ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ И ТЕОРИИ ПОЛЕТА

ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ И ТЕОРИИ ПОЛЕТА

Прежде чем мы начнем подробно разбирать особенности конструкции и управления полетом параплана, нам предстоит познакомиться со стихией, в которой «живет» параплан, – с воздухом. Процессы взаимодействия твердого тела с обтекающим его потоком жидкости или газа изучаются наукой АЭРОГИДРОДИНАМИКОЙ.

Полная аэродинамическая сила– это сила, с которой набегающий воздушный поток воздействует на твердое тело.

Сила воздействия воздушного потока на твердое тело зависит от многих параметров, главными из которых являются форма и ориентация тела в потоке, линейные размеры тела и интенсивность воздушного потока, определяющаяся его плотностью и скоростью.

Если выставить из окна быстродвижущегося автомобиля сжатую ладонь и расположить ее под небольшим углом к набегающему потоку воздуха, то вы почувствуете, как ваша ладонь, отбрасывая воздушную массу в одну сторону, сама будет стремиться в противоположную, как бы отталкиваясь от набегающего потока воздуха.

Именно на принципе отклонения полной аэродинамической силы от направления движения воздушного потока основывается возможность полетов почти всех типов ЛА тяжелее воздуха.

Поляра крыла.

ПОЛЯРА КРЫЛА- основной график, характеризующий летные свойства крыла. На поляре можно легко отметить три характерные точки и соответствующие им углы атаки: критический, экономический и наивыгоднейший.

Критический угол атаки (1) – это угол атаки, при превышении которого происходит срыв потока. Критический угол атаки интересен тем, что при выходе на него крыло летит с минимальной скоростью. Как вы помните, условием прямолинейного полета с постоянной скоростью является равновесие между полной аэродинамической силой и силой тяжести.

Экономический угол атаки(3)– это угол атаки, на котором аэродинамическое сопротивление крыла минимально. Если установить крыло на экономический угол атаки, то оно сможет двигаться с максимальной скоростью.

Наивыгоднейший угол атаки (2)– это угол атаки, на котором отношение коэффициентов подъемной силы и сопротивления максимально. В этом случае угол отклонения аэродинамической силы от направления движения воздушного потока максимален. При установке крыла на наивыгоднейший угол атаки оно полетит дальше всего.

Как уже неоднократно говорилось: ПОЛЕТ - ЭТО СКОРОСТЬ. Там, где кончается скорость, кончается и полет. Там, где кончается полет, начинается падение.

Воздушная скорость.

Это скорость заложенная техническими характеристиками летательного аппарата. Для параплана, это мин. скорость необходимая для осуществления полета, и мах скорость – на акселераторе.

Скорость относительно земли.

Это собственная параплана, плюс(минус) воздействие внешних сил, как то – попутный или встречный ветер. Эта скорость может значительно отличаться от собственной, заложенной конструкцией аппарата, скорости.

СОВЕРШАЯ ПОЛЕТ ПРОТИВ ВЕТРА, вы имеете очень низкую скорость относительно земли. Если лобовой ветер имеет скорость 25 км/ч, а вы летите с максимальной скоростью 35 км/ч, то относительно земли будет всего 10 км/ч. Приведите руки чуть ниже и вы уменьшите скорость до скорости пешеходного шага. Еще немного, и вы зависнете над одной точкой, как геликоптер или жаворонок, хотя ваша воздушная скорость достаточно безопасна и хороша — 25 км/ч, она просто сравнялась со скоростью встречного ветра.

ПОЛЕТ по ветру будет быстрее по отношению к земле, чем раньше. Ваша максимальная скорость 35 км/ч плюс подобный же ветер дадут скорость относительно земли близкую к 70 км/ч

Определение силы ветра

В параглайдинге недостаточно знать, что ветер силен или слаб. Он должен быть оценен и измерен более точно, предпочтительно с использованием инструмента — измерителя силы ветра. Если у вас нет такого инструмента, вы все же можете грубо оценить силу ветра по следующим приметам:

БЕЗВЕТРИЕ: Дым поднимается вертикально. Ветровые чулки и полоски бумаги (полоска туалетной бумаги годится для этого) висят вертикально вниз.

СЛАБЫЙ ВЕТЕР (10-15 км/ч): можно почувствовать лицом. Ветровые чулки и полоски бумаги шевелятся. Листья шуршат. На воде рябь.

СРЕДНИЙ ВЕТЕР (15-25 км/ч): Пыль и бумага разлетаются вокруг. Маленькие ветки шевелятся. Ветровые чулки и полоски бумаги стоят под углом. Волны на воде с появляющимися изредка белыми гребешками.

СИЛЬНЫЙ ВЕТЕР (25-35 км/ч): Небольшие ветки колеблются. Ветровой чулок в горизонтальном положении. Волны с белыми барашками.

СЛИШКОМ СИЛЬНЫЙ ВЕТЕР: Вы можете слышать ветер. Крупные ветви колеблются, гудят телефонные провода, волны большие с полосками брызг и барашками; НЕ ЛЕТАЙТЕ!

Ограничения по скорости полета

Уменьшение скорости полета происходит за счет увеличения угла атаки крыла. (воздействия строп управления, «клевант» на заднюю кромку)

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, попадание в «пузырь») может вызвать срыв потока. 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.

Воздействие «акселератора» на «А» ряды.

Применение акселератора позволяет разогнать современный спортивный параплан до скорости 50...55 км/ч. Это и является верхней границей скорости Дальнейшее увеличение скорости опасно. Мягкое крыло работает на очень маленьком угле атаки и может сложиться из-за атмосферной турбулентности .

Безопасная скорость полета

Новички часто пугаются: медленно летать опасно, быстро опасно, так куда же деваться? Не бойтесь. Во-первых, опасны лишь границы скоростного диапазона, а во-вторых, учебный параплан устойчив, его трудно довести до опасного режима. В случае же возникновения опасной ситуации, параплан способен самостоятельно возвращаться к нормальному полету.

Оптимальной считается скорость, обеспечивающая максимальный запас в сторону увеличения и уменьшения угла атаки. В этом случае, даже очень сильное возмущение не выведет угол атаки из допустимого диапазона. Обычно, такая скорость достигается при немного затянутых клевантах - примерно 10...20% от максимально допустимого хода. Как показывает опыт, этот режим наиболее комфортен, и им часто пользуются как новички, так и профессионалы.

Устойчивость параплана.

Всевозможные возмущения (порывы ветра, управление и т. д.) выводят параплан из состояния равновесия. Способность летательного аппарата самостоятельно возвращаться к заданному режиму полета называется устойчивостью. Различают устойчивость по курсу, крену и тангажу

Курс, крен и тангаж - углы, определяющие положение летательного аппарата относительно земли.

Устойчивость самолета обеспечивают киль, стабилизатор, строгая центровка и т. д. У параплана все проще - он устойчив за счет низкого положения центра тяжести (похож на большой маятник). Если крыло швырнуло шальным порывом ветра, то сила тяжести возвратит параплан в полетное положение.

Устойчивость по тангажу.

Обычно крыло параплана находится над головой пилота. В результате внешнего воздействия или управления крыло может оказаться сзади или впереди пилота. Происходит это из-за инерции пилота. Крыло значительно легче пилота. При изменении режима (например, торможение) легкое крыло тормозит, а тяжелый пилот летит дальше (по инерции). Крыло оказывается сзади пилота Вот тут-то и срабатывает эффект маятника. Сила тяжести возвращает пилота под крыло, он проскакивает положение равновесия и крыло оказывается впереди. Процесс повторяется и продолжается, пока колебания не затухнут. Скорость затухания колебаний определяется демпфирующей способностью параплана. Хороший параплан демпфируется за 1...2 колебания.

Устойчивость по крену и курсу.

Все процессы похожи на описанные выше. Особенность в том, что крен параплана вызывает изменение курса. Поэтому, при колебаниях по крену, параплан будет "рыскать" по курсу.

Почему нежелательны колебания?

Редкий пилот радуется, когда крыло начинает качаться над его головой. Параплан быстрее снижается, пилота трясет в подвеске, но это мелочи. Основная неприятность в том, что при колебаниях крыло параплана приближается к критическим углам атаки. Когда ваше крыло бросает назад, угол атаки увеличен (опасность срыва), а когда крыло ныряет вперед, угол атаки уменьшен (опасность фронтального или асимметричного складывания).

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

Демпфирование колебаний.

Три совета пилотам:

1. Не провоцируй! Не нужно вызывать колебания самому. Резкое "нервное" пилотирование приводит к тому, что параплан быстро меняет режимы полета и сильно раскачивается. Плавное "ласковое" пилотирование позволяет параплану постепенный переход к новому режиму и существенно уменьшает колебания.

2. Не усугубляй! Если колебания возникли, а вы еще не умеете их гасить, то лучше не помогайте параплану. Новичкам часто говорят: "Не мешай параплану лететь" При демпфировании колебаний очень легко сделать все наоборот и усилить раскачку параплана. Пусть ваше верное крыло самостоятельно вернется в нормальный режим полета, оно на это рассчитано.

3. Помогай! Вы можете помочь параплану умелыми действиями. Когда крыло обгоняет (ныряет), его нужно притормозить клевантами. Когда крыло забрасывает назад, его нужно разогнать (поднять клеванты). В момент, когда крыло замирает в крайних положениях (впереди или сзади), нужно плавно переводить клеванты в нейтральное положение.

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

Планирующий полет параплана можно сравнить со скатыванием санок с горы. И санки, и параплан все время движутся вниз. Источником энергии, необходимой для движения аппарата, является ранее набранный запас высоты. Как саночник, так и пилот параплана перед полетом должны подняться на гору или набрать высоту каким- либо иным образом. Как для санок, так и для любого безмоторного ЛА движущей силой является сила тяжести.

Профиль крыла

Хорда профиля - участок прямой, соединяющий наиболее удаленные точки профиля

Удлинение крыла - отношение квадрата размаха к площади крыла.