для пущего правдоподобия предположим, что вы готовитесь к посадке и должны замедлиться до 75 узлов, чтобы не задеть самолет, летящий впереди.
|
Как перейти в полет на малой скорости с сохранением высоты
|
После перехода на малую скорость самолет будет выглядеть примерно так, как показано на рис. 4-13.
 Рисунок 4-13 |
Выход из полета на малой скорости
Предположим, что мы летим вслед за другим самолетом и диспетчер на вышке предлагает вам увеличить скорость с 75 до 85 узлов. Как это сделать? Просто выполните процедуру, использовавшуюся для перехода в полет на малой скорости, в обратном порядке.
|
|
После выхода из полета на малой скорости самолет будет выглядеть примерно так, как показано на рис. 4-14.
 Рисунок 4-14 |
Сохранение высоты на крейсерской скорости
Итак, вы научились вести самолет на разных скоростях. К этому моменту вы уже усвоили, что рычаг управления двигателем лучше всего использовать для сохранения высоты или скорости снижения. Воздушная скорость поддерживается путем регулировки угла тангажа самолета. Но что если вам не нужно следить за поддержанием определенной скорости, например крейсерской? Ведь в крейсерском полете для сохранения высоты РУД не используется? Нет, и вот почему.
В крейсерском полете РУД обычно устанавливается в положение, безопасное для двигателя (для простоты предположим, что включение полного газа в наших условных полетах не наносит вред двигателю). После этого РУД, как правило, оставляют в покое. Вам не следует волноваться о поддержании определенной воздушной скорости в крейсерском полете. В этом случае мощность фиксируется на конкретном уровне, и вам лишь остается слегка корректировать угол тангажа для сохранения или изменения высоты. Однако в полете на малой скорости вы будете использовать режим газа для управления высотой и тангаж (штурвал) для управления воздушной скоростью. Вы, вероятно, думали, что должно быть наоборот. Впрочем, вы скоро увидите, что это основной метод, которым я рекомендую вам пользоваться при посадке.
Сделай сам
Теперь вам следует перейти к интерактивному занятию и попрактиковаться в пилотировании самолета на малых скоростях. Ваша главная цель - выдерживать высоту и направление, пробуя лететь на разных (низких) скоростях. На первых порах вам покажется, что при следовании точным курсом выдерживать нужную скорость и высоту трудновато. Поэтому расставим приоритеты следующим образом. Сначала отрегулируйте тангаж, чтобы набрать нужную воздушную скорость. Затем, сохраняя этот угол тангажа, немного скорректируйте режим газа для сохранения высоты.
Если все пройдет хорошо, попробуйте выполнить полет на малой скорости в развороте. Будьте осторожны при разворотах. Помните - на занятии 2 мы говорили о том, что для сохранения высоты в развороте необходимо немного увеличить угол тангажа. Теперь, когда вы научились пользоваться рычагом управления двигателем, вы можете в случае необходимости чуть-чуть прибавить газ, чтобы сохранять высоту при развороте. Чем круче разворот, тем больше потребуется прибавить газу. Не стесняйтесь использовать триммер на малых скоростях (хотя в развороте триммировать не рекомендуется, поскольку это временное состояние). Это не позволит самолету нарушить заданный угол тангажа, если ваше внимание вдруг будет отвлечено от приборной панели. В конце концов, главное - получить удовольствие!
Щелкните ссылку Начать учебный полет и поупражняйтесь в полученных навыках.