Почему и как летает самолет
(Изд. 2-е) - Жабров Алексей Александрович - Страница 9

Вот самолет стоит на старте, готовый к полету, и двигатель работает на малом газе (рис. 25, б). Тяга винта пока еще недостаточна для преодоления силы трения колес о землю. Но летчик дал полный газ, тяга винта увеличилась до максимальной и самолет начал разбег. Избыточная тяга создает ускорение, и скорость растет. Чтобы скорость нарастала быстрее, летчик немного отклоняет руль высоты вниз, поэтому хвост самолета поднимается и угол атаки крыла уменьшается (рис. 25, б). С ростом скорости возрастает подъемная силы крыла, и вскоре самолет уже едва касается колесами земли. Наконец, подъемная сила становится равной весу самолета, затем немного больше ее, и машина отрывается от земли (рис. 25, б). Разбег закончен — самолет взлетел.

Некоторое время машина летит низко, набирая скорость. Затем летчик отклоняет ручку рулевого управления на себя и переводит самолет на режим подъема (рис. 25, а).

При подъеме на самолет действуют те же силы, что и при горизонтальном полете, но взаимодействие их несколько иное (рис. 26).

Рис. 26. Действие сил при установившемся подъеме: подъемная сила крыла равна только одной слагаемой силе веса В1, а сила тяги Т равна сумме сил лобового сопротивления Л и слагаемой веса В2.

Подъемная сила крыла всегда перпендикулярна к направлению полета. Поэтому во время подъема она направлена уже не вертикально и, следовательно, не может полностью уравновесить силу веса. Если разложить силу веса на две слагаемые силы, как показано на рис. 26, то становится видно, что подъемная сила крыла может уравновесить только одну из них — В1. Другую же слагаемую силы веса — В2 — вместе с лобовым сопротивлением должна уравновесить, очевидно, сила тяги винта.

Когда самолет набирает высоту, то подъемная сила крыла меньше веса самолета. Почему же в таком случае самолет набирает высоту? Дело в том, что тяга винта здесь не только преодолевает лобовое сопротивление, но и берет на себя часть веса самолета, как это показано на рисунке. Иными словами, при подъеме самолета сила тяги частично выполняет роль подъемной силы.

И если самолет мог бы подниматься вертикально вверх, то неподвижное крыло стало бы совершенно бесполезным — машину поднимала бы вверх исключительно тяга винта. Самолет превратился бы в вертолет.

При подъеме самолет набирает ежесекундно некоторую высоту, которая называется вертикальной скоростью подъема. Например, вертикальная скорость самолета ЯК-18 в начале подъема равна 4 метрам в секунду. Но затем она уменьшается.

Почему это происходит и к чему ведет?

По мере подъема на высоту плотность воздуха становится все меньше и меньше, поэтому в цилиндры двигателя попадает меньше кислорода, нужного для сгорания топлива, и в результате мощность силовой установки падает. Следовательно, уменьшается избыточная мощность, необходимая для подъема. И вот, наконец, на какой-то высоте никакой избыточной мощности уже нет, и самолет не может продолжать подъем. Высоту, на которой это происходит, называют «потолком» самолета.

Перед посадкой летчик выключает двигатель или убавляет его обороты до самых малых. Самолет начинает плавно снижаться по наклонной траектории. Такой спуск самолета называют планированием.

Чтобы легче понять поведение самолета при планировании, вообразите, что в горизонтальном полете неожиданно остановился двигатель, и тяга винта внезапно исчезла. Под действием лобового сопротивления скорость полета начинает падать, а вместе с ней быстро уменьшается и подъемная сила крыла. Но если летчик рулем высоты наклонит машину вниз, то в направлении полета тотчас же начнет действовать некоторая доля веса самолета, которая как бы заменит исчезнувшую тягу (подобно тому как при движении автомашины под уклон доля се веса заменяет тягу мотора). Самолет полетит наклонно к земле, оставаясь вполне управляемым и устойчивым.

Это наглядно иллюстрирует рис. 27, на котором показаны силы, действующие на самолет при установившемся планировании с очень малым углом атаки, равным примерно трем-четырем градусам (напомним, что угол атаки — это угол между хордой профиля крыла и направлением полета).

Рис. 27. Действие сил при установившемся планировании самолета: подъемная сила П равна слагаемой силы веса B1, другая слагаемая силы веса В2 равна силе лобового сопротивления Л.

Так как тяги винта нет, то сейчас действуют только две главные силы: полная аэродинамическая сила Р и сила веса В. Но первую удобнее будет опять заменить ее слагаемыми — подъемной силой П, которая перпендикулярна к направлению полета, и лобовой силой Л, направленной против полета. Силу веса тоже можно разложить на две слагаемые: по линии действия подъемной силы и в направлении полета. Теперь видно, что подъемная сила крыла может уравновесить лишь одну слагаемую веса — В1. Другая же слагаемая веса — В2, направленная вперед и играющая роль тяги, уравновешивает силу лобового сопротивления.

Если на планировании летчик передвинет ручку рулевого управления немного от себя, то самолет перейдет в более крутое планирование. Поэтому сила веса, играющая роль тяги, станет больше лобовой силы и сообщит самолету ускорение (ведь и автомашина, когда уклон становится круче, катится все быстрее).

Крутое планирование самолета называют пикированием.

При пикировании скорость самолета может стать очень большой. При отвесном пикировании она может превысить скорость горизонтального полета примерно в два раза. Пикирование применяется при фигурных полетах, в воздушном бою и при бомбометании.

Планируя над аэродромом, летчик делает глазомерный расчет на посадку. Чтобы осуществить этот расчет, он выполняет два-три разворота в одну и ту же сторону (по кругу). С высоты 100–150 метров планирует по прямой к намеченной точке посадки.

Когда до земли остается 6-10 метров, летчик понемногу начинает выравнивать самолет, уменьшает угол планирования (рис. 28).

Рис. 28. Посадка самолета и ее этапы.

При этом слагаемая сила веса, играющая роль тяги, уменьшается, и скорость полета падает.

На высоте около 1 метра над землей летчик заканчивает выравнивание, и траектория полета переходит из наклонной в горизонтальную.

Однако горизонтальный полет возможен, как известно, только в том случае, если подъемная сила равна весу самолета. Между тем из-за отсутствия тяги скорость продолжает падать, поэтому должна уменьшаться и подъемная сила. Поскольку летчик должен приземлить самолет с наименьшей скоростью, то он как можно дольше не дает машине коснуться земли — выдерживает ее над землей, стремясь «погасить» скорость. Для этого летчик постепенно увеличивает угол атаки, чтобы подъемная сила еще некоторое время оставалась равной весу самолета.

Но вот угол атаки доведен почти до критического, самолет принял положение, которое он имеет при стоянке на земле. Скорость уже близка к минимальной скорости горизонтального полета, подъемная сила начинает падать, становится меньше веса — и самолет мягко касается земли. По инерции он бежит по земле, но в результате торможения скоро останавливается. Полет окончен.

Посадка, как и взлет, обычно производится против ветра. Встречный ветер уменьшает скорость самолета относительно земли во время приземления и длину пробега. То и другое облегчает выполнение посадки.

Почему самолет может делать виражи[15] и фигуры?