Магия полета. Динамические процессы
Nbsp; Парашютный прыжок состоит из двух частей: свободное падение и полет с парашютом. Первая книга Брайяна Джермана «Вертикальное путешествие» посвящена первой части прыжка- свободному падению. В книге «Парашют и парашютист» речь идет о самой важном части прыжка, на которую приходятся последние несколько тысяч метров полета. Эта книга, написанная самым известным дизайнером парашютных куполов, является настольной книгой каждого парашютиста. Брайяна Джерман - не только конструктор куполов, но также и очень опытный парашютис i. Будучи дизайнером, испытателем, укладчиком парашютов и инструктором, он хорошо знает, что нужно знать каждому парашютисту и как можно доходчиво объяснить все особенности полета под куполом. Если Вы только собираетесь приобрести парашют или являетесь уже опытным пилотом, книга Брайяна поможет Вам узнать все тонкости правильного обращения с куполом парашюта, чтобы извлечь для себя максимальную пользу и получить удовольствие от прыжка. Содержание Вступление 4 Часть 1. «Магнит под столом» Динамика (основные динамические силы) Навигация и виды полета (прыжков) Полет в условиях турбулентности Приземление Скоростной спуск и приземление Основные конструктивные особенности куполов Часть 2. «Человеческий фактор» Психология и физиология полета Глобальный взгляд на вопрос выживания Страх: борьба или полет Психо-физиология страха Страх и познание Познавательная модель страха Соматическая модель стресса Мысленные тренировки и визуализация Обучения прыжкам Заключительные размышления (заключение) Вступление Мы - поколение людей, не боящихся рисковать. Часть 1. Глава 1. Основные динамические силы
|
|
|
Система
Прыжок - это комплексное понятие: результат взаимодействия двух или более переменных величин - действие законов физики и человека. Чтобы понять, как происходит такое взаимодействие, надо рассмотреть каждую величину по отдельности.
«Магнит под столом»
Если бы я разбросал металлические опилки по столу, вы бы, наверное, посмотрели на меня с удивлением. Но если бы я разместил под поверхностью стола магнит и стал бы двигать его, вы бы подумали, что я волшебник. Конечно, здесь нет никаких чудес. Это простое действие законов физики. Очевидная реальность - это движение металлических опилок по поверхности стола без всякой видимой причины. На самом же деле магнит действует на опилки так, как он и должен действовать без какого-либо вмешательства потусторонних сил. Приблизительно то же самое происходит и с полетом. Пока мы не разберемся с основными динамическими силами, мы будем считать, что происходит какое-то чудо. Чтобы научиться летать, вы должны понять, как действуют эти силы.
|
|
|
Необходимо научиться понимать ситуацию в целом. Возьмем, например, птиц. Они считаются не самыми умными в мире. Они не посещали даже детские сады, однако, у них есть комплексное понимание основных принципов полета, что позволяет им летать безопасно и более грациозно, чем это делает человек. Может быть, мы слишком много думаем? Однако, человек может летать. Мы можем научиться разбираться в ситуациях и взаимоотношениях. Именно наше рациональное понимание принципов полета делает его возможным. Мы никогда не доберемся туда, где еще не побывали наши мысли. Когда вы все обдумали и проанализировали, вы понимаете, что существует огромное количество деталей, которые управляют летящим телом. Мы должны изучить каждую составляющую часть прыжка, рассмотреть его под микроскопом, чтобы понять, как из отдельных частей образуется целое. Предлагаю начать с изучения языка полета.
Язык пространственной ориентации
Различные переменные величины, относящиеся к полету, требуют разъяснения (определения), что можно сделать с помощью языка. Такой язык является очень специфическим для авиации, когда обычные и знакомые всем слова обретают иной смысл в зависимости от конкретной ситуации.
|
|
|
Крен, тангаж и рыскание
Ориентирование или местоположение должно пониматься только по отношению к чему-либо. Это «что-либо» - ближайшее к нам небесное тело, т.е земля. Когда мы начнем прыгать с парашютом на другие небесные тела с меньшей гравитацией, чем, у земли, мы будем определять сове местоположение по отношению к ближайшим планетам. При системе, которую мы применяем для определения нашего местоположения, требуется построение трех осей ориентации. Давайте упростим себе задачу, приняв человеческое тело за летящее тело. Если вы разведете руки в стороны, ваши руки будут представлять собой «Ось тангажа». Отклонение от оси можно продемонстрировать, наклоняя тело вперед и назад. «Ось Крена» - это шест, проходящий через вашу грудь. Отклонением от этой оси будут наклоны в стороны. Третья ось - «Ось Рыскания» (ось поворота в горизонтальной плоскости
вокруг вертикальной оси). Ее молено представить как шест, проходящий через ваше тело от макушки до ног. Отклонением от этой оси будет поворот-пируэт вправо или влево. Давайте проверим правильность понимания вами этих терминов на конкретных примерах. Представьте, что вы - самолет, летящий на определенной высоте. Если вас попросят отклониться от оси тангажа вниз, вы заставите самолет опустить нос. Увеличение оси заставит вас поднять нос вверх по отношению к хвосту. Если надо сделать крен вправо, вы опустите правое крыло и поднимите левое. «Рыскание» вправо будет простым поворотом вправо в горизонтальной плоскости.
|
|
|
Движущие силы полета
Другая группа терминов связана с обозначением физических сил, действующих на летящее тело. Тяга (thrust) — это сила, которая двигает машину вперед. В случае с самолетом - это вращение пропеллеров или толчок/усилие реактивного двигателя. Сопротивление (drag) -аэродинамическое трение, возникающее на корпусе машины. Его можно описать как сопротивление полету, которое замедляет/затормаживает поступательное движение. Подъемная сила (Lift) - это сила, которая удерживает летящее тело в воздухе. В простом примере с воздушным шаром, наполненным горячим воздухом, именно горячий воздух внутри баллона поднимает шар вверх. Для планирующих летательных аппаратов именно подъемная сила представляет собой сочетание аэродинамических факторов, которые удерживают аппарат в воздухе. Вес (weight) - простое влияние силы тяжести на машину. Чем тяжелее летящее тело, тем сильнее должно быть действие подъемной силы, чтобы удержать тело в воздухе.
Дав краткое описание комплексной структуры движущих сил полета, попробуем теперь описать весь процесс с использование перечисленных выше терминов. Язык - это наша движущая сила, без которой мы не сможем ни в чем разобраться. Есть очень хорошая история про двух человек, сидящих в пещере, которые пытались угадать, что происходит снаружи. Один человек ничего не видел, поскольку находился в полной темноте. Другой видел только тени на стенах пещеры, двухмерные отражения происходящего снаружи. Понимание полета очень похоже на эту историю, когда у нас, порой, не хватает нужных слон, чтобы описать, что испытывает человек во время полета. Язык терминов - это средство, с помощью которого мы начинаем понимать происходящее с нами в полете и выводит нас из пещеры на свет, чтобы мы сами могли все увидеть.
Магия полета. Динамические процессы
Сила тяжести
Сначала была сила тяжести. Все небесные тела оказывают определенное влияние на другие тела. Мы притягиваемся к земле, ближайшей к нам планете, с той же силой, как и все окружающие нас предметы. В отсутствии атмосферы все падающие тела будут приближаться к земле с одинаковой скоростью. Это рассчитал Галилей. То же самое было доказано на Луне в программе Аполлон, когда астронавты одновременно уронили молоток и перо. По доказанным земным законам они приземлились на поверхность одновременно. В таких условиях заставить какой-либо объект летать можно только применяя силу, направленную в сторону, противоположную направлению действия силы тяжести. Астронавтам пришлось вернуться на землю в ракете, которая, будучи направлена в сторону Луны, оказывала сопротивление силе тяжести и, таким образом, летела по направлению к Земле. Мы пока не живем на Луне. К счастью для нас всю Землю окружает относительно толстый слой воздуха. Именно благодаря этому газовому слою возможны различные варианты полета. Атмосфера - лучший друг всех любителей летать.
Первые попытки полетов, предпринятые человеком, основывались на принципе сопротивления, что позволяло смельчакам приземляться с высот практически безболезненно. Концепция была очень проста - при достаточном количестве поверхностного пространства атмосфера сама окажет достаточное сопротивление, чтобы снизить скорость снижающегося
объекта. Мы наблюдали такой феномен в природе, так почему им не воспользоваться? Думаю, что это свойственно человеческой натуре: любопытство, может быть, и убило несколько кошек и оторвало носы нескольким Варварам в процессе обучения, по, к конечном счете, первый парашют позволил человеку приземлиться на землю.
Леонардо Да Винчи первым описал эту концепцию на бумаге, что и позволяет считан, его изобретателем парашюта. Но я полагаю, что сама идея зародилась еще задолго до Леонардо, скорее всего у ребенка с богатым воображением. Тем не менее, основная концепция привела к созданию круглых парашютов, которые доминировали на всем протяжении двадцатого века. Однако, будущее - за парашютами, разработанными в соответствии с более мощными принципами аэродинамики.
Планирование (glide)
Братья Райт додумались до одного любопытного факта. Оказалось, что некоторые формы 'тел
при поступательном движении вперед могут сопротивляться гравитации независимо от
обычного сопротивления, оказываемого их поверхностью. Обладая достаточной «анти
гравитационной» силой, такие формы могут подниматься над поверхностью и лететь в
воздухе. Эта сила является кульминацией нескольких физических явлений. 13 результате
взаимодействия этих явлений современные парашютисты могут двигаться через воздушные
массы быстрее, чем мы спускаемся. Траектория, по которой мы двигаемся в воздухе,
называется коэффициентом планирования. Коэффициент планирования
определяется/выражается в отношении прогрессии поступательного движения к спуску. Другими словами, при коэффициенте «три к одному» мы сможем планировать в соотношении три мили полета на каждую милю спуска.
Механизм работы всех сил, обеспечивающих полет, очень сложен. Многие ученые посвятили свою жизнь изучению тех факторов, которые делают полет возможным. Мы постараемся взглянуть на весь процесс путем изучения каждого компонента этой сложной системы по отдельности. Начнем с очень простой движущей силы, которая называется тяга.
Тяга (thrust)
В авиации тяга - это вектор силы, приложенный в направлении, противоположном направлению движения самолета. Эта силы движет самолет вперед, позволяя аэродинамической форме крыльев и корпуса самолета создавать подъемную силу (lift) в противовес гравитации. У парашютов нет никаких видимых приспособлений для создания движущей силы, которая двигала бы их по воздуху. У них нет для этого не пропеллеров не реактивных двигателей. Откуда, тогда, возникает тяга?
Стропы всех современных парашютов приделаны таким образом, что передние стропы короче задних (см.рис.1). Такой зафиксированный угол несущей поверхности называется «угол атаки». Именно он и позволяет парашюту двигаться вперед во время планирования. Под действием веса парашютиста стропы натягиваются, что создает восходящий воздушный поток. Этот воздушный поток, созданный снижением, создает движение воздуха над несущей поверхностью, которая (что) отклоняет воздушный поток к задней части. Таким образом возникает тяга, позволяющая парашюту двигаться вперед.
Рассмотрим другие составляющие такого феномена, как планирование. Иногда, чтобы понять, как можно выполнить какой-нибудь фокус, нужно разобрать его на все составляющие. Итак, приготовьте свои скальпели....
Относительный поток
Во время полета очень ветрено. Даже когда прогноз погоды обещает полный штиль, на летящие тела всегда действует поток воздуха. Эта сила не имеет ничего общего с движением атмосферы над поверхностью земли. Это так называемый «относительный поток», создаваемый исключительно движением летящего тела сквозь воздух. Начинающие парашютисты часто ошибочно принимают ветер, который они чувствуют под куполом, за настоящий ветер. Это не так. «Относительный поток» - это простое движение неба, которое можно сравнить с движением воды, в которой плывет рыба. Если вы залезете в корзину воздушного шара, у вас появится возможность наблюдать это явление. Если шар будет подниматься или снижаться, вы почувствуете движение воздуха вверх или вниз. То же самое происходит и в условиях ветреной погоды. Хотя шар летит над поверхностью земли со скоростью ветра, движение воздуха вокруг шара отражает движение самого шара в воздухе (подъем или спуск). Если шар не поднимается и не снижается, вы можете зажечь спичку не боясь, что ее задует ветром. Единственное движение, которое мы ощущаем в небе - это
|
|
| результат нашего же собственного движения, или влияние турбулентности, о которой мы поговорим позже. |
| Угол атаки. Угол атаки - угол между хордой крыла и направлением относительного потока (см.рис.2). |
Рассмотрим простой пример. Представьте, что вы едете в автомобиле и высунули руку в окно. Именно так вы можете почувствовать действие угла атаки. Если вы держите ладонь параллельно направлению потока воздуха, вы почувствуете минимальное сопротивление воздуха. Это происходит потому, что угол атаки равен нулю. Если же вы измените угол наклона ладони, вы почувствуете действие силы, которая будет как бы толкать вашу руку вверх. В этот момент вы испытываете действие подъемной силы, поскольку угол атаки положительный. Одновременно вы почувствуете возросшее сопротивление. Точно также можно проверить отрицательный угол атаки, который заставит вашу ладонь опускаться вниз. В процессе полета происходит следующее - чем больше задран нос самолета по отношению к направлению потока воздуха, тем больше возникающая подъемная сила и сопротивление. Соответственно, чем ниже опущен нос, тем меньше сопротивление и подъемная сила. Эти изменения угла атаки существенно влияют на направление движения самолета и скорость полета. Большой угол атаки приводит к значительному снижению скорости, но при этом увеличивается подъемная сила. Следовательно, самолет набирает высоту. При уменьшении угла атаки скорость увеличивается из-за уменьшения сопротивления при одновременной потере высоты.
Аэродинамический профиль
Самым первым авиаторам никогда не удавалось высоко отрываться от поверхности земли. Они много размышляли над этой ситуацией, чертили сложные чертежи и диафрагмы, но небо оставалось недосягаемым. Были придуманы машины, которые просто «взбивали» воздух различными приспособлениями. Такой подход к проблеме кажется смешным и, в некотором смысле, «смертельным». Чтобы научиться летать по настоящему, надо брать уроки у птиц.
Если рассматривать крыло птицы в поперечном срезе, вы обнаружите, что оно изогнуто. Верхняя поверхность крыла закруглена, тогда как нижняя часть почти плоская. Такая форма называется «аэродинамический профиль». Первые любители полетов, пораженные этим открытием, попытались применить эту форму в своих крыльях. Постепенно что-то стало получаться, поскольку многим птицам, например, хищным, нет необходимости махать крыльями, чтобы парить в воздухе.
Результаты, полученные после применения новой формы крыла, были очень обнадеживающими. По мере поступательного движения крыла в воздухе, крыло создавало подъемную силу. Самое интересное, что никто так и не знает до конца, почему это происходит, хотя существует ряд общепринятых объяснений этому явлению. Самый очевидный компонент подъемной силы - это угол атаки. Если крыло сориентировано по отношению к относительному потоку так, что оно отклоняет воздушный поток вниз, возникает подъемная сила. Эта сила действует даже в случае, когда крыло совершенно плоское.
Второй эффект аэродинамического профиля связан с разницей воздушного давления над и под поверхностью крыла. В ореховой скорлупе давление над крылом намного меньше давления под крылом. Природа не любит зоны воздушного давления, которое ниже атмосферного давления. Вот почему существуют неблагоприятные погодные условия, когда природа пытается сбалансировать зоны различного давления и привести его к среднему уровню. Природа предпочитает сбалансированность во всем. При попытке восстановить баланс возникает сила. Как и сила притяжения, движение объектов по направлению к зонам пониженного давления позволяет крыльям лететь.
Попробуем разобраться, почему над поверхностью крыла воздушное давление ниже. Чтобы это понять, познакомимся с еще одним принципом аэродинамики - принципом Бернулли. Много лет назад два очень умных брата выявили зависимость между давлением воздуха и скоростью. В общих чертах принцип гласит, что если скорость возрастает, то давление падает. Этот очень простой принцип лежит в основе всех парящих полетов. Из-за изогнутой формы верхней поверхности крыла поток воздуха движется над поверхностью и дальше вперед. Поскольку природа стремится к восстановлению баланса, скорость воздушного потока, проходящего над изогнутой частью поверхности, будет увеличиваться, с тем, чтобы «догнать» поток воздуха, проходящий под крылом. Такое ускорение вызывает уменьшение давления над аэродинамической поверхностью, и, следовательно, подъем.
Этот феномен един для всей вселенной. Если крыло двигается вперед с достаточной скоростью, будет возникать подъемная сила. Величина подъемной силы будет зависеть от веса и положения крыла по отношению к относительному ветру.
Итак, поступательное движение создает подъемную силу. Приняв это положение, мы можем приблизиться к базовым основам так называемого «статического» полета. Под словом «статический» я понимаю состояние скольжения/планирования по воздуху, а не падение вш-п со скоростью, равной силе притяжения. Направление движение будет зависеть от формы летящего объекта, скорости и угла траектории полета по отношению к относительному потоку.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 847; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!