Угол атаки
Угол атаки (общепринятое обозначение - буква греческого алфавита альфа) - угол между направлением скорости набегающего на тело потока (жидкости или газа) и характерным продольным направлением, выбранным на теле, например у крыла самолёта это будет хорда крыла, у самолёта - продольная строительная ось, у снаряда или ракеты - их ось симметрии. При рассмотрении крыла или самолёта угол атаки находится в нормальной плоскости, в отличие от угла скольжения.
Угол атаки летательного аппарата - угол между хордой крыла и проекцией его скорости V на плоскость ОХY связанной системы координат; считается положительным, если проекция V на нормальную ось OY отрицательна. В задачах динамики полёта используется пространственный У. а.: (α)п - угол между осью ОХ и направлением скорости ЛА.
Датчики углов атаки у ракеты «воздух-воздух».
Ссылки
- Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.
- ГОСТ 20058-80 "Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения".
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Ё (значения)
- Союз-29
Смотреть что такое "Угол атаки" в других словарях:
угол атаки Энциклопедия «Авиация»
угол атаки - Рис. 1. Угол атаки профиля. угол атаки 1) У. а. профиля угол α между направлением вектора скорости набегающего потока и направлением хорды профиля (рис. 1, см. также Профиль крыла); геометрическая характеристика, определяющая режим… … Энциклопедия «Авиация»
УГОЛ АТАКИ - (Angle of attack) угол наклона крыла самолета к направлению потока воздуха. Он в среднем колеблется от 1° до 14°. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Угол атаки угол между како … Морской словарь
Угол атаки - 1) У. а. профиля угол (α) между направлением вектора скорости набегающего потока и направлением хорды профиля (см. также Профиль крыла); геометрическая характеристика, определяющая режим обтекания профиля. Изменение У. а. приводит к изменению… … Энциклопедия техники
УГОЛ АТАКИ - угол между направлением скорости движения тела и направлением, выбранным на теле, напр. у крыла хордой крыла, у снаряда, ракеты и т. д. осью симметрии … Большой Энциклопедический словарь
УГОЛ АТАКИ - угол между направлением скорости поступательно движущегося тела и к. н. характерным направлением, связанным с телом, напр. у крыла самолёта с хордой крыла (см. рис. в ст. (см. ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ)), у снаряда, ракеты с их осью симметрии. Физический… … Физическая энциклопедия
угол атаки - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN angle of attackincidence angleincidence … Справочник технического переводчика
угол атаки - угол между направлением скорости поступательного движения тела и каким либо характерным направлением, выбранным на теле, например у крыла хордой крыла, у снаряда, ракеты и т. д. осью симметрии. * * * УГОЛ АТАКИ УГОЛ АТАКИ, угол между… … Энциклопедический словарь
угол атаки - atakos kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. angle of attack vok. Angriffswinkel, m; Anstellwinkel, m rus. угол атаки, m pranc. angle d’attaque, m … Fizikos terminų žodynas
Угол атаки - угол между направлением скорости поступательно движущегося тела и каким нибудь характерным направлением, выбранным на теле, например у крыла самолёта хордой крыла, у снаряда, ракеты их осью симметрии … Большая советская энциклопедия
Книги
- Экипаж. Предельный угол атаки , Орлов Андрей Юрьевич. В августе 1995 года российский самолет Ил-76 с грузом боеприпасов совершал коммерческий рейс из Тираны в Баграм. На его борту было семь членов экипажа, все - граждане России. Груз…
Род Мачадо
Сначала немного теории
На занятии по обучению полетам на малой скорости я показывал, как, снизив воздушную скорость и увеличив угол атаки крыла, можно сохранить необходимую для полета подъемную силу. Вам, наверное, интересно, есть ли предел увеличения угла атаки. В конце концов, здравый смысл подсказывает, что есть предел всему. Древние египтяне всегда руководствовались здравым смыслом, особенно когда решали, какого размера строить пирамиды (и пирамиды у них получались действительно здоровые). У крыльев тоже есть пределы.
Задача пилота - использовать четыре основные силы, сохранять подъемную силу и избегать условий для возникновения срыва потока, ведущего к сваливанию. Как уже упоминалось во время предыдущего занятия, этот вид сваливания не имеет отношения к остановке двигателя.
При большом угле атаки крыла (около 18 градусов для большинства самолетов) над его верхней частью образуются аэродинамические завихрения. Эти завихрения срывают поток воздуха с крыла, препятствуют возникновению подъемной силы и вызывают сваливание. Угол, при котором возникает срыв потока с последующим сваливанием, называется критическим углом атаки.
Внимание! Даю ценный совет. Запомните на всю оставшуюся жизнь. Поскольку превышение критического угла атаки всегда ведет к сваливанию, чтобы выйти из сваливания, нужно уменьшить угол атаки до значения, которое будет меньше критического. Все понятно? Повторите про себя 10 раз, быстро.
Сваливание, угол атаки и откуда нос знает
Чтобы понять, как происходит сваливание, представьте, что молекулы воздуха - это маленькие гоночные машинки, движущиеся по крылу (см. рис. 1-1).
У каждой машинки (и молекулы воздуха) есть цель: преодолеть кривую, идущую через верхнюю изогнутую поверхность крыла. Если крыло имеет небольшой угол атаки, то кривая не очень резкая, и путешествие не представляет сложности (рис. 1-1).
Однако взгляните на кривую, которую машинкам и молекулам воздуха нужно преодолеть при увеличении угла атаки. Когда угол атаки превышает 18 градусов (его называют критическим углом атаки, почему - вы скоро узнаете), молекулы воздуха, участвующие в гонке, не в состоянии преодолеть этот поворот (рис. 1-1).
Молекулы образуют завихрения, срываются в окружающий воздух и перестают обеспечивать постоянный, высокоскоростной, ламинарный воздушный поток на поверхности крыла (рис. 1-2). На крыле происходит срыв потока.
Запомните, согласно Якобу Бернулли, чем меньше скорость воздушного потока на крыле, тем меньшую подъемную силу он обеспечивает. Остаются еще молекулы воздуха, ударяющие в крыло снизу, но мы уже знаем, что этой подъемной силы недостаточно для поддержки самолета. Когда подъемная сила меньше силы тяжести, с хорошими самолетами происходят плохие вещи. Крыло объявляет забастовку, и начинается сваливание. Оставшись без Бернулли, сила тяготения влечет самолет к земле по своим собственным законам.
Для любого крыла существует критический угол атаки (он слегка различается для разных самолетов). По достижении этого угла сотрудничество между крылом и ветром прекращается. И никакие теории не помогут преодолеть законы физики и аэродинамики. Полиция крыла всегда на страже. Стоит только превысить критический угол атаки, и молекулы воздуха перестанут обеспечивать подъемную силу. Звучит серьезно, и так оно и есть на самом деле. К счастью, имеется готовое решение. Нет-нет, не нужно кричать инструктору: "Берите управление на себя!" Сейчас я попрошу вас заткнуть одно ухо пальцем. Зачем? Затем что собираюсь сказать одну очень важную вещь и не хочу, чтобы она влетела в одно ухо и вылетела в другое. Итак, приготовились. Чтобы избежать срыва потока, следует уменьшить угол атаки. Для этого нужно плавно опустить нос самолета, используя тягу руля высоты (рис. 1-3A и 1-3B).
А теперь спокойствие, только спокойствие. Как только угол атаки станет меньше критического, молекулы воздуха спокойно потекут через верх крыла и появится подъемная сила. Все очень просто. Теперь самолет может продолжать полет и выполнять то, что обычно делают самолеты (рис. 1-3C и 1-3D). Пожалуйста, никогда не забывайте об этом. Отлично, можете вынуть палец из уха.
Почему я придаю этому такое значение? Потому что в стрессовой ситуации (а отсутствие подъемной силы вызывает стресс у многих пилотов) вам захочется сделать то, что не нужно делать. У летчиков есть естественная склонность к тому, чтобы перемещать тягу руля высоты либо к себе, либо от себя, если требуется изменить угол тангажа самолета. Во время сваливания, когда самолет падает вниз, инстинктивно хочется отклонить тягу руля высоты к себе. Можно дернуть эту штуку хоть до колен, но ни к чему хорошему это не приведет. Самолет не выйдет из сваливания, а у тебя, друг мой, будет вид только что кастрированного быка.
Если на крыле произошел срыв потока, следует сделать одну очень важную вещь: уменьшить угол атаки до значения, не превышающего критическое. Только после этого сваливание прекратится. Включение режима полного газа также способствует процессу восстановления, поскольку самолет начинает набирать скорость. Увеличение горизонтальной скорости помогает уменьшить угол атаки.
Если на крыле произошел срыв потока, не сидите сложа руки. Вы же не зря зоветесь командиром экипажа. Делайте что-нибудь. Но только что-нибудь полезное.
Сваливание при любом пространственном положении или воздушной скорости
Следует знать, что самолет может попасть в режим сваливания при любом пространственном положении и воздушной скорости. Засуньте палец обратно в ухо. Направление носа самолета (вверх или вниз) и скорость полета (60 узлов или 160) не имеют значения. Самолет может превысить критический угол атаки при любом пространственном положении и воздушной скорости. На рисунке 1-4A изображено, как это может произойти.
Самолеты обладают инерцией, это значит, что они стремятся продолжать движение в том направлении, в котором двигались. Самолет A пикирует носом вниз со скоростью 150 узлов. (Не пытайтесь повторить это в домашних условиях!) Пилот слишком энергично потянул руль на себя, это привело к превышению критического угла атаки и срыву потока. Вот это да! Представьте себе. В режиме сваливания самолет пикирует вниз со скоростью 150 узлов! На рисунке 1-4B изображен самолет, скорость которого при горизонтальном полете составляет 100 узлов, а в режим сваливания он попал после того, как пилот слишком резко отклонил к себе тягу руля высоты.
Что нужно делать, чтобы выйти из сваливания? Во-первых, следует уменьшить угол атаки, переместив тягу руля высоты вперед или перестав тянуть к себе рычаг управления (не забывайте, что отклонение тяги руля управления на себя, возможно, послужило причиной большого угла атаки и последующего сваливания). Это позволит восстановить спокойный, высокоскоростной поток воздуха на крыле, и самолет продолжит полет.
Во-вторых (если требуется), можно использовать всю доступную мощность для разгона самолета и уменьшения угла атаки.
Когда сваливание прекратится, выведите самолет на требуемый угол тангажа, следя за тем, чтобы опять не произошел срыв потока. Сваливание после выхода из предыдущего сваливания называется вторичным. Ничего хорошего в нем нет, особенно с точки зрения сидящего рядом пилота-инструктора. (Понять, что инструктор недоволен, можно по разным остроумным замечаниям, например: "Да, подумать только! Рожать легче было".)
Намеренное сваливание самолета на безопасной высоте может оказаться забавным или, по крайней мере, поучительным. Для большинства самолетов сваливание считается относительно спокойным маневром. Однако сваливание самолета близко к земле - это уже серьезно, поскольку редко кто делает это намеренно. Во время обучения у вас будет достаточно времени, чтобы освоить вывод самолета из режима сваливания.
Одно дело - управлять самолетом в режиме сваливания, совсем другое - управлять своими инстинктами. Например, типичная ловушка, в которую можно (буквально) свалиться, связана с большой вертикальной скоростью снижения при посадке. При заходе на посадку пилот может потянуть руль направления на себя, пытаясь сделать снижение более пологим. Если при этом превысить критический угол атаки, произойдет срыв потока. А вид ВПП в лобовом стекле будет напоминать вид на сверхновую звезду с низкой орбиты.
Если пойти на поводу у нетренированных инстинктов и продолжать тянуть на себя руль высоты, сваливание только усугубится. Опытные пилоты более осмотрительны. Они знают о возможности сваливания и умело сочетают отклонение руля высоты назад с режимами газа во время посадки для того, чтобы изменить глиссаду самолета без превышения критического угла атаки. (Инструктор покажет, как правильно использовать руль высоты и режим газа во время посадки.) Как пилоты определяют нужную степень воздействия на руль высоты? Как они определяют, что самолет не попадет в режим сваливания?
Если бы в самолете был индикатор угла атаки, распознавание сваливания не представляло бы проблем. Просто нужно было бы следить за тем, чтобы не превышать критическое значение угла атаки для данного крыла. Маленькие самолеты редко оборудуют индикаторами угла атаки, несмотря на их полезность. В игре Flight Simulator основным средством извещения о начале сваливания является звуковой сигнал, который начинается, когда самолет превысит скорость сваливания на несколько узлов. Кроме того, вы вдоволь насладитесь словом "Сваливание", которое появится на экране. В настоящем самолете, конечно же, этого не будет. Однако там может быть световой сигнал красного цвета, это почти то же самое.
Теперь, когда вы познакомились с основами аэродинамики сваливания, можно перейти к более подробному изучению выхода из режима сваливания.
Заканчиваем полет, начинаем сваливание
Отклонение рычага управления на себя ведет к превышению критического угла атаки крыльев и срыву потока. В воздушном потоке образуются завихрения, и он перестает спокойно обтекать верхнюю часть крыла. От этого уменьшается подъемная сила, и самолет начинает пикировать (если багаж, пассажиры и топливо были загружены в соответствии с правилами). Автоматическое пикирование чем-то похоже на применение метода Геймлиха к самому себе. Угол атаки уменьшается до значения, не превышающего критическое, и самолет получает возможность продолжать полет.
Если самолеты сконструированы таким образом, что могут самостоятельно выходить из сваливания, зачем все это учить? Проблема в том, что очень часто пилоты делают то, что мешает самолету выйти из сваливания. Поэтому следует знать, что именно не следует делать. Кроме того, чтобы выйти из случайного сваливания близко к земле, нужно уметь быстро восстанавливать положение самолета с минимальной потерей высоты. Давайте еще раз войдем в режим сваливания и посмотрим, что произойдет, если помешать самолету самостоятельно пикировать.
Что не следует делать при сваливании
Что произойдет, если войти в режим сваливания и помешать самолету восстановить положение?
Ответ таков: самолет останется в режиме сваливания даже при полностью отклоненном назад рычаге управления. Как бы вы ни тянули этот рычаг на себя, самолет не начнет набирать высоту. Внимательно подумайте: самолет может не выйти из сваливания до самой земли, хотя рычаг управления полностью отклонен назад. Радости мало, верно? Если удерживать рычаг управления, отклоненным назад, угол атаки крыла останется близким к критическому. К сожалению, именно так поступают некоторые пилоты, когда самолет попадает в режим сваливания.
Что следует делать при сваливании
Вот почему мы учили, что не нужно тянуть рычаг управления на себя, а нужно перемещать его вперед до тех пор, пока угол атаки крыла не станет меньше критического значения. Угол тангажа, необходимый для восстановления положения самолета в пространстве, зависит от нескольких факторов, поэтому при обучении отрицательный угол тангажа будет составлять от 5 до 10 градусов. Не стоит направлять самолет слишком круто носом вниз, поскольку это приведет к излишней потере высоты и увеличению воздушной скорости.
Как узнать, что угол атаки уменьшен до необходимого значения? При обучении на тренажере это нужно испытать: перестанет звучать сигнал, предупреждающий о сваливании, с экрана исчезнет слово "Сваливание", самолет вернется в режим полета, начнет расти воздушная скорость, а органы управления полетом будут четче реагировать на команды. Если на борту будет инструктор, его голос станет менее высоким, и китам больше не нужно будет выбрасываться на берег.
За некоторыми исключениями, именно так большинство пилотов распознают сваливание и выходят из него. После уменьшения угла атаки вы сразу захотите перейти в режим полного газа. Это помогает ускорить процесс восстановления пространственного положения. Будьте осторожны и следите за тем, чтобы не задирать нос самолета кверху. Это может снова привести к увеличению угла атаки и срыву потока. Когда самолет выйдет из сваливания (перестанет звучать предупреждающий сигнал), поднимите нос в положение для набора высоты и установите воздушную скорость набора высоты.
Сваливание при вылете
Что будет, если сваливание произойдет в режиме полного газа? Давайте представим, что самолет только что взлетел и набирает высоту в режиме полного газа (как вы обычно и делаете в этом самолете). Вдруг вы замечаете в кабине большого шмеля. Вы отвлекаетесь, забываете об управлении самолетом и пытаетесь прихлопнуть беднягу обеими руками. Самолет входит в режим сваливания, а вы тем временем прыгаете по кабине, как герой фильма про кун-фу. Что делать?
Ну что ж, кузнечик, никакие приемы кун-фу теперь не помогут, если не сделать одну вещь: уменьшить угол атаки до значения, не превышающего критическое. Когда самолет выйдет из сваливания, можно вернуть его в положение для набора высоты. Поскольку режим полного газа уже включен, рычаг управления двигателем можно не трогать.
Вот и состоялось первое знакомство с воздушным парком развлечений под названием "Мир сваливания". Единственная проблема состоит в том, что вы не посетили аттракцион "Реальная действительность". Вот что вы пропустили.
То, что самолет попадает в режим сваливания, если превысить критический угол атаки, запомнить легко. Но не забывайте, что это может произойти при любом пространственном положении, на любой воздушной скорости и при любой установке мощности двигателя. Пришло время признаться еще кое в чем.
На самом деле, если нос самолета направлен прямо вниз, а пилот энергично отклоняет рычаг от себя, самолет все равно не выйдет из режима сваливания. Конечно, никто не будет так поступать в настоящем самолете (даже если он взят напрокат). Запомните, это тренажер. В нем можно делать то, чего не сделаешь в настоящем самолете. Это как путешествие в вымышленную страну, где нам не грозит опасность. Поэтому используйте преимущество новой технологии и испытайте то, о чем другие только говорят.
Пришла пора учиться выходу из режима сваливания. Чтобы приступить к тренировке, щелкните ссылку Начать учебный полет . Желаю приятно провести время!
В этой статье мы рассмотрим основные принципы захода на посадку на больших реактивных самолетах применительно к нашим условиям. Хотя за основу рассмотрения выбран Ту-154, следует учитывать, что на других типах ВС применяются, в общем, сходные принципы пилотирования. Информацию взята из расчета на реальную технику, а испытывать судьбу мы будем пока в MSFS98-2002, есть у фирмы "Микрософт" такой компьютерный симулятор, возможно, вы даже слышали...
Посадочная конфигурация самолета
Конфигурация самолета - сочетание положений механизации крыла, шасси, частей и агрегатов ВС, определяющих его аэродинамические качества.
На транспортном самолете, еще до входа в глиссаду, должна быть выпущена механизация крыла, шасси и переложен стабилизатор. Кроме того, по решению командира воздушного судна, экипаж может включить автопилот и/или автомат тяги для захода в автоматическом режиме.
Механизация крыла
Механизация крыла - комплекс устройств на крыле, предназначенных для регулирования его несущей способности и улучшения характеристик устойчивости и управляемости. Механизация крыла включает закрылки, предкрылки, щитки (интерцепторы), активные системы управления пограничным слоем (например, его сдув, отбираемым от двигателей воздухом) и т.д.
Закрылки (flaps)
В целом, закрылки и предкрылки предназначены для повышения несущей способности крыла на взлетно-посадочных режимах.
Аэродинамически, это выражается в следующем:
- закрылки увеличивают площадь крыла, что приводит к увеличению подъемной силы.
- закрылки увеличивают кривизну профиля крыла, что приводит к более интенсивному отклонению воздушного потока вниз, что также увеличивает подъемную силу.
- закрылки увеличивают аэродинамическое сопротивление самолета, а значит вызывают уменьшение скорости.
Увеличение подъемной силы крыла позволяет снизить скорость до более низкого предела. Например, если при массе 80 т скорость сваливания Ту-154Б без закрылков составляет 270 км/ч, то после выпуска закрылков полностью (на 48 град) она уменьшается до 210 км/ч. Если уменьшить скорость ниже этого предела, самолет выйдет на опасные углы атаки, возникнет срывная тряска (бафтинг, buffeting) (особенно при убраных закрылках) и, в конце концов, произойдет сваливание в штопор .
Крыло, оборудованное закрылками и предкрылками, образующими в нем профилированные щели, называют щелевым . Закрылки также могут состоять из нескольких панелей и иметь щели. Например, на Ту-154М применяются двухщелевые , а на Ту-154Б трехщелевые закрылки (на фото Ту-154Б-2). На щелевом крыле воздух из области повышенного давления под крылом с большой скоростью поступает через щели на верхнюю поверхность крыла, что приводит к уменьшению давления на верхней поверхности. При меньшей разности давлений, обтекание крыла получается более плавным и тенденция к формированию срыва уменьшается.
Угол атаки (УА), Angle of Attack (AoA)
Основное понятие аэродинамики. Углом атаки профиля крыла называется угол, под которым профиль обдувается набегающим потоком воздуха. В нормальной ситуации УА не должен превышать 12-15 град, в противном случае возникает срыв потока , т.е. образование турбулентных “бурунчиков” за крылом, как в быстром ручье, если поставить ладонь не вдоль, а поперек потока воды. Срыв приводит к потере подъемной силы на крыле и сваливанию самолета.
На "небольших" самолетах (включая Як-40, Ту-134) выпуск закрылков обычно приводит к “вспуханию” - самолет немного увеличивает вертикальную скорость и задирает нос. На "больших" самолетах стоят системы улучшения устойчивости и управляемости , которые автоматически парируют возникающий момент опусканием носа. Такая система есть на Ту-154 поэтому там "вспухание" невелико (кроме того, там момент выпуска закрылков совмещено с моментом перекладки стабилизатора, который создает противоположный момент). На Ту-134 пилоту приходится гасить увеличение подъемной силы вручаную отклоняя штурвальную колонку от себя. В любом случае, для уменьшения "вспухания", закрылки принято выпускать в два или три приема - обычно сначала на 20-25, потом на 30-45 градусов.
Предкрылки (slats)
Кроме закрылков, почти все транспортные самолеты также имеют предкрылки , которые установлены в передней части крыла, и автоматически отклоняются вниз одновременно с закрылками (пилот о них почти не думает). Принципиально они выполняет ту же функцию, что и закрылки. Отличие состоит в следующим:
- На больших углах атаки, отклоненные вниз предкрылки как крючком цепляются за набегающий поток воздуха, отклоняя его вниз вдоль профиля. В результате, предкрылки уменьшают угол атаки остальной части крыла и откладывают момент сваливания на большие углы атаки.
- Предкрылки обычно имеют меньший размер, а значит и меньшее лобовое сопротивление.
В целом, выпуск как закрылков так и предкрылков сводится к увеличению кривизны профиля крыла, что позволяет сильнее отклонять вниз набегающий поток воздуха, а значит увеличивать подъемную силу.
Насколько до сих пор известно, предкрылки отдельно в аir-файле не выделены.
Чтобы понять, на фига на самолетах применяется такая сложная механизация, понаблюдайте за приземлением птиц. Часто можно обратить внимание, как голуби и им подобные вороны садятся сильно распушив крылья, поджимая хвост и стабилизатор под себя, пытаясь получить профиль крыла большой кривизны и создать хорошую воздушную подушку. Это и есть выпуск закрылков и предкрылков.
Механизация B-747 на посадке
Интерцепторы (spoilers)
Интерцепторы , они же спойлеры представляют собой отклоняемые тормозные щитки на верхней поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъемную силу (в отличие от закрылков и предкрылков). Поэтому интерцепторы (особенно на "илах") также называют гасителями подъемной силы .
Интерцепторы - это очень широкое понятие, в которое напичкано много всяких разновидностей гасителей, и на разных типах они могут называться по-разному и располагаться в разных местах.
В качестве примера рассмотрим крыло самолета Ту-154, на котором применяются три типа интерцепторов:
1) внешние элерон-интерцепторы (spoilerons, roll spoilers)
Элерон-интерцепторы представляют собой дополнение к элеронам. Они отклоняются несимметрично. Например на Ту-154, при отклонении левого элерона вверх на угол до 20 град, левый элерон-интерцептор автоматически отклоняются вверх на угол до 45 град. В результате подъемная сила на левом полукрыле уменьшается, и самолет кренится влево. То же самое для правого полукрыла.
Почему нельзя обойтись только одними элеронами?
Дело в том, что чтобы создать момент крена на большом самолете, нужна большая площадь отклоняемых элеронов. Но, поскольку реактивные самолеты летают на скоростях близких к звуковым, они должны иметь тонкий профиль крыла, который бы не создавал слишком большого сопротивления. Применение больших элеронов приводило бы к его скручиванию и всяким нехорошим явлениям типа реверса элеронов (такое, например, может иметь место быть на Ту-134). Поэтому нужен способ распределить нагрузку на крыло более равномерно. Для этого и используются элерон-интерцепторы.- щитки, установленные на верхней поверхности, которые при отклонении вверх, уменьшают подъемную силу на данном полукрыле, и "топят" его вниз. Скорость вращения по крену при этом значительно возрастает.
Пилот не задумывается об элерон-интерцепторах, с его точки зрения, все происходит автоматически.
В air-файле элерон-интерцепторы, в принципе, предусмотрены.
2) средние интерцепторы (spoilers, speed brakes)
Средние интерцепторы это то, что обычно понимают под просто "интерцепторами" или "спойлерами" - т.е. "воздушные тормоза". Симметричное задействование интерцепторов на обеих половинах крыла приводит к резкому уменьшению подъемной силы и торможению самолета. После выпуска "воздушных тормозов" самолет сбалансируется на большем угле атаки, начнет тормозиться за счет возросшего сопротивления и плавно снижаться.
На Ту-154 средние интерцепторы отклоняются на произвольный угол до 45 град с помощью рычага на среднем пульте пилотов. Это к вопросу, где у самолета стоп-кран.
На Ту-154 внешние и средние интерцепторы это конструктивно разные элементы, но на других самолетах "воздушные тормоза" могут быть конструктивно совмещены с элерон-интерцепторами. Например, на Ил-76 интерцепторы обычно работают в элеронном режиме (с отклонением на угол до 20 град), а при необходимости - в тормозном (с отклонением на угол до 40 град).
Выпускать средние интерцепторы при заходе на посадку не надо. Вообще-то, выпуск интерцепторов после выпуска шасси обычно запрещен. В нормальной ситуации, интерцепторы выпускаются для более быстрого снижения с эшелона с вертикальной скоростью до 15 м/c и после после приземления самолета. Кроме того, они могут применяться при прерванном взлете и экстренном снижении.
Бывает, что "виртуальщики" при заходе на посадку забывают убрать газ, и держат режим чуть ли не на взлетном, пытаясь вписаться в схему посадки с очень высокой скоростью, вызывая гневные вопли диспетчера в стиле “Maximum speed below ten thousand feet is 200 knots!” В таких случаях можно кратковременно выпустить средние интерцепторы, но в реальности, это вряд ли приведет к чему-нибудь хорошему. Лучше пользоваться таким грубым методом гашения скорости заблаговременно - только на снижении, причем не всегда обязательно выпускать интерцепторы на полный угол.
3) внутренние интерцепторы (ground spoilers)
Также "тормозные щитки"
Расположены на верхней поверхности во внутренней (корневой) части крыла между фюзеляжем и гондолами шасси. У Ту-154 автоматически отклоняются на угол 50 град после приземления при обжатии основных аморстоек шасси, скорости более 100 км/ч и РУД-ах в положении "малый газ" или "реверс". Одновременно отклоняются и средние интерцепторы..
Внутренние интерцепторы предназначены для гашения подъемной силы после приземления или при прерваном взлете. Как и другие типы интерцепторов, они не столько гасят скорость, сколько гасят подъемную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колеса и улучшению сцепления колес с поверхностью. Благодаря этому после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колес.
На Ту-134 тормозные щитки - это единственный тип интерцепторов.
В симуляторе внутренние интерцепторы либо отсутствуют, либо воссоздаются достаточно условно.
Балансировка по тангажу
Большие самолеты имеют ряд особенностей управления по тангажу, о которых нельзя не упомянуть. Триммирование, центровка, балансировка, перекладка стабилизатора, расход штурвальной колонки. Рассмотрим эти вопросы более подробно.
Тангаж (pitch)
Тангаж (pitch) - угловое движение летательного аппарата относительно поперечной оси инерции, а проще говоря "задир". У моряков эта фигня называется "дифферент". Тангаж противопоставлен крену (bank) и рысканию (yaw) , которые соответственно характеризуют положения ЛА при его вращении вокруг продольной и вертикальной оси. Соответственно различают углы тангажа, крена и рысканья (иногда их называют углы Эйлера). Термин "рысканье" можно заменять словом "курс", например говорят "в канале курса".
Отличие угла тангажа от угла атаки, надеюсь объяснять нет необходимости... Когда самолет падает совершенно плашмя, как утюг, угол атаки у него будет 90 град, а угол тангажа будет близок к нулю. Наоборот, когда истребитель идет в наборе, на форсаже, с хорошей скоростью, у него угол тангажа может быть 20 град, а угол атаки, скажем, всего 5 град.
Триммирование
Чтобы обеспечить нормальное пилотирование, усилие на штурвале должно быть ощутимым, в противном случае, любое случайное отклонение могло бы ввести самолет в какой-нибудь нехороший штопор. Собственно говоря, именно поэтому на тяжелых самолетах, не предназначенных для выполнения резких маневров, обычно применяются штурвалы, а не ручки - их не так просто случайно отклонить по крену. (Исключение составляет Airbus, который предпочитает джойстики.)
Понятно, что при затяжеленном управлении бицепсы у пилота будут постепенно развиваться довольно приличные, более того, если самолет разбалансирован по усилиям его трудно пилотировать, т.к. любое ослабление усилия толкнет штурвальную колонку (ШК) не туда, куда надо. Поэтому, чтобы в процессе выполнения полета, летчики могли иногда хлопнуть стюардессу Катьку по заднице, на самолетах устанавливают триммеры.
Триммер - устройство, которое тем или иным способом фиксирует штурвал (ручку управления) в заданном положении, дабы папелац мог снижаться, набирать высоту и лететь в горизонтальном полете и т.д. без приложения усилий к штурвальной колонке.
В результате триммирования, точка, в которую тянет штурвал (ручку), будет не совпадать с нейтральным положением для данного руля. Чем дальше от положения триммирования, тем большие усилия приходится прикладывать, чтобы удержать штурвал (ручку) в заданном положении.
Чаще всего, под триммером имеют в виду триммер в канале тангажа - т.е. триммер руля высоты (РВ). Тем не менее, на больших самолетах триммеры на всякий случай, ставят во всех трех каналах - там они обычно выполняют вспомогательную роль. Например, в канале крена триммирование может применятся при продольной разбалансировки самолета из-за несимметричной выработки топлива из крыльевых баков, т.е. когда одно крыло перетягивает другое. В канале курса - при отказе двигателя, чтобы самолет не рыскал в сторону, когда один двигатель не работает. И т.д.
Триммирование можно технически реализовать следующими способами:
1) с помощью отдельного аэродинамического триммера , как на Ту-134- т.е. маленького "рулька" на руле высоты, который удерживают основной руль в заданном положении с помощью аэродинамической компенсации, т.е. используя силу набегающего потока. На Ту-134 для управления таким триммером используется колесо триммера , на которое наматывается трос, идущий к РВ.
2) с помощью МЭТ (механизма эффекта триммирования) , как на Ту-154 - т.е. просто регулируя затяжку в системе пружин (правильнее сказать, пружинных загружателей ), которые чисто механически удерживает штурвальную колонку в заданном положении. Когда шток МЭТ перемещается вперед-назад, загружатели то ослабляются, то натягиваются. Для управления МЭТ используются небольшие нажимные переключатели на рукоятках штурвалов, при включении которых, шток МЭТ, а за ним и штурвальная колонка медленно перемещаются в заданное положение. Аэродинамические триммеры как на Ту-134, на Ту-154 отсутствуют.
3) с использованием переставного стабилизатора , как на большинстве западных типов (см ниже)
В симуляторе трудно воссоздать настоящий триммер руля высоты, для этого придется использовать навороченный джойстик с эффектом триммирования, потому что, то, что в MSFS называется триммером, по сути, не стоит воспринимать как таковой - правильнее было бы замазать джойстик пластилином или жевачкой или просто положить мышь на стол (в FS98) - вот вам и триммер. Надо сказать, что управление это вообще больное место всех симуляторов. Даже если купить самый навороченный штурвал и систему педалей, оно все равно, скорее всего, будет далековато от реального. Имитация она и есть имитация, потому что, чтобы получить абсолютно точную копию настоящего самолета нужно затратить столько же усилий и переработать столько же информации, сколько и для того, чтобы построить настоящий самолет...
Центровка (CG)
Центровка воздушного судна (Center of Gravity (CG) position) - положение центра тяжести, измеряемое в процентах длины так называемой средней аэродинамической хорды (САХ, Mean Aerodynamic Chord, MAC) - т.е. хорды условного прямоугольного крыла, равноценного данному крылу, и имеющее с ним одинаковую площадь.
Хорда - отрезок прямой, соединяющий переднюю и заднюю кромку профиля крыла.
положение центра тяжести 25% САХ
Длину средней аэродинамической хорды находят интегрированием по длинам хорд вдоль всех профилей полукрыла. Грубо говоря, САХ характеризуют наиболее распространенный, наиболее вероятный профиль крыла. т.е. предполагается, что все крыло со всем его разнобоем профилей можно заменить одним единственном усредненным профилем с одной единственной усредненной хордой - САХ.
Чтобы найти положение САХ, зная его длину, нужно пересечь САХ с контуром реального крыла и посмотреть, где находится начало полученного отрезка. Эта точка (0% САХ) и будет служить точкой отсчета для определения центровки.
Разумеется, транспортный самолет не может иметь постоянную центровку. Она будет меняться от вылета к вылету из-за перемещений грузов, изменения количества пассажиров, а также в процессе полета по мере выработки топлива. Для каждого самолета определен допустимый диапазон центровок, при котором обеспечивается его хорошая устойчивость и управляемость. Обычно различают переднюю (для Ту-154Б - 21-28%), среднюю (28-35%) и заднюю (35-50%) центровки - для других типов цифры будут несколько отличаться.
Центровка пустого самолета сильно отличается от центровки заправленного самолета со всеми грузами и пассажирами, и для ее расчета перед вылетом заполняется специальный центровочный график .
Пустой Ту-154Б имеет центровку порядка 49-50% САХ, при том, что при 52,5% он уже опрокидывается на хвост (двигатели на хвосте перетягивают). Поэтому под хвостовой частью фюзеляжа в некоторых случаях необходимо устанавливать страховочную штангу.
Балансировка в полете
У самолета со стреловидным крылом центр приложения подъемной силы на крыле расположен в точке примерно 50-60% САХ, т.е. позади центра тяжести, который в полете обычно располагается в районе 20-30 % САХ.
В результате, в горизонтальном полете на крыле возникает рычаг подъемной силы , который хочет опрокинуть самолет на нос, т.е. в нормальной ситуации самолет находится под действием пикирующего момента .
Чтобы избежать всего этого, в течении всего полета придется парировать возникающий пикирующий момент балансировочным отклонением РВ , т.е. отклонение руля высоты не будет равно нулю даже в горизонтальном полете.
В основном, чтобы удержать самолет от "клевка" нужно будет создавать кабрирующий момент , т.е. РВ нужно будет отклоняться вверх.
Кабрировать - от фр. cabrer , "ставить на дыбы".
Всегда только вверх? Нет, не всегда.
При увеличении скорости, скоростной напор увеличится, а значит пропорционально возрастет суммарная подъемная сила на крыле, на стабилизаторе и на руле высоты
F под = F под1 – F под2 – F под3
Но сила тяжести останется прежней, а значит самолет перейдет в набор. Чтобы снова сбалансировать папелац в горизонтальном полете, придется опустить руль высоты пониже (отдать штурвал от себя), т.е. уменьшить слагаемое F под3 . Тогда нос опустится, и самолет снова сбалансируется в горизонтальном полете, но уже на меньшем угле атаки.
Таким образом, для каждой скорости у нас будет свое балансировочное отклонение РВ - мы получим ажно целую балансировочную кривую (зависимость отклонения РВ от скорости полета). На больших скоростях, придется отдавать штурвальную колонку от себя (РВ вниз), чтобы удержать самик от кабрирования, на малых скоростях придется брать штурвальную колонку на себя (РВ вверх), чтобы удержать самик от пикирования . Штурвал и руль высоты будут находится в нейтральном положении только на какой-то одной определенной приборной скорости (около 490 км/ч для Ту-154Б).
Стабилизатор (Horizontal Stabilizer)
Кроме того, как видно из приведенной схемы, самолет можно балансировать не только рулем высоты, но и переставным стабилизатором (слагаемое Fпод2). Такой стабилизатор с помощью специального механизма может целиком устанавливаться на новый угол. Эффективность такой перекладки будет примерно в 3 раза выше - т.е. 3 град отклонения РВ будут соответствовать 1 град отклонения стабилизатора, т.к. его площадь горизонтального стабилизатора у "тушки" примерно в 3 раза больше площади РВ.
В чем преимущество использования переставного стабилизатора? Прежде всего в том, что при этом уменьшается расход руля высоты . Дело в том, что иногда из-за слишком передней центровки для удержания самолета на определенном угле атаки приходится использовать весь ход штурвальной колонки - пилот выбрал управление полностью на себя, и дальше самолет уже не заманишь вверх никакой морковкой. Это особенно может иметь место на посадке с предельно передней центровкой, когда при попытке ухода на второй круг, руля высоты может не хватить. Собственно говоря, значение предельно передней центровки и устанавливаются из расчета, чтобы располагаемого отклонения руля высоты хватало на всех режимах полета.
Поскольку РВ отклоняется относительно стабилизатора, то нетрудно видеть, что применение переставного стабилизатора уменьшит расход штурвала и увеличит доступный диапазон центровок и доступных скоростей . А значит можно будет взять больше грузов и расположить их более удобным способом.
В горизонтальном полете на эшелоне стабилизатор Ту-154 находится под углом -1.5 град на кабрирование по отношению к фюзеляжу, т.е. почти горизонтально. На взлете и на посадке , он перекладывается дальше на кабрирование на угол до -7 град относительно фюзеляжа, чтобы создать достаточный угол атаки для поддержания самолета в горизонтальном полете на малой скорости.
Особенностью Ту-154 является то, что перестановка стабилизатора осуществляется только на взлете и на посадке , а в полете он убирается в положение -1.5 (которое считается нулевым), и самолет тогда балансируется одним рулем высоты.
При этом, для удобства экипажа и по ряду других причин, перекладка совмещена с выпуском закрылков и предкрылков, т.е. при переводе рукоятки закрылков из положения 0 в положение на выпуск, автоматически выпускаются предкрылки и стабилизатор перекладывается в согласованное положение. При уборке закрылков после взлета - то же самое, в обратном порядке.
Приведем таблицу, которая висит в кабине экипажа, чтобы постоянно ему напоминать, что у них там блин на фиг выпускается...
Таким образом, все происходит само собой. На круге перед посадкой на скорости 400 км/ч экипаж только должен проверить соответствует ли балансировочное отклонение РВ положению задатчика стабилизатора и, если нет, то устанавить задатчик в нужное положение. Скажем, стрелка указателя положения РВ в зеленом секторе, значит задатчик ставим на зеленое "П" - все достаточно просто и не требует значительных умственных усилий...
При отказах автоматики все выпуски и перекладки механизации можно проделать и в ручном режиме. Например, если речь идет о стабилизаторе, нужно откинуть колпак слева на фото и переставить стабилизатор в согласованное положение.
На других типах ВС, эта система работает иначе. Например на Як-42, MD-83, B-747 (затрудняюсь сказать за всю Одессу, но так должно быть на большинстве западных самолетов) стабилизатор отклоняется в течение всего полета и полностью заменяет собой триммер . Такая система более совершенна, т.к позволяет уменьшить сопротивление в полете, поскольку стабилизатор из-за большой площади отклоняется на меньшие углы, чем РВ.
На Як-40, Ту-134 стабилизатор также обычно регулируется независимо от механизации крыла.
Теперь об MSFS. В симуляторе мы имеем ситуацию "триммирующего стабилизатора", как на западных типах. Отдельного виртуального триммера в МSFS нет. Та прямоугольная штучка (как на "цесссне"), которая у микрософт называется "триммером" на самом деле является стабилизатором, что заметно, по независимости ее работы от РВ.
Почему так? Вероятно, все дело в том, что изначально (в конце 80-х) FS использовался как программная база для полнофункциональных тренажеров, на которых стояли реальные штурвальные колонки и реальные МЭТ-ы. Когда МS купила (сперла?) FS, она не стала глубоко вникать в особенности его работы (а возможно, даже не имела к нему полного описания), поэтому стабилизатор стал называться триммером. По крайней мере, такое предположение хочется сделать, изучая MS+FS, ведь описание к air-файлу так и не было опубликовано, а по качеству дефолтных моделей и ряду других признаков можно сделать вывод, что микрософт и само в нем не особо разбирается.
В случае Ту-154, вероятно, следует установить микрософтовский триммер один раз перед посадкой в горизонтальном полете, чтобы индикатор руля высоты был приблизительно в нейтральном положении, и больше к нему не возвращаться, а работать только триммером джойстика, которого ни у кого нет... Или работать c "прямоугольной штучкой", закрывать глаза и повторять про себя: "Это не стабилизатор, это не стабилизатор...."
Автомат тяги (Auto Throttle)
В штурвальном режиме КВС или 2П управляет двигателями с помощью РУД-ов (рычагов управления двигателями) на среднем пульте или подавая команды бортинженеру: "Режим такой-то"
Иногда бывает удобно управлять двигателями не вручную, а с помощью автомата тяги (auto throttle, АТ) , который старается удержать скорость в допустимых пределах, автоматически регулируя режим двигателей.
Включите АТ (клавиша Shift R), задайте нужную скорость на УС-И (указатель скорости), и автоматика будет пытаться выдерживать ее без вмешательства пилота. На Ту-154 скорость при включенном АТ-6-2 можно регулировать двумя способами 1) вращая кремальеру на левом либо на правом УС-И 2) вращая регулятор на ПН-6 (=пультик СТУ и автомата тяги).
Разновидности систем посадки
Различают визуальный заход и заход по приборам .
Чисто визуальный заход на посадку на больших самолетах применяется редко и может вызвать трудности даже у опытного экипажа. Поэтому обычно заход осуществляется по приборам , т.е. с применением радиотехнических систем под управлением и контролем диспетчера УВД .
Управление воздушным движением (УВД, Air Traffic Control, ATC) - управление движением воздушных судов в полете и на площади маневрирования аэродрома.
Радиотехнические системы посадки
Рассмотрим заходы с применением радиотехнических систем посадки. Их можно подразделить на следующие типы:
“по ОСП” , т.е. с использованием ДПРМ и БПРМ
“по РМС” , т.е. с использованием ILS
“по РСП” , т.е. по локатору.
Заход по ОСП
Также известен как "заход по приводам" .
ОСП (оборудование системы посадки) - комплекс наземных средств, включающих две приводных радиостанции с маркерными радиомаяками, а также светотехническое оборудование (СТО) , установленное на аэродроме по утвержденной типовой схеме.
Конкретно, ОСП включает в себя
"дальний" (приводной радиомаяк) (ДПРМ, Outer Marker, OM) - дальнюю приводную радиостанцию со своим маркером, которая располагается в 4000 (+/- 200) м от торца ВПП. При пролете маркера в кабине срабатывает световая и звуковая сигнализация. Морзянка cигнала в системе ILS имеет вид “тире-тире-тире...“.
"ближний" (приводной радиомаяк) (БПРМ, Middle Marker, MM) - ближнюю приводную радиостанцию тоже со своим маркером, которая располагается в 1050 (+/- 150) м от торца ВПП. Морзянка в системе ILS имеет вид “тире-точка-...“
Приводные радиостанции работают в диапазоне 150-1300 кГц.
При полете по кругу, первый и второй комплекты автоматического радиокомпаса (АРК, Automatic Direction Finder, ADF) настраиваются на частоты ДПРМ и БПРМ- при этом одна стрелка на указателе АРК будет показывать на ДПРМ, вторая на БПРМ.
Напомним, что стрелка указателя АРК всегда показывает на радиостанцию подобно тому, как стрелка магнитного компаса, всегда показывает на север. Следовательно, при полете по схеме, момент начала четвертого разворота можно определить по курсовому углу радиостанции (КУР) . Скажем, если ДПРМ радиостанция точно слева, то КУР=270 град. Если мы хотим развернуться на нее, то разворот нужно начинать на 10-15 град раньше (т.е. при КУР=280...285 град). Пролет над радиостанцией будет сопровождаться разворотом стрелки на 180 град.
Таким образом, при полете по кругу курсовой угол ДПРМ помогает определить моменты начала выполнения разворотов на круге. В этом плане ДПРМ представляет собой что-то вроде точки отсчета, относительно которой рассчитываются многие действия при заходе на посадку.
К радиостанции также присобачен маркер , или маркерный радиомаяк - передатчик, посылающий вверх узконаправленный сигнал, который при пролете над ним воспринимается самолетными приемниками и заставляет срабатывать индикаторную лампочку и электрозвонок. Благодаря этому, зная на какой высоте следует проходить ДПРМ и БПРМ (обычно это 200 и 60 м соответственно) можно получить две точки, по которым можно построить предпосадочную прямую.
На западе, на аэродромах категории II и III cо сложным рельефом местности на расстоянии 75..100 м от торца ВПП устанавливают еще и внутренний радиомаркер (Inner Marker, IM) (c морзянкой “точка-точка-точка....“), который используется как дополнительное напоминание экипажу о приближении к моменту начала визуального наведения и необходимости принятия решения о посадке.
Комплекс ОСП относится к упрощенным системам посадки, он должен обеспечивать экипажу воздушного судна привод в район аэродрома и маневр снижения до высоты визуального обнаружения ВПП. На практике он играет вспомогательное значение и обычно не отменяет необходимость использования системы ILS или посадочного радиолокатора. Чисто по ОСП заходят только при отсутствии более совершенных систем посадки.
При заходе только по ОСП горизонтальная видимость должна составлять не менее 1800 м, вертикальная не менее 120 м. Если этот метеоминимум не соблюдается, необходимо уйти на запасной аэродром .
Обратите внимание, что ДПРМ и БПРМ на разных концах полосы имеют одну и ту же частоту. В нормальной ситуации, радиостанции на другом конце должны быть выключены, но в симе это не так, поэтому при полете по кругу, АРК часто начинает глючить, цепляя то одну радиостанцию, то другую.
Заход по РМС
Также говорят "заход по системе" . В общем-то, это то же самое, что и заход по ILS. (см.также статью Дмитрия Просько на этом сайте)
В русскоязычной терминологии радиомаячная система посадки (РМС) используется как обобщающий термин, который включает в себя различные разновидности систем посадки- в частности, ILS (Instrument Landing System) (как западный стандарт) и СП-70, СП-75, СП-80 (как отечественные стандарты).
Принципы захода по РМС достаточно просты.
Наземная часть РМС состоит из двух радиомаяков - курсового радиомаяка (КРМ) и глиссадного радиомаяка (ГРМ) , которые излучают два наклонных луча (равносигнальные зоны) в вертикальной и горизонтальной плоскости. Пересечение этих зон образует траекторию захода на посадку. Самолетные приемные устройства определяют положение самолета относительно этой траектории и выдают управляющие сигналы на командно-пилотажный прибор ПКП-1 (проще говоря, на авиагоризонт) и планово-навигационный прибор ПНП-1 (проще говоря, на указатель курса).
Если частота настроена правильно, то при подходе к полосе пилот увидит на большом авиагоризонте две перемещающихся линии - вертикальную командную стрелку курса и горизонтальную командную стрелку глиссады , а также два треугольных индекса, обозначающих положение ВС относительно расчетной траектории.
Сегодня небольшая статья для восстановления порядка в понятиях. Хотя основной принцип моих рассказов – максимальная простота, но, видимо, от парочки-другой аэродинамических определений нам все равно никуда не деться. Однако уж совсем в дебри мы конечно не полезем, я думаю… 🙂 Итак начнем.
Определение угла атаки
Говорить будем для удобства об уже известном нам , и вы уже знаете, что это справедливо для крыла в целом.
В одной из предыдущих статей мы говорили о подъемной силе, образующейся при обтекании несимметричного профиля, расположенного для простоты понимания параллельно потоку (т.е. упрощенный вариант). На самом деле любое крыло (т.е. само собой профиль) расположено под углом к нему. Таким образом существует такое очень важное понятие, как . Определим его поточнее.
Минимальное расстояние по прямой от носика профиля до его законцовки (между точками А и В) – это хорда профиля. А угол между хордой и направлением движения набегающего потока – это и есть угол атаки α . Поток при этом рассматриваем спокойным, то есть невозмущенным. На будущее замечу, что поток может быть ламинарным, когда он течет плавно, без перемешивания близлежащих слоев и турбулентным, когда возникают вихри и перемешивание слоев.
Аэродинамическая сила
И вот здесь можно раскрыть маленький секрет :-). На самом деле нет подъемной силы, как самостоятельной величины. Но я вас, конечно, не обманывал. Просто кроме подъемной (Y) есть еще одна сила аэродинамического характера. Это сила сопротивления воздуха (X). Сопротивление имеет немалую величину и особенно при наличии угла атаки ее нельзя не учитывать. Обе эти силы в сумме составляют величину, которая называется полная аэродинамическая сила (R). Вот она-то как раз и воздействует на профиль крыла. Приложена она в точке с названием центр давления. Почему давления? Потому что воздух «давит» на профиль посредством этой самой силы.
С введением понятия возникает еще одна вещь, которая очень важна и о ней нельзя не упомянуть. При движении профиля под углом к набегающему потоку этот поток как бы скашивается и приобретает некоторое движение вниз. Поскольку воздух имеет определенную массу, то по закону сохранения импульса на профиль будет действовать сила, направленная в обратном направлении (т.е. практически вверх), и от величины этой массы зависящая. Она тоже будет участвовать в формировании полной аэродинамической силы, а значит и подъемной силы профиля, хотя ясно, что сама она имеет несколько иную природу образования, нежели та, о которой мы говорили .
При обтекании профиля (как несимметричного, так и любого другого) эти два вида подъемной силы как бы дополняют друг друга, причем решающую роль (по величине) теперь играет сила, возникающая в результате наличия угла атаки . Подъемная сила, возникающая согласно закону Бернулли играет уже второстепенную роль, что и происходит на реальном самолете.
Благодаря этому явлению, летать может практически любая, даже плоская пластинка. Для этого одно требование: должен быть угол атаки. Как только пластина становится непараллельной набегающему потоку, сразу возникают вышеупомянутые аэродинамические силы и процесс пошел… Вот какое вобщем-то важное понятие, оказывается .
Заканчивая эту статью, скажу, как и раньше. Мы сегодня упомянули всего несколько терминов и определений из королевы авиационных наук аэродинамики. Всего лишь упомянули! На самом же деле эта наука настолько же сложна, насколько и интересна. Однако восхитительная красота авиации доступна любому человеку, даже несведущему в аэродинамике… 🙂
P.S. В заключение предлагаю посмотреть небольшой ролик, неплохо иллюстрирующий обтекание профиля в зависимости от угла атаки и силы, действующие на него. Красным показано повышенное давление, синим пониженное.
P.S.S. Две иллюстрации, использованные в этой статье взяты с ресурса http://www.rcdesign.ru/articles/avia/wings_profile. Спасибо их автору Константину Бочкову.
В прямолинейном горизонтальном полёте угол атаки самолета при увеличении скорости растёт, добавляя летательному аппарату подъёмную силу, которую создаёт крыло. Однако растёт и индуктивное сопротивление. Угол атаки самолета обозначается греческой буквой "альфа" и означает тот угол, который расположен между хордой крыла и направлением скорости потока воздуха.
Крыло и поток
Сколько существует на свете авиация, столько и грозит летательным аппаратам одна из самых частых и страшных опасностей - сваливание в штопор, потому что угол атаки самолета становится выше критической величины. Тогда плавность обтекания потоком воздуха крыла нарушается, а подъёмная сила резко уменьшается. Срыв обычно происходит на одном крыле, поскольку обтекание почти никогда не бывает симметричным. Именно на это крыло самолёт и сваливается, и хорошо, если сваливание не перейдёт в штопор.
Отчего происходят такие ситуации, когда угол атаки самолета возрастает до своего критического значения? Либо была потеряна скорость, либо маневрирование слишком сильно перегрузило летательный аппарат. Ещё такое может произойти, если высота слишком велика и приблизилась к "потолку" возможностей. Чаще всего последнее происходит при обходе сверху грозовой облачности. Скоростной напор на больших высотах невелик, судно становится всё более неустойчивым, и критический угол атаки самолета может увеличиваться самопроизвольно.
Авиация военная и гражданская
Описанная выше ситуация очень хорошо знакома лётчикам манёвренных самолётов, особенно истребителей, которые имеют теоретические знания и достаточный опыт, чтобы выходить из любой ситуации подобного плана. Но суть этого явления - чисто физическая, и потому оно свойственно всем летательным аппаратам, всех типов, всех размеров и любого предназначения. Пассажирские на предельно малых скоростях не летают, и энергичные манёвры для них тоже не предусмотрены. Гражданские лётчики чаще всего и не справляются с ситуацией, когда угол атаки крыла самолета становится критическим.
Считается необычной ситуацией, если пассажирское судно вдруг теряет скорость, более того, многие считают, что это, вообще, исключено. Но нет. И отечественная, и зарубежная практика показывает, что такое происходит даже не очень редко, когда сваливание заканчивается катастрофой и гибелью многих людей. Гражданских лётчиков не слишком хорошо готовят для преодоления такого положения летательного аппарата. А ведь переход в штопор можно предотвратить, если угол атаки самолета при взлете не становится критическим. На малой высоте сделать практически ничего невозможно.
Примеры
Так случилось в катастрофах, произошедших с самолётами ТУ-154 в разное время. Например, в Казахстане, когда судно снижалось в режиме срыва, лётчик не переставал тянуть штурвал на себя, пытаясь прекратить снижение. А судну надо было дать обратное! Опустить нос, чтобы набрать скорость. Но до самого падения на землю лётчик этого так и не понял. Примерно то же самое происходило и под Иркутском, и под Донецком. Также А-310 неподалёку от Кременчуга пытался набрать высоту, когда надо было набирать скорость и всё время наблюдать датчик угла атаки в самолете.
Подъёмная сила образуется в результате увеличения скорости потока, который обтекает крыло сверху по сравнению со скоростью потока под крылом. Чем большую скорость набрал поток, тем меньше давление в нём. Разность давления на крыле и под крылом - вот она, подъёмная сила. Угол атаки самолета - это показатель нормального полёта.
Что нужно делать
Если судно вдруг идёт в крен направо, лётчик отклоняет штурвал влево, против крена. При на консоли крыла отклоняется вниз и увеличивает угол атаки, тормозя струю воздуха и повышая давление. В это же время сверху на крыле поток ускоряется и понижает давление на крыло. А на правом крыле в тот же самый момент происходит обратное действие. Элерон - вверх, уменьшается угол атаки и подъёмная сила. И судно из крена выходит.
Но если угол атаки самолета (при посадке, например) близок к критическому, то есть слишком велик, элерон вниз отклонять нельзя, тогда плавность воздушной струи нарушается, начиная завихряться. И вот это уже срыв потока, резко убирающий скорость течения воздуха и так же резко повышающий давление на крыло. Подъёмная сила быстро сходит на нет, в то время как на другом крыле всё нормально. Разность подъёмной силы крен только увеличивает. А лётчик-то хотел как лучше... Но судно начинает снижаться, уходить во вращение, в штопор и падение.
Как поступить
Про угол атаки самолета "для чайников" рассказывают многие практикующие лётчики, даже Микоян об этом много писал. В принципе, тут всё просто: полной симметрии в воздушном потоке практически не бывает, а потому даже без крена может случиться срыв потока воздуха, и тоже только на одном крыле. Люди, весьма далёкие от пилотирования, но знающие законы физики, смогут сообразить, что это угол атаки самолета стал критическим.
Вывод
Теперь легко сделать простой и фундаментальный вывод: если угол атаки велик на малой скорости, нельзя, категорически нельзя противодействовать крену элеронами. Он убирается рулём поворота (педалями). В противном случае легко спровоцировать штопор. Если сваливание всё же произошло, выводить из этой ситуации судно умеют лишь военные лётчики, гражданских такому не учат, они летают по очень строгим ограничительным правилам.
А нужно учить! После авиакатастроф всегда тщательно анализируются записи разговоров из И ни разу в кабине разбившегося в штопоре самолёта не звучало "Штурвал от себя!", хотя это единственная возможность спасения. И "Нога против крена!" не звучало тоже. к таким ситуациям не готовы.
Почему так происходит
Пассажирские самолёты почти полностью автоматизированы, что, безусловно, облегчает действия лётчика. Особенно это касается сложных метеоусловий и полётов в ночное время. Однако именно здесь кроется огромная опасность. Если наземной системой воспользоваться невозможно, если откажет хоть один узел в автоматической системе, тогда нужно использовать ручное управление. Но лётчики привыкают к автоматике, постепенно теряя навыки пилотирования "по старинке", тем более в сложных условиях. Ведь даже тренажёры для них настроены на автоматический режим.
Так происходят авиакатастрофы. Например, в Цюрихе пассажирский самолёт не смог нормально приземлиться по приводам. Погода была минимальная, и лётчик не вырулил, столкнулся с деревьями. Все погибли. Часто бывает, что именно автоматика становится причиной сваливания в штопор. Автопилот всегда против самопроизвольного крена использует элероны, то есть делает то, что при угрозе сваливания делать никак нельзя. На больших углах атаки автопилот должен быть незамедлительно выключен.
Пример действий автопилота
Автопилот вредит не только при начале сваливания, но и при выводе самолёта из штопора. Примером тому может послужить случай в Ахтубинске, когда прекрасный военный лётчик-испытатель вынужден был катапультироваться, так и поняв, в чём же дело. Он атаковал цель при включённом автопилоте, когда сорвался в штопор. Дважды ему удавалось прекратить вращение самолёта, но автопилот упрямо манипулировал элеронами, и вращение возвращалось.
Подобные проблемы, которые постоянно возникают в связи с широчайшим распространением запрограммированного автоматического управления воздушными суднами, чрезвычайно беспокоят не только отечественных специалистов, но и зарубежную гражданскую авиацию. Проводятся международные семинары и слёты, посвящённые безопасности полётов, где непременно отмечается, что экипажи мало тренированы в управлении самолётом с высокой степенью автоматизации. Они выходят из плачевных ситуаций только в том случае, если пилот располагает личной изобретательностью и хорошей техникой ручного пилотирования.
Самые частые ошибки
Даже ту автоматику, которой оснащено судно, пилоты часто недостаточно понимают. В 40% это сыграло свою роль (из них 30% окончились катастрофой). В США начали составлять свидетельства дисгармонии у лётчиков с самолётом высокой автоматизации, и накопился их уже целый каталог. Очень часто лётчики даже не замечают отказ автомата тяги и автопилота вообще.
Плохо контролируют они и состояние скорости и энергии, потому это состояние не сохраняется. Некоторые лётчики не осознают, что отклонение рулей перестало быть правильным. Нужно контролировать траекторию полёта, а лётчик отвлекается на программирование автоматической системы. И ещё множество подобных ошибок происходит. Человеческий фактор - 62% всех тяжких авиапроисшествий.
Объяснение "на пальцах"
Что такое угол атаки самолета уже, наверное, знают все, и важность этого понятия осознают даже люди, к авиации не относящиеся. Впрочем, есть ли такие? Если и есть, то их на Земле очень мало. Летают-то самолётами почти все! И почти все полётов боятся. Кто-то внутренне переживает, а кто-то прямо на борту впадает в истерику при малейшей турбулентности.
Наверное, нужно было бы рассказывать пассажирам о самых основных понятиях, касающихся воздушного судна. Ведь критический угол атаки самолета это вовсе не то, что они сейчас переживают, и лучше, если они это поймут. Можно поручить стюардессам донести подобную информацию, приготовить соответствующие иллюстрации. Например, рассказать, что нет такой самостоятельной величины, как подъёмная сила. Просто не существует. Всё летит благодаря аэродинамической силе сопротивления воздуха! Такие экскурсы к основам наук могут не только отвлечь от страха полёта, но и заинтересовать.
Датчик угла атаки
В самолете обязательно есть прибор, способный определять угол крыла и горизонтальность потока воздуха. То есть такой прибор, от которого зависит благополучие полёта, стоит хотя бы на картинке пассажирам продемонстрировать. С помощью этого датчика можно судить, насколько нос самолёта смотрит вверх или вниз. Если угол атаки критический, двигателям мощности не хватает, чтобы продолжить полёт, а потому происходит сваливание на одно крыло.
Можно и совсем просто объяснить: благодаря этому датчику можно увидеть угол между самолётом и землёй. Линии должны быть параллельны в полёте на уже набранной высоте, когда до снижения ещё есть время. А если идущая вдоль земли линия стремится к линии, мысленно нарисованной вдоль самолёта, получается угол, который и называется углом атаки. Без него тоже обойтись не получится, потому что самолёт под углом взлетает и производит посадку. Но критическим ему быть нельзя. Примерно так и нужно рассказывать. И это далеко не всё, что нужно знать пассажирам о полётах.