Каждый человек в той или иной степени знаком с аэродинамическими силами. Вам, наверное, не раз приходилось наблюдать, как налетевший порыв ветра гнет деревья, поднимает в воздух листья, вырывает зонтики у прохожих. Что заставляет, казалось бы, неосязаемый воздух превращаться во вполне осязаемую среду? Логично будет предположить, что всему виной ветер. Именно ветер, а точнее, движение воздуха относительно предметов создает аэродинамические силы.

Высуньте руку из движущегося автомобиля. Вы почувствуете поток воздуха, взаимодействующего с рукой. Такое же явление можно наблюдать и в неподвижном автомобиле, если за бортом дует достаточной силы ветер. В аэродинамике применяют принцип относительности, согласно которому, для аэродинамических сил безразлично: движется ли предмет относительно воздуха или воздух движется относительно неподвижного предмета. Для удобства, предмет (твердое тело) считают неподвижным объектом, на который действует набегающий поток воздуха.

Итак, в результате взаимодействия твердого тела с набегающим потоком воздуха, образуется полная аэродинамическая сила.

R

Величина этой силы определяется по формуле (l) и зависит от четырех параметров.

1. Характерная площадь (S) .Учитывает размеры твердого тела. Очевидно, что чем крупнее тело, тем больше сила его взаимодействия с воздухом.

2. Плотность воздуха (δ). У земли она меняется незначительно и ее влияние сложно заметить. На высоте воздух становится более разряженным, а снижение плотности воздуха приводит к уменьшению полной аэродинамической силы.

3. Скорость набегающего потока (V). Очень важный параметр, так как в формуле присутствует в квадрате. Увеличение скорости в два раза приведет к четырехкратному возрастанию полной аэродинамической силы.

4. Коэффициент полной аэродинамической силы (С_у). Этот параметр учитывает форму и характер обтекания твердого тела. Тело, которое обтекается воздухом лучше, имеет небольшое значение и создает меньшую аэродинамическую силу. Как видно из рисунков, на величину и направление полной аэродинамической силы влияет не только форма, но и положение тела относительно потока. При определенном, несимметричном типе обтекания направление полной аэродинамической силы может существенно отличаться от направления набегающего потока. Этот эффект и используется в авиации для создания подъемной силы.

Проще всего почувствовать процесс образования подъемной силы с помощью плоской пластины. Меняя положение пластины относительно потока воздуха, Вы получите различные комбинации сил. Для примера могу вспомнить случай из своего детства.

Плоская пластина является посредственным источником подъемной силы из-за большой доли вредной силы сопротивления и малого критического угла атаки. Крылья большинства летательных аппаратов имеют определенную форму поперечного сечения (аэродинамический профиль крыла). Прямая, соединяющая максимально удаленные точки профиля крыла, называется хордой профиля (рис. 4 ).

Рассмотрим процесс образования подъемной силы крыла. Профиль крыла делит поток воздуха на две части, которые объединяются за задней кромкой профиля. Верхняя часть профиля более выпуклая, чем нижняя. Поэтому, частицы воздуха, огибающие верхнюю и нижнюю поверхности, проделывают различный путь. Над верхней поверхностью молекулы воздуха движутся быстрее и располагаются реже, чем внизу. Возникает разрежение (известный закон Бернулли гласит, что с увеличением скорости потока уменьшается его давление). Разница давлений между верхней и нижней поверхностями крыла приводит к появлению подъемной силы, толкающей крыло вверх.

Величина подъемной силы сильно зависит от угла, под которым набегающий поток «ударяется» в крыло. Угол между набегающим потоком и хордой профиля называется углом атаки. При увеличении угла атаки, точка деления потока воздуха смещается на нижнюю поверхность профиля. Путь частиц по верхней поверхности увеличивается. Из-за этого возрастает разница давлений и увеличивается подъемная сила (рис. 6).

Подобный рост подъемной силы возможен, пока угол атаки не достиг критического значения. На больших углах атаки воздух вынужден двигаться по сильно искривленной траектории. Возможен отрыв и завихрения потока в хвостовой части профиля. На критическом углу атаки отрыв потока распространяется на всю верхнюю поверхность профиля. Образуются мощные вихри. Подъемная сила пропадает, а сила сопротивления многократно увеличивается.

Это неприятное и опасное явление называют срывом потока. Столь не любимый пилотами режим «штопор», возникает из-за срыва потока. На одном из крыльев пропадает подъемная сила, и самолет падает, вращаясь как кленовый лист. Далее мы подробно рассмотрим все режимы и ограничения в полете, а пока вернемся к формулам.

Формулы для определения величины подъемной силы и силы сопротивления аналогичны формуле (l).

Y=C_Y (2)
X=C_X (3)

За S обычно принимают площадь крыла.

Физический смысл коэффициентов: тела, имеющие одинаковую форму (при разных размерах), взаимодействуют с воздухом одинаково. Поэтому можно считать, что коэффициент подъемной силы равен подъемной силе некоего крыла (единичной площади), обтекаемого потоком единичной интенсивности.

Обратите внимание на то, что на малых углах атаки коэффициент подъемной силы возрастает быстрее коэффициента сопротивления. На больших углах атаки все наоборот. Если графики объединить, то мы получим очень важную зависимость С_Y от С_X - поляру крыла. С помощью поляры крыла легко найти оптимальное соотношение коэффициентов подъемной силы и силы сопротивления (рис. 8).

Изученные в этом разделе формулы и графики пригодятся нам для анализа летных характеристик параплана. А мы переходим к рассмотрению различных режимов полета.



2 . Установившиеся (равновесные) режимы полета.

Что такое установившийся режим? Слово установившийся означает, что все параметры полета (скорость, снижение, курс) остаются постоянными. Это важное условие, так как и камень способен летать (недолго), но его полет не будет установившимся. (Рис. 9)

Изобразим самолет в установившемся горизонтальном полете в скоростной системе координат. Скоростная система координат удобна для анализа режимов полета и расчета аэродинамических сил. Ось Х расположена по направлению вектора скорости набегающего потока. Ось Z направлена «на нас» в плоскости крыла (перпендикулярно Х). Ось Y направлена «вверх» перпендикулярно плоскости XZ.

На самолет действуют сила тяжести, подъемная сила, сила сопротивления и сила тяги двигателя. Согласно второму закону Ньютона, сумма всех этих сил равна нулю (в установившемся полете).

Запишем это уравнение в проекциях на скоростную систему координат:

ось OY: Y-G=0 => Y=G (5)

ось ОХ: Х-Т=0 => Х=Т (6)

Из уравнений следует, что подъемная сила уравновешивает силу тяжести, а сила тяги двигателя уравновешивает силу сопротивления. Равновесие этих сил и обеспечивает установившийся горизонтальный полет.

Установившееся планирование.

С самолетом понятно, у него есть двигатель. А за счет какой силы летит планер или параплан? Все дело в том, что установившийся полет планера не горизонтален. Планер «скользит» по наклонной траектории, и вместо двигателя работает проекция силы тяжести. Здесь идеально подходит аналогия с шариком, который скатывается по наклонной плоскости (рис. 11). Шарик движется за счет неуравновешенной проекции силы тяжести.

Пусть планер летит по траектории, имеющей угол Y с горизонтом. Вектор скорости уже не перпендикулярен силе тяжести, и имеет с ней угол. Подъемная сила всегда перпендикулярна вектору скорости. В итоге получаем систему сил (рис. 12).

Режим установившийся, поэтому сумма всех сил равна нулю.

G+Y+X=0 (7)

В проекциях на скоростную систему координат:

oyY - Gcos() = 0 => Y = Gcos() (8)

oxX - Gsin() = 0 => X = Gsin() (9)

Так как угол Y обычно мал, то приближенно можно считать, что

cos() = l, а Y = G

Итак, безмоторный летательный аппарат летит с постоянным снижением. От чего зависит скорость снижения? Из рисунка 12 можно найти проекции скорости на вертикальную и горизонтальную оси земной системы координат.

V_гор = Vcos() = V (10)

V_сн = Vsin() (11)

Чем меньше угол Y, тем меньше скорость снижения. Как мы уже выяснили, угол Y образуется из-за необходимости компенсировать силу сопротивления. Соответственно, уменьшение силы сопротивления уменьшает скорость снижения.

В аэродинамике используется понятие аэродинамического качества, равного отношению коэффициентов подъемной силы и силы сопротивления.

К = Су/С_X. (12)

Из формул (2 и 3 ) получаем:

Cy/Cx = Y/X (13)

Тогда

KCy/Cx = Y/X = tg() (14)

У = 100 кг; Х = 20 кг.

С помощью аэродинамического качества, можно узнать какое расстояние пролетит пилот с имеющейся высоты (рис. 13). При качестве 5 пилот со 100 м пролетит 500 м.


Очевидно, что один из путей совершенствования летательных аппаратов - увеличение качества. У современных планеров качество превышает 50. А у спортивных парапланов оно приближается к 9. Установившийся набор высоты.

Самолеты не только планируют, летают горизонтально, но и набирают высоту (имеется ввиду набор высоты в спокойном воздухе за счет тяги двигателя). На параплане такой режим возможен при полете с парамотором и буксировке за лебедкой. В этом случае движение так же происходит по наклонной траектории, но «в горку».

Y+G+X+T = 0 (15)

В проекциях на оси:

oy Y-Gcos() = 0 ° => Y = Gcos() (8)

ох Х-Т sin() = 0 => T = X+Gsin() (9)

Сила тяги уравновешивает силу сопротивления и проекцию силы тяжести. Чем больше сила тяги, тем больший угол подъема она обеспечивает.

Диапазон полетных скоростей параплана.

В предыдущих разделах мы считали, что летательный аппарат летит с какой-то определенной скоростью. От чего зависит скорость полета? В каких пределах меняется? Как ею управлять? С какой скоростью летать? В этой главе Вы получите ответы на все эти вопросы.

Скорость полета параплана.

Представьте себе, что вы взлетели. Успокоившись после суматохи старта, ваш параплан летит с постоянной скоростью (наступило равновесие сил). От чего зависит скорость полета? Вспомним уравнение установившегося планирования.

Y = G cos()

Подъемную силу можно определить по формуле:

Y = C_y

Объединяя уравнения, получаем формулу для определения скорости полета:

V² =

Из формулы видно, что скорость постоянна, пока постоянны все остальные параметры уравнения (полетный вес G, коэффициент подъемной силы Су, площадь крыла S, плотность воздуха) При их изменении равновесие сил нарушается. Полет перестает быть установившимся. Происходит переходный режим полета, во время которого меняется скорость полета и восстанавливается равновесие сил. В результате параплан переходит к новому (!) установившемуся режиму полета.

Пример: Вернемся к полетам. Представьте, что во время полета вам захотелось пошутить. В голову приходит отличная (банальная) идея окатить своих наземных друзей водичкой. Реализуя этот веселый проект, вы сбрасываете с параплана некую резиновую емкость с водой. На земле кто-то радуется, что это был не камень, а у вас происходит переходный процесс. Полетный вес уменьшился, подъемная сила осталась прежней. Равновесие сил нарушено - параплан тянет вверх. Это конечно не плохо, но равновесие нарушено и в другой паре сил. Сила сопротивления теперь больше, чем проекция уменьшившейся силы тяжести, и тянет параплан назад. Происходит торможение. Скорость полета снижается. Из-за этого аэродинамические силы уменьшаются и возвращаются к состоянию равновесия. Вы продолжаете полет на меньшей скорости, любуясь последствиями бомбардировки.

Итак, у нас появилась возможность проанализировать за счет чего и в каких пределах можно менять скорость полета.

Часто можно услышать шутки над тяжелыми пилотами по поводу их летучести. Между тем, тяжелые пилоты создают меньшее удельное сопротивление и летают даже лучше легких! Им просто нужен большой параплан.

Вес и площадь связаны через величину удельной нагрузки:

=G/S

Если удельные нагрузки парапланов равны, то их скорости одинаковы. Легкий пилот на маленьком параплане будет лететь так же, как тяжелый - на большом.

Изменение удельной нагрузки часто используется спортсменами. Для увеличения веса применяют балласт - воду, заливаемую в специальный мешок. При необходимости балласт сливают (иногда на соперника). Увеличение веса на 10% приводит к увеличению скорости на 5%.

Нагруженный параплан летит быстрее и лучше управляется. Из-за повышенного давления в крыле у него реже происходят складывания. К сожалению, увеличение скорости полета вызывает возрастание скорости снижения.

С недогруженным парапланом легче летать в слабых условиях (меньше снижение). Но такой параплан хуже управляется и чаще складывается. С ним сложнее взлетать в сильный ветер из-за высокой «парусности».

Правдивая история: Как-то Кряжев Николай решил всех победить, и к Чемпионату России 96 г. пошил огромный параплан. По замыслу конструктора, маленькое снижение обеспечивало победу. К великому огорчению Коли, его шедевр вечно сдувало ветром и складывало от «чиха Кощея на северном полюсе». В дополнение к несчастьям, Колю дисквалифицировали за полеты без шлема.

Влияние плотности воздуха.

Чтобы заметить это влияние, нужно подняться на значительную высоту. Первый раз увеличение скорости за счет уменьшения плотности я заметил во время маршрутного полета на Кавказе. На высоте 4800 м мои «крейсерские» 38 км/ч превратились в 45 км/ч. Это здорово помогло быстрому прохождению 60 км маршрута. Не лишним будет напоминание об увеличении скорости на взлете. Иногда в горах приходится использовать лыжи, потому что «люди так не бегают».

Все предыдущие параметры сложно использовать для управления скоростью. Для этого подходит коэффициент Су, который сильно зависит от угла атаки и формы профиля (рис. 15). На самолете угол атаки регулируют рулем высоты, а форму профиля закрылками и элеронами.

У параплана угол атаки и форма профиля меняется одновременно с помощью строп управления (клевант). Если вы летите с отпущенными клевантами, то Су минимален, а скорость максимальна (35...38 км/ч). Затягивая клеванты на полный допустимый ход, вы увеличиваете Су и уменьшаете скорость полета (20...22 км/ч).

Как вы уже поняли, параплан управляется стропами управления. Затягивая или отпуская клеванты, пилот уменьшает или увеличивает скорость полета. Осталось разобраться, что происходит при переходном процессе управления.

Итак, вы опять в полете и, затягивая стропы управления, увеличиваете угол атаки. У крыла увеличился Су. Подъемная сила возрастает и становится больше силы тяжести. Равновесие сил нарушается. Вас ждет приятный эффект - параплан снижается медленней, а иногда даже набирает высоту. К сожалению, подобная роскошь длится не долго. Сила сопротивления тоже увеличилась и сильнее тормозит параплан. Скорость полета уменьшается, аэродинамические силы уменьшаются, равновесие сил восстанавливается. Параплан перешел к новому (!) (меньше скорость, больше угол атаки) установившемуся режиму полета (рис.16)



«Горка» и «ямка».

Кратковременный набор высоты с помощью строп управления называют «горка». Им инстинктивно пользуются новички, пытающиеся любым способом покинуть грешную землю. Не забывайте, что при отпускании строп управления вас ждет обратный процесс «ямка». Происходит набор скорости за счет потери высоты. Действует закон сохранения энергии: кинетическая энергия скорости увеличивается за счет уменьшения потенциальной энергии высоты. Все как на велосипеде: едешь в горку - теряешь скорость, едешь с горки - набираешь скорость,

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= С_Y / С_X ).

Вспомним график зависимости С_Y от С_X (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)

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.

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.

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.

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.

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).

Не нужно бояться колебаний. Это нормальный процесс, который сопровождает полет параплана. Возникающие колебания можно легко демпфировать (гасить) с помощью правильного (активного) управления.

Три совета пилотам:

То же самое с колебаниями по крену. Нужно притормаживать поднимающуюся сторону крыла, а в верхней точке переводить клеванты в нейтральное положение (рис. 23)

Идея активного пилотирования состоит в том, что пилот старается сохранить установившийся (равновесный) режим полета. Работая стропами управления, пилот компенсирует влияние порывов ветра так, чтобы аэродинамические силы крыла оставались постоянными. В этом случае не нарушается равновесие сил и параплан не раскачивается.

Итак, я вновь отправляю вас в полет. Представьте, что в ваш параплан «ударяет» порыв ветра. Увеличивается скорость набегающего потока, возрастают подъемная сила и сила сопротивления. Вы чувствуете перегрузку, параплан подбрасывает вверх, начинаются колебания. Когда порыв стихнет, подъемная сила и сила сопротивления уменьшатся. Вы почувствуете «разгрузку» крыла, параплан провалится вниз и опять начнутся колебания.

А теперь попробуем применить активное пилотирование. В момент, когда подъемная сила увеличивается, и вы чувствуете перегрузку, нужно отпустить стропы управления. Этим действием вы уменьшите подъемную силу и скомпенсируете порыв ветра. Когда подъемная сила уменьшается (разгрузка), стропы управления следует затянуть. Вот и вся премудрость!

Самое удачное, что при активном пилотировании не обязательно смотреть на параплан. Всю информацию об изменении режима полета вы получаете через нагрузку на крыле и клевантах. Держите постоянную нагрузку - вот золотое правило активного пилотирования.

Попадая в «болтанку», переводите параплан на наиболее безопасную скорость полета и следите за нагрузкой на крыле и клевантах. Параплан сам подсказывает, когда и на сколько нужно затянуть или отпустить стропы управления. Особое внимание стоит уделить симметричности нагрузки по размаху. Если на части крыла пропадает нагрузка, то эта часть может сложиться.

Плавное и красивое пилотирование получится не сразу. Тренируйтесь, анализируйте разные варианты возмущений. Хороший пилот должен понимать, что происходит с парапланом. Прислушивайтесь к собственным ощущениям, постарайтесь научиться чувствовать поведение параплана. Постепенно в ваших действиях появится необходимый автоматизм, и вы сможете испытать потрясающее ощущение «слияния с парапланом». Верное крыло становиться как бы частью тела и послушно отзывается на малейшее движение.

6. Методы повышения характеристик параплана.

Правдивая история: Один российский пилот, пересаживаясь на новую модель параплана, вещал: «Качество немереное (в смысле, огромное), скорость немереная, аппарат - песня». Проходило время, появлялся новый параплан, и все повторялось сначала...

В этой главе мы разберем, от чего зависят характеристики параплана, как они связаны с безопасностью полета и на сколько их можно улучшить.

Основные характеристики параплана:

- Уровень безопасности.

- Аэродинамическое качество.

- Скорость снижения.

- Диапазон скоростей полета.

- Управляемость.

- Устойчивость.

Рассмотрим каждую из них отдельно:

больше силы сопротивления. Аппарат с высоким аэродинамическим качеством имеет меньшее снижение и летает дальше (рис. 24)

Естественное желание хорошего конструктора повысить качество своего детища. Как ? - Очень просто. Нужно уменьшать силу сопротивления.

Взлетаем! На крыле образуется подъемная сила и уравновешивает силу тяжести. К сожалению, при образовании подъемной силы появляется и сила сопротивления. Параплан скользит по наклонной траектории и тратит потенциальную энергию высоты на компенсацию силы сопротивления. Чем больше сопротивление, тем круче траектория и короче полет. Из чего же складывается эта нехорошая сила?

Профильное сопротивление образуется при обтекании профиля крыла и состоит из сопротивления трения и сопротивления давления.

Сопротивления давления возникает из-за разности давлений на профиле и в основном зависит от формы профиля.

Сопротивления трения сильно зависит от качества поверхности крыла и типа обтекания (турбулентное- ламинарное).

Не буду много писать о профильном сопротивлении, интересующиеся заглянут в учебник аэродинамики. Нам же важно знать, что для уменьшения профильного сопротивления нужно улучшать профиль и качество поверхности параплана.

Современные спортивные парапланы имеют большое количество нервюр, что позволяет «вылизать» поверхность крыла. Как всегда «палка о двух концах». Чем больше нервюр, тем больше строп, материала, веса. Внутри параплана хуже циркулирует воздух, и он медленнее наполняется после складываний.

Индуктивное сопротивление возникает из-за перетекания воздуха на концах крыла. В полете на верхней поверхности существует разрежение, на нижней сжатие. В результате воздух устремляется с нижней поверхности на верхнюю, и его энергия тратится на образование бесполезного вихря.

Для уменьшения индуктивного сопротивления увеличивают удлинение крыла.

l = A²/S ,

где, А- длина (размах) крыла, S - площадь крыла

У прямоугольного крыла l = А/В

Современные спортивные парапланы имеют удлинение 6 - 6.5. Возможно это предел, так как рост удлинения сильно ухудшает безопасность параплана, а неизбежное увеличение сопротивления конуса строп «съедает» выигрыш в индуктивном сопротивлении.

Сопротивление стройной системы возникает при обтекании строп и составляет до 40% общего сопротивления. Оно сильно уменьшает качество, особенно на высоких скоростях полета. Стремление уменьшить суммарную длину строп привело к появлению множества вариантов ветвления стропной системы и разнообразных конструкций с косыми и промежуточными нервюрами (рис. 26)

Можно долго спорить о достоинствах и недостатках различных схем. Очевиден лишь тот факт, что применение косых нервюр ухудшает безопасность параплана. Уменьшается демпфирование, усиливаются клевки, а увеличение расстояния между стропами существенно повышает вероятность возникновения «галстука». На мой взгляд, применение косых нервюр оправдано лишь на спортивных парапланах с удлинением больше 5,5.

Сопротивление пилота. Да, как это не обидно, но мы тоже ухудшаем аэродинамику. Поэтому не растопыривайте руки, ноги и уши в потоке, а примите удобообтекаемое каплевидное положение. Некоторые «крутые» спортсмены летают в обтягивающих костюмах и лежачих подвесках. Можете попробовать, но помните, что лежачее положение увеличивает момент инерции пилота и повышает вероятность закрутки строп при складывании.

Итак, мы рассмотрели все составляющие сопротивления и знаем, как можно увеличить качество параплана. Следует помнить, что обычно это происходит за счет снижения уровня надежности параплана, и «немереное» качество подразумевает весьма «умеренную» безопасность.

3. Скорость снижения. Ой, как хочется порой снижаться помедленнее. Формула снижения проста: приближенно V_сн = V/K.

Очевидно, что чем выше качество, тем ниже скорость снижения. Правильный, высокотехнологичный, но сложный путь улучшения характеристик.

Есть и другой, более» простой способ уменьшить скорость снижения. Конструктор «сдвигает» в сторону уменьшения диапазон скоростей полета. Этого легко добиться за счет увеличения площади или применения «тихоходных» аэродинамических профилей. На мой взгляд, ущербный путь, так как «бабочек сдувает в сильный ветер». В слабых условиях медленные парапланы производят неплохое впечатление, но в сильную погоду существенно проигрывают своим более быстроходным собратьям.

4. Диапазон скоростей полета. Продолжаем разговор о медленных и быстрых парапланах. Рассмотрим минимальную, максимальную и балансировочную скорость.

Минимальная скорость. (20...25 ^КМ/ч) Скорость, близкая к минимальной, используется при парении в слабых спокойных потоках. В этом случае легче парить на парапланах с меньшей минимальной скоростью.

Балансировочная (установочная) скорость. (32...40 ^КМ/ч). На этой скорости параплан летит при отпущенных стропах управления. Увеличение балансировочной скорости ограничено из-за сложностей с сертификацией безопасности при асимметричных складываниях. Так что, если ваш аппарат летает на 40 ^КМ/ч при классе безопасности «стандарт», то его конструктора и тест-пилоты здорово потрудились.

Максимальная скорость. (40...55 ^КМ/ч) В парапланерном мире постоянно идет гонка за скорость. Скоростной параплан пробьет сильный ветер, быстро проскочит нисходящий поток и в итоге выиграет у более тихоходного соперника. Рост скорости ограничивают все те же требования безопасности при складываниях. Конструкторы же борются с ограничениями: изобретают новые, более устойчивые профили, доводят аэродинамику до совершенства, и уже добились вполне устойчивого полета на 55 ^КМ/ч.

В заключение «скоростного разговора» скажу: «чем шире, тем лучше». Выбирайте аппарат с более широким диапазоном скоростей. Запас карман не тянет. Может и пригодятся скорости и истребителя и черепахи. При анализе характеристик советую скептически относиться к рекламе. Обычно на сертифицированном аппарате есть табличка фирмы, проводившей испытания, и верные данные в этой табличке не всегда совпадают с рекламой в буклетах. Лучше всего хорошенько погонять аппарат самому, дать полетать более опытным друзьям и сравнить его с аналогами. Все станет ясно...

5. Управляемость. Тот факт, что на хорошо управляемом аппарате приятно летать, не вызывает сомнений. Остается разобраться, что такое хорошая управляемость.

Стропами управления мы можем изменять скорость и направление полета. Важной характеристикой являются допустимый ход управления и диапазон изменения скорости. Чем шире скоростной диапазон, тем более лихие маневры может закладывать пилот без боязни вызвать срыв потока.

Ход управления на параплане класса «стандарт» должен быть больше 60 см. Очень удобно управлять парапланом с небольшим и плавно увеличивающимся усилием на стропе управления и «упором» усилия перед срывом. В этом случае существенный рост нагрузки на стропах управления предупреждает пилота: «осторожно, близок срыв потока».

Критериями проверки управляемости служит серия маневров. Пилот выполняет «горку», серию разворотов и спиралей разной интенсивности. Оцениваются время выполнения маневра, потеря высоты, крен и колебания при входе и выходе из виража. Хороший параплан легко входит в вираж и устойчиво стоит в нем, сохраняя постоянными радиус поворота и скорость полета. Крыло должно «следовать за клевантой», позволяя пропорционально и точно менять радиус виража. Недостатками считается как избыточное «заныривание» параплана в поворот так и «выныривание» из него.

При «заныривании» параплан стремиться набрать скорость и перейти в глубокую спираль. Подобное поведение допустимо и даже удобно при лихом пилотировании, но не приемлемо при обработке потоков из-за существенных потерь высоты.

При «выныривании» параплан теряет скорость при повороте, уменьшает угол крена и увеличивает радиус виража. Попытка ускорить поворот клевантой может закончится срывом потока. Подобное поведение мешает обработке потоков и ухудшает безопасность.

Отчего же зависит управляемость параплана? Из опыта конструирования и испытаний различных моделей парапланов можно сделать вывод о преимущественном влиянии трех факторов:

1. Закон затягивания клеванты. При сильном затягивании края крыла, параплан становится более поворотливым, но ухудшаются его срывные характеристики.

2. Аэродинамическая и геометрическая крутка крыла улучшает управляемость, но может уменьшить устойчивость к складываниям и поведению на опасных режимах полета.

3. Форма крыла при виде спереди (арочность) рис. 27

Классическое распределение по радиусу имеет минимальные потери из-за кривизны крыла, но частенько не обеспечивает должной управляемости.

«Домик» показал прекрасные показатели входа в поворот, но парапланы с таким законом арочности плохо демпфируют раскачку по крену.

Эллиптический закон распределения арочности позволяет получить компромисс между первыми двумя вариантами. Именно он чаще всего и используется.

Сейчас существует множество парапланов и каждый имеет свой характер - управляемость. Пробуйте, летайте и постарайтесь определить какой характер вам по душе.
6. Устойчивость. Очень важная слагающая безопасности. Устойчивый параплан сложнее ввести в опасный режим и легче вывести.

Устойчивость выбранного режима полета обеспечивается низким положением центра тяжести параплана. Этот тип устойчивости называют маятниковым и его основной характеристикой является скорость затухания колебаний (демпфирование). Улучшение демпфирования по тангажу (вперед-назад), в основном, осуществляется за счет аэродинамики крыла. Демпфирование по крену можно усилить, применив специальный закон арочности.

Устойчивость профиля крыла к складываниям можно улучшить, применяя специальные профили.

Подобные профили создают пару сил подкручивающую носик крыла на малых углах атаки. Сложность применения подобного профиля в огромном объеме доводочных работ. Нами было облетано 12 прототипов прежде, чем удалось найти компромисс между степенью устойчивости, скоростью и управляемостью параплана. Примером удачного применения этой технологии можно считать параплан «Корвет». Именитые французские тест-пилоты изрядно помучались пытаясь сложить крыло этого аппарата. В результате он прошел сертификацию по классу стандарт, имея удлинение 5,56.

Как вы видите, задача улучшения характеристик сложна и разнообразна, так как все они взаимосвязаны. Путь конструктора - поиск компромисса между противоречивыми требованиями летных характеристик и безопасности. И по тому, какие парапланы появляются на рынке, хочется верить в дальнейший прогресс безопасности.

Скорость и качество. Как их использовать?

А. Тарасов

...Глядя на парящий в небе параплан, редко задумываешься о том, насколько он ограничен в своих возможностях. Сегодня, во времена углепластиков и кевлара, планеры имеют качество не ниже сорока и по скорости иногда превосходят гоночные машины «Формулы l». Дельтапланы - и те способны летать в ураганный ветер.

Куда уж нам с нашими несчастными тряпочками, имеющими качество ниже десятки и скорость не больше пятидесяти пяти километров в час... Тем не менее во многих случаях параплан может летать намного лучше других безмоторных парителей. В чем здесь секрет?

Как известно, эта незамысловатая кривая выражает зависимость между горизонтальной и вертикальной составляющими воздушной скорости. Пилоту-парапланеристу важно знать несколько важнейших точек поляры. Мысленно пройдем по ним в порядке возрастания горизонтальной скорости:

• Скорость срыва. Это левая граница поляры, медленнее этой скорости параплан летать не может. В среднем 20...22 км/ч.

• Минимальная скорость снижения. Как правило, ей соответствует малая горизонтальная скорость, в среднем 25...29 км/ч.

• Скорость максимального качества. При этой скорости отношение Vx/Vy максимально. В среднем 28...35 км/ч.

• Максимальная скорость. Как правило, достигается при брошенных клевантах. В среднем 34...38 км/ч.

• Максимальная скорость с акселератором. Это правая граница поляры... если у Вас есть акселератор. В среднем от 42 до 55 км/ч.

С помощью поляры (если она у Вас есть) можно легко определить качество Вашего параплана на любом полетном режиме. Достаточно взять по графику Vx и Vy на интересующем Вас режиме и найти их отношение - это и будет искомая величина. Еще проще находится угол планирования в спокойном воздухе. Проведите из начала координат прямую до пересечения с полярой - угол ее наклона будет равен углу наклона траектории Вашего крыла на этом режиме. А максимальному качеству соответствует касательная к поляре. Этот важный факт пригодится нам ниже, равно как и то, что поляра параплана обычно выпукла вверх.

Качество параплана сильно зависит от скорости. Небольшое на левой границе поляры, оно постепенно возрастает при увеличении скорости и в каком-то диапазоне скоростей остается почти постоянным. При дальнейшем увеличении скорости оно снова начинает падает, сначала неохотно, а потом все быстрее и быстрее. На акселераторном режиме качество может упасть очень сильно, и лишь немногие спортивные машины способны планировать на акселераторе более или менее полого. У современного параплана среднего класса качество на предсрыве около четырех, на обычных режимах колеблется от 6 до 8 и на акселераторе снова падает примерно до «пятерки».

Из всего вышеизложенного следует вполне очевидный вывод: хотите спланировать подальше - держите скорость чуть ниже максимальной, равную скорости максимального качества. Качество будет наилучшим, а угол планирования - наименьшим. Но этот вывод справедлив только в штиль, когда скорость параплана относительно воздуха (воздушная скорость) совпадает со скоростью относительно земли, то есть путевой скоростью.

А как быть, если есть ветер или потоки?

... И как ей пользоваться

Давайте задумаемся, как поведет себя путевая скорость параплана при наличии ветра. Путевая скорость - это векторная сумма скорости ветра и воздушной скорости Вашего крыла. Значит, при полете против ветра путевая скорость = воздушная скорость минус скорость ветра, и наоборот, при полете по ветру путевая скорость = воздушная скорость плюс скорость ветра.. У планеристов есть хороший метод анализа скоростей на этот случай: берем поляру и сдвигаем ее вправо на величину скорости ветра для анализа полета по ветру или влево - для анализа полета против ветра. В результате мы получим зависимость между горизонтальной и вертикальной составляющими путевой скорости. Очевидно, угол планирования можно определять с помощью такого графика так же, как и с помощью поляры, просто проводя из начала координат прямую до пересечения с графиком. Чем сильнее встречный ветер, тем более влево сдвигается наша кривая, тем круче становится угол планирования... И тут самое время вспомнить о том, что поляра параплана выпукла вверх. При сдвиге поляры влево касательная к ней, проведенная из начала координат, сдвинется вправо, в область более скоростных полетных режимов. Значит, чтобы планировать против встречного ветра наиболее полого, надо отпустить клеванты полностью, и, может быть, даже придавить акселератор. Вывод достаточно прозрачный...

При планировании по ветру все происходит наоборот. Поляра сдвигается вправо, и прямая, выпущенная из начала координат, коснется нашей кривой левее, чем это было бы при штиле. Значит, при полете по ветру минимальный угол планирования достигается на слегка приторможенном крыле! Этот факт, только что строго доказанный нами, иногда приводит в смущение даже опытных пилотов - обычно считается, что при полете по ветру надо «становиться на качество», то-есть держать крыло на скоростном режиме, соответствующем максимальному аэродинамическому качеству.

Теперь, вооружившись тем же методом анализа, подумаем о планировании в восходящих или нисходящих потоках. В этом случае для получения зависимости между вертикальной и горизонтальной составляющими путевой скорости надо будет сдвигать поляру... конечно же, вверх или вниз! Вверх - для анализа полета в восходящем потоке, вниз - для полета в «нисходняке». Кривизна поляры в этом случае сработает, подтверждая известное правило: замедляемся в термике и ускоряемся в нисходящем потоке. Правда, это правило не всесильно - не стоит забывать о том, что большой ход акселератора сильно ухудшает качество. Передавить акселератор в «нисходняке» достаточно легко, не забывайте об этом и постоянно следите за углом планирования. Если же Вы влетели в широкий мощный термик, то, притормозив крыло в разумных пределах, Вы сможете лететь как на самолете - угол наклона траектории может стать нулевым или даже положительным.

Наконец, с помощью такого метода можно искать оптимальные режимы планирования при наличии как ветра, так и вертикальных потоков; Чтобы не путаться с направлением сдвига графика - поляры, представьте, что параплан летит из начала координат - и все встанет на свои места. Подобный алгоритм, как правило, «зашит» в большинство современных профессиональных парапланерных приборов, способных анализировать условия полета «на ходу» и предупреждать пилота о необходимости ускориться или, наоборот, замедлиться для получения минимального угла планирования. Мы же получим тот же результат с помощью ручки, линейки и листа бумаги!

Недавно автору этой статьи пришлось стать свидетелем спора между несколькими очень серьезными пилотами. Предмет спора сводился к вопросу, возрастает ли на сложенных «ушах» горизонтальная скорость. Только не надо утверждать, что ответ очевиден! Сейчас Вы сами в этом убедитесь.

Итак, вспомним, от чего зависит воздушная скорость параплана. Прежде всего она определяется нагрузкой на крыло, точнее, корнем из нее. При сложенных «ушах» площадь крыла падает - значит, воздушная скорость должна увеличиться. Но горизонтальная проекция воздушной скорости зависит еще и от качества крыла - чем ниже качество, тем круче угол планирования, тем меньше проекция воздушной скорости на горизонталь. Не стоит объяснять, что болтающиеся в потоке сложенные «уши» превращаются в обузу, уменьшая качество параплана и увеличивая угол планирования. Значит, сложенные «уши» одновременно увеличивают горизонтальную проекцию воздушной скорости за счет увеличения самой этой скорости и уменьшают ее, поворачивая вектор воздушной скорости вниз. Какая тенденция победит?.. Увы, это зависит от модели параплана и площади сложенных законцовок. В целом можно утверждать, что учебные парапланы на сложенных «ушах» чаще всего уменьшают свою горизонтальную воздушную скорость, а спортивные с большой вероятностью ее увеличивают. В некоторых случаях можно получить заметный прирост горизонтальной воздушной скорости, сложив «уши» и задавив акселератор. Но этот трюк проходит далеко не с каждым крылом. Владельцам «Навигаторов», например, такой режим строго противопоказан, а счастливые хозяева «Грандов», наоборот, могут летать на акселераторе, сложив чуть ли не полкрыла. Если же Ваш параплан предназначен для начинающих, то знайте: если Вас сдувает, то, сложив «уши», Вы только ухудшите свое положение - вероятнее всего, крыло начнет очень резво «сыпаться» вниз, но и назад Вас понесет быстрее. Во всяком случае, проконсультируйтесь по скоростным режимам на «ушах» на фирме-производителе Вашего параплана, а не у того пилота, который продал Вам его за сто баксов, утверждая, что это лучшее крыло в мире... И помните, что если Вам не хватает скорости, то лучше использовать акселератор.

Термик, термик, ты могуч...

Ну вот, мы вроде бы разобрались со скоростными режимами параплана на планировании. Но полет почти никогда не состоит из одних только планирующих режимов, надо иногда набирать высоту. И вот тут-то у параплана и появляются преимущества над всеми другими парителями, кроме, конечно, птиц...

Давайте вспомним, как устроен типичный термик. Самый быстрый подъем мы встречаем, в центре потока; по мере удаления от этого «ядра» скорость подъема воздуха постепенно падает, достигая нуля на границе потока и переходя затем в «минуса». Если мы хотим набирать высоту как можно быстрее (а кто же этого не хочет?), то надо держаться как можно ближе к центру потока, то есть становиться в спираль с, по возможности, меньшим радиусом. Но тут мы наталкиваемся на серьезную проблему: чем уже спираль, тем больше получается скорость снижения. Попробуйте поспиралить в спокойном воздухе с прибором на колене - и Вы сами в этом убедитесь. Важно и то, что радиус спирали сильно зависит от воздушной скорости - чем сильнее мы затормозимся, тем меньше окажется радиус виража. Вот оно, главное преимущество параплана! Если задаться скоростью снижения, скажем, в полтора метра в секунду (вполне достаточно для обработки термиков), то параплан впишется в радиус спирали около тридцати - сорока метров, дельтаплану потребуется уже примерно шестьдесят метров, а планер не уложится и в сотню!.. Значит, параплан может стоять в спирали вблизи самого центра потока, там, где секундный подъем максимален, и не «сыпаться» при этом вниз. За счет своей замечательной способности крутить узкие спирали с малым снижением параплан может десятками минут «выживать» в таких узких и слабых потоках, где дельтаплан или планер не продержался бы и нескольких секунд! Конечно, на переходах от потока к потоку параплан не может сравниться со скоростными парителями, которые легко «пробивают» ветер, зато в потоках легкое маневренное крыло почти всегда оказывается в выигрыше...

Заключение

Итак, наши основные выводы:

Высокого Вам неба и надежных потоков!