ПРАКТИЧЕСКАЯ АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА С ESSNA 172.

Рис. 10-3 Основные органы управления: руль высоты, элероны, руль направления и рычаги управления двигателем.

Управление пространственным положением самолета

Каждый из трех основных аэродинамических органов управления воздействует одинаково относительно самолета, независимо от его пространственного положения по тангажу или крену. Например, перемещение ручки управления самолетом "от себя" приводит к перемещению носа самолета в направлении от пилота, даже если (взяв крайний случай) самолет находится в перевернутом полете.

Прямой эффект руля высоты

Руль высоты контролирует движение тангажа и управляется перемещением ручки управления самолетом вперед или назад. Традиционный руль высоты представляет собой одну рулевую поверхность (или две половины, соединенные вместе болтами) шарнирно подвешенную к задней кромке стабилизатора. Некоторый самолет имеет цельноповоротный стабилизатор (или цельноповоротный стабилизатор), представляющий собой одну подвижную аэродинамическую поверхность, действующую в качестве как стабилизатора, так и руля высоты. Любой из этих типов оказывает одинаковый эффект на самолет при перемещении ручки управления самолетом. Они прямо изменяют угловое пространственное положение самолета по тангажу (даже если самолет выполняет вираж). Изменение угла тангажа самолета также изменяет угол атаки крыла и, как следствие, подъемную силу и аэродинамическое сопротивление. Это – весьма важное средство управления траекторией полета самолета, имеющееся в распоряжении пилота. Для поддержания желаемой траектории и воздушной скорости пилоту необходимо соответствующим образом отрегулировать мощность.

Руль высоты управляет углом тангажа.

Рис. 10-4 Неподвижный стабилизатор с подвижным рулем высоты и цельноповоротный стабилизатор.

Рис. 10-5 Руль высоты контролирует угол тангажа.

Чем больше отклонение руля высоты, тем больше увеличивается угловая скорость самолета по тангажу. На нормальных скоростях полета перемещение ручки управления самолетом может быть совсем небольшим и может чувствоваться больше как изменение давления, а не как фактическое перемещение. На высоких скоростях эффект руля высоты повышается, но при этом также увеличивается и сопротивление изменению пространственного положения из-за присущей самолету устойчивости. На более высоких режимах работы двигателя спутный поток от воздушного винта может также повысить эффективность руля высоты в условиях, когда устойчивость самолета еще небольшая.

Для установки носа самолета в нужное положение относительно горизонта (то есть для установки угла тангажа) используется перемещение ручки управления самолетом вперед и назад. Это совместно с установкой режима работы двигателя, определяет траекторию полета самолета.

Рис. 10-6 Цельноповоротный стабилизатор и антикомпенсатор.

Цельноповоротный стабилизатор и
антикомпенсатор

Из-за их объединенной функции цельноповоротные стабилизаторы имеют намного большую площадь, чем руль высоты и обеспечивают более мощную ответную реакцию на управляющее воздействие, то есть малые перемещения ручки управления самолетом могут породить значительные аэродинамические силы. Чтобы исключить возможность отклонения цельноповоротного стабилизатора пилотом на слишком большие углы, особенно на больших воздушных скоростях, цельноповоротный стабилизатор часто имеет антикомпенсатор (иногда называемый антисервокомпенсатором).

Рис. 10-7 Антикомпенсатор противодействует дальнейшему перемещению цельноповоротного стабилизатора и увеличивает загрузку ручки управления самолетом .

Антикомпенсатор перемещается в том же самое направлении, что и задняя кромка цельноповоротного стабилизатора и создает аэродинамическую силу, затрудняющую дальнейшее перемещение цельноповоротного стабилизатора, а также имитацию усилий на ручке управления самолетом. Правильная работа антикомпенсатора может быть проверено в течение предполетного осмотра, перемещая заднюю кромку цельноповоротного стабилизатора и отмечая, что триммер перемещается в то же самое направление как задняя кромка, но далее.

Косвенный эффект руля высоты

Зависимость между углом тангажа и воздушной скоростью

Основный эффект руля высоты - изменение угла тангажа. Например, при взятии ручки управления самолетом на себя нос самолета поднимается. После изменения угла тангажа инерция самолета (его сопротивление любому изменению состояния) в течение некоторого кратковременного периода заставит его следовать первоначальной траектории полета. Затем воздушный поток будет набегать на консоли крыла под бòльшим углом атаки, и как следствие, они будут создавать другую аэродинамическую силу. Подъемная сила увеличится и траектория полета изменится на набор высоты. Аэродинамическое сопротивление увеличится, что приведет к замедлению движения самолета. Таким образом, подъем носа самолета без регулирования режима работы двигателя приведет к увеличению высоты и уменьшению воздушной скорости. И наоборот, при перемещении ручки управления самолетом вперед нос опустится, воздушный поток будет набегать на консоли крыла под меньшим углом атаки, аэродинамическое сопротивление уменьшится и воздушная скорость увеличится. Таким образом, опускание носа самолета рулем высоты приведет к увеличению воздушной скорости и уменьшению высоты. При отклонении в результате перемещения ручки управления самолетом руль высоты имеет:

• первичный эффект изменения угла тангажа самолета, приводящий к изменению траектории полета; и

• косвенный эффект изменения воздушной скорости и высоты (вследствие изменения траектории полета).

Косвенным эффектом руля высоты является изменение воздушной скорости и высоты.

Рис. 10-8 Косвенный эффект руля высоты - изменение воздушной скорости и высоты.

После изменения рулем высоты пространственного положения самолета он постепенно стабилизируется на новой воздушной скорости. Это управление траекторией полета и воздушной скоростью при помощи руля высоты используется всякий раз при установке режима работы двигателя в большинстве полетных условий. Воздушная скорость используется в качестве ориентира для оценки пространственного положения самолета.

Прямой эффект элеронов

Элероны управляются боковым перемещением ручки управления самолетом (или вращением штурвала). При перемещении ручки управления самолетом влево, левый элерон отклоняется вверх, а правый элерон - вниз. Поднятый элерон уменьшает, а опущенный элерон увеличивает подъемную силу соответствующей консоли крыла. Различная подъемная сила, создаваемая консолями крыла, приводит к крену самолета: перемещение ручки управления самолетом влево создает левый крен, а перемещение вправо – правый крен.

Элероны управляют креном.

Рис. 10-9 Левый крен (ручка управления самолетом - влево, левый элерон - вверх).

Рыскание является
косвенным эффектом элеронов.

Угловая скорость крена пропорциональна величине отклонения элеронов. При установке ручки управления самолетом в центральное положение элероны возвращаются в нейтральное положение и крен прекращается. Самолет будет стремиться увеличить или уменьшить угол крена в результате бокового скольжения.

Косвенный эффект элеронов

Имеется две причины рыскания, связанного с вращением самолет:

• противоположное рыскание вызываемое отклонением элеронов, в результате разности аэродинамического сопротивления между консолями крыла (одной - с поднятым, а другой - с опущенным элероном); и

• рыскание в результате скольжения на крыло, вызванного креном.

Рис. 10-10 Крен вызывает боковое скольжение, сопровождаемое рысканием.

Рыскание в результате отклонения элеронов

Рыскание в результате отклонения элеронов обычно происходит в сторону, противоположную крену. На простых самолетах, опущенный элерон имеет большее аэродинамическое сопротивление и, например, когда пилот желает совершить крен влево, самолет будет иметь тенденцию к рысканию вправо; то есть это противоположно желанию пилота. Эта особенность более явно выражена на самолетах старых типов, некоторых планерах и многих сверхлегких самолетах. Это требует значительного отклонения руля направления для компенсации этого явления, и на этих самолетах руль направления приобретает более важное значение. Если эффект очень явно выражен, то он может вызвать боковое скольжение, которое может противодействовать управляющему воздействию элерона. Поэтому в этих случаях требуется одновременное и даже упреждающее использование руля направления для компенсации этого эффекта. Рыскание в противоположном направлении, вызываемое отклонением элеронов, наиболее явно выражено на больших углах атаки (то есть при низкой воздушной скорости) и например, при полете по кругу требуется более активное использование руля направления для обеспечения сбалансированности самолета.

Некоторые самолеты имеют элероны с дифференциальным отклонением, элероны Фриза, или связанные элерон и руль направления, служащие для уменьшения эффекта рыскания в противоположном направлении, вызываемого отклонением элеронов. Однако, наилучшим методом для пилота является соответствующее отклонение руля направления для того, чтобы балансировать самолет, противостоять рысканию и предотвратить боковое скольжение.

Рыскание в результате бокового скольжения

При введении самолета в крен подъемная сила, создаваемая консолями крыла, наклоняется. В результате боковая составляющая подъемной силы вызывает боковое скольжение самолета на нижнее крыло. При этом боковом скольжении воздушный поток, воздействующий на поверхностистабилизатора и фюзеляжа позади центра тяжести самолета, поворачивает нос самолета в направлении бокового скольжения. В результате нос самолета опускается, и начинается снижение по спирали (если оно не будет предотвращено пилотом путем выравнивания консолей крыла). Рыскание и крен в результате бокового скольжения могут быть более выражены в условиях встречного ветра и по этой причине требуется активное координированное применение руля направления и элеронов.

Рис. 10-11 Отклонение руля направления влево вызывает поворот носа влево относительно вертикальной оси.

Прямой эффект руля направления

При перемещении левой педали управления рулем направления вперед руль направления отклоняется влево. Самолет поворачивается относительно своей вертикальной оси и, таким образом, при отклонении руля направления влево, нос самолета поворачивается влево. Аналогичным образом, при перемещении правой педали управления рулем направления вперед нос самолета поворачивается вправо. Устойчивость самолета противостоит этому движению, поэтому самолет повернется только на несколько градусов и затем остановится.

Рыскание самолета может быть неудобным и с точки зрения аэродинамики неэффективно, поскольку порождает боковое скольжение, увеличивающее аэродинамическое сопротивление. Как правило, самолет поворачивается другим способом. Поворот осуществляться за счет ввода самолета в вираж, точно так же, как и мотоцикл. Фактически руль направления выполняет функцию руля мотоцикла: функцию балансирования. Они не используется для управления транспортным средством (хотя очень полезны на малой скорости для ориентирования носа самолета или мотоцикла в нужном направлении).

Хотя он может создать движение рыскания самолета, главная функция руля направления заключается в устранении любой несбалансированности в результате изменения скорости или режима работы двигателя. Эта сбалансированность индицируется пилоту шариком указателя скольжения, являющегося компонентом указателя поворота и скольжения, а также ощущениями, воспринимаемыми вестибулярным аппаратом пилота. Если самолет не сбалансирован, шарик смещается в сторону (пилот, реагируя так же, как и шарик, будет чувствовать давление в ту же сторону – как при повороте в автомобиле). С приобретением опыта Вы сможете чувствовать несбалансированность. Баланс восстанавливается путем отклонения руля направления в том же направлении; то есть если шарик отклоняется вправо, необходимо нажимать правую педаль управления рулем направления. Помните совет: "наступайте" на шарик.

Рис. 10-12 Для центрирования шарика указателя скольжения нажимайте на педаль управления рулем направления с той стороны, в которую отклонился шарик.

Косвенный эффект руля направления

Рыскание вызывает крен

Руль направления контролирует рыскание и боковое скольжение.

Рис. 10-13 Отклонение руля направления вызывает рыскание, а затем - крен.

Рыскание вызывает боковое скольжение

Несмотря на то, что нос самолета будет повернут в сторону, самолет из-за инерции некоторое время будет продолжать двигаться в первоначальном направлении. Внутренняя консоль крыла будет частично загорожена от воздушного потока фюзеляжем, и поэтому будет создавать меньшую подъемную силу. Боковое скольжение породит момент вращения в направлении отклонения руля направления.

Если самолет имеет поперечное "V" (консоли крыла установлены с наклоном вверх относительно фюзеляжа), то незаслоненное фюзеляжем крыло будет встречать воздушный поток под бòльшим углом атаки, ещё более увеличивая подъемную силу и создавая момент вращения в направлении отклонения руля направления. Таким образом, отклонение руля направления вызывает рыскание, затем - крен, после чего следует пауза и затем - дальнейший крен. Крен порождает дальнейшее боковое скольжение, которое вводит самолет в более крутой поворот. Это все происходит очень медленно, но если пилот не предпримет никаких корректирующих действий (предотвращая нежелательное рыскание путем отклонения руля направления в противоположную сторону или приведения консолей крыла к горизонту), начнется плавное снижение по спирали с постепенным увеличением крутизны.

Демонстрация эффекта органов управления

Нормальный полет требует координированного применения всех основных органов управления, например, если мы желаем увеличить скорость полета, необходимо компенсировать влияние изменения режима работы двигателя. Однако, для того, чтобы проиллюстрировать влияние органов управления в этом учебном полете, они будут демонстрироваться отдельно - подобно демонстрации управления, торможения и ускорения при обучении вождению автомобиля – сначала по одному, а потом - все вместе.

Рыскание вызывает крен – в этом проявляется косвенный эффект руля направления.

Эффективность всех органов управления полетом повышается на более высокой воздушной скорости.

Инструктор переведет самолет в установившийся полёт и продемонстрирует эффект каждого органа управления отдельно. Вследствие такого необычного применения органов управления некоторые из их косвенных эффектов будут замаскированы. Однако, после того, как Вы на собственном опыте увидите влияние на поведение самолета прямых и косвенных эффектов, Вы научитесь использовать органы управления вполне естественно и скоординированным образом.

Эффект воздушной скорости и спутной струи на основные органы управления полетом

Эффективность управления

Эффективность (реакция) основных органов управления полетом, и скорость, с которой самолет перемещается во всех трех плоскостях (тангажа, крена и рыскание), зависят от:

• угла отклонения органа управления; и

• мощности воздушного потока, обтекающего рулевую поверхность, которая может быть увеличена за счет:

- повышения воздушной скорости; и/или

- спутной струи от воздушного винта.

Воздушная скорость

На более высокой воздушной скорости более мощный воздушный поток обтекает руль высоты, элероны и руль направления. Все органы управления будут чувствоваться более жесткими, и будут требоваться незначительные перемещения для того, чтобы вызвать эффективную реакцию самолета. Однако, при этом повышается устойчивость самолета и аэродинамическое давление, поэтому сопротивление управляющим воздействиям возрастет. И наоборот, на малых воздушных скоростях мощность воздушного потока, обтекающего органы управления полетом, уменьшается, и их эффективность снижается. Руль высоты, элероны и руль направления будут ощущаться более податливыми и потребуется их отклонение на большие углы для получения желаемого эффекта.

Рис. 10-14 Эффективность всех органов управления повышается на высокой воздушной скорости.

Рис. 10-15 Спутная струя от воздушного винта повышает эффективность руля направления и руля высоты.

Спутная струя за воздушным винтом

Спутная струя от воздушного винта движется назад вдоль самолета в форме штопора, увеличивая мощность воздушного потока, обтекающего хвостовое оперение, тем самым повышая эффективность руля направления и руля высоты. Элероны, находящиеся вне зоны действия спутной струи, на малых воздушных скоростях остаются малоэффективными независимо от режима работы двигателя. Руль высоты на самолете с Т-образным хвостовым оперением также может оказаться вне спутной струи и поэтому она не влияет на его эффективность.

Эффект изменения мощности двигателя

Прямой эффект мощности

Следующим основным органом управления траекторией полета и скоростью является рычаг управления двигателем. Он считается одним из основных органов управление, потому что без него не может поддерживаться нужная траектория полета. Поэтому любое длительное изменение траектории полета должно включать в себя и установку пространственного положения самолета и установку мощности. Однако, самолет не похож на автомобиль. При нажатии на педаль акселератора автомобиля Вы увеличиваете скорость. Если Вы увеличиваете мощность на самолете, происходит не только ускорение.

Косвенный эффект мощности

На одномоторных самолетах, воздушный поток от воздушного винта не симметричен, поэтому любое изменение этого воздушного потока, вызванное изменением скорости или оборотов воздушного винта производит к нарушению равновесия (возникновению путевого момента или тенденции к его возникновению). Происходит также изменение сбалансированности самолета в результате воздействия силы тяги, аэродинамического сопротивления, силы тяжести и подъемной силы (возникновение момента тангажа). Конкретный эффект зависит от направления вращения воздушного винта, но для большинства самолетов, увеличение мощности вызывает перемещение носа самолета вверх и влево (момент кабрирования и направленный влево путевой момент), и наоборот, уменьшение силы тяги вызывает перемещение носа самолета вниз и вправо. Таким образом непосредственный эффект перемещения рычага управления двигателем не заключается изменении скорости (если только пилот не внесет необходимые коррективы). При отсутствии соответствующей компенсации увеличение мощности приводит к кабрированию и набору высоты, а уменьшение - к пикированию и снижению.

Если Вы хотите увеличить скорость, продолжая лететь в том же направлении, Вы должны скомпенсировать эти несбалансированные силы, чтобы сохранить траекторию полета, путем изменения балансировки и затем перебалансировать самолет. Если Вы желаете набрать высоту, а не увеличить скорость, то Вы должны содействовать изменению углового пространственного положения самолета, связанного с изменением мощности, соответствующим образом подкорректировав его. Некоторые самолеты кроме триммера руля высоты оборудованы триммером руля направления, который используется для снятия установившегося давления на педали управления рулем направления, например при наборе высоты.

Автоматический винт изменяемого шага с постоянным числом оборотов

Использование рычага управления двигателем/рычага управления воздушным винтом на самолете с автоматическим винтом изменяемого шага с постоянным числом оборотов имеет свои особенности. Во время этого учебного полета воздушный винт будет установлен в положение максимальных постоянных оборотов и рычаг управления двигателем будет использоваться точно так же, как и на самолете ус воздушным винтом постоянного шага. Инструктор продемонстрирует использование рычага управления двигателем, показания приборов и установки органов управления для набора высоты и крейсерского полета.

Рис. 10-16 Спутный поток стремится развернуть нос самолета в плоскости рыскания

Рис. 10-17 Эффекты изменения режима работы двигателя (для воздушного винта правостороннего вращения – вид из кабины).

Дополнительные органы управления

В некоторой литературе рычаги управления двигателем и воздушным винтом называются дополнительными органами управления; однако, хотя они не являются органами управления рулевыми поверхностями, они настолько важны для управления траекторией полета самолета, что они рассматриваются нами как основные органы управления. Вместе с тем, руль направления может быть назван вспомогательным органом управления, поскольку он используется главным образом в качестве средства балансировки, а не органа управления; однако, он рассматривается как основной орган управления, так как он имеет большое значение для управления самолетом на малой воздушной скорости, при боковом ветре и при рулении.

Триммирование

Все самолеты оснащены триммером руля высоты, который помогает разгрузить ручку управления самолетом, избавляя пилота от необходимости постоянно прикладывать к ручке управления усилия от себя и на себя. Некоторые самолеты оборудованы триммером руля направления, служащим для разгрузки педалей управления рулем направления, а некоторые кроме того – ещё и триммерами элеронов. Триммирование служит для снятия нагрузки с органов управления в установившихся условиях полета, например, в прямолинейном горизонтальном полете, при наборе высоты и при снижении. Положение триммеров не следует менять при выполнении кратковременных маневров или при поворотах.

Рис. 10-18 Триммеры руля высоты и колесо управления триммером.

Руль высоты используется для сохранения или изменения желаемого угла тангажа. Если новое пространственное положение самолета требует приложения постоянного усилия к ручке управления самолетом, то пилотирование становится достаточно утомительным, затрудняя полет точно по заданной траектории. Триммирование используется для снятия этого установившегося давления на ручку управления самолетом. Триммирование никогда не используется для изменения пространственного положения самолета; оно используется только для снятия установившегося управляющего давления после изменения пространственного положения самолета.

Триммирование руля высоты

Триммирование руля высоты на большинстве самолетов обеспечивается с помощью небольшого триммера, расположенного на задней кромке руля высоты . Триммер управляется колесом управления триммером в кабине. На некоторых самолетах перемещение колеса управления триммером передается на триммер через усилие пружины, что обеспечивает тот же эффект.

Рис. 10-19 Использование триммера руля высоты для снятия постоянного давления на ручку управления самолетом.

Перебалансировка

Необходимость в перебалансировке возникает в следующих случаях:

• после выбора нового угла тангажа (угла атаки);

• после стабилизации новой воздушной скорости;

• после изменения мощности и траектории полета;

• после изменения конфигурации (например, после изменения положения закрылков или шасси); и

• после изменения положения центра тяжести (например, в процессе выработки топлива, перемещения пассажиров или багажа или сброса парашютистов).

Триммирование достигается путем перемещения колеса управления триммером в направлении усилий, которые Вы желаете снять. Если Вы сдерживаете давление ручки управления самолетом назад, то вращайте колесо управления триммером назад, постепенно снимая давление до тех пор, пока угол тангажа перестанет изменяться со свободной ручкой управления самолетом.

И наоборот, если для поддержания нужного угла тангажа необходимо приложение к ручке управления самолетом усилия от себя, вращайте колесо управления триммером вперед до устранения установившегося давления на ручку управления самолетом.

В процессе триммирования Вы должны поддерживать угол тангажа неизменным правой рукой. Если самолет оборудован триммером руля направления, он используется аналогичным образом для устранения давления руля направления после того, как шарик указателя скольжения установится в центральном положении. Если самолет также оснащен триммерами элеронов, сначала стабилизируйте пространственное положение самолета, сбалансируйте самолет сверяясь с положением шарика указателя скольжения, сбалансируйте самолет по тангажу, проделайте то же самое для руля направления, сохраняя горизонтальность консолей крыла, и наконец, сбалансируйте усилия от элеронов.

В процессе триммирования поддерживайте угол тангажа постоянным.

Рис. 10-20 Последовательность действий при триммировании.

Теоретический материал

Под прямолинейным полётом следует понимать полёт в постоянном направлении (с постоянным курсом), а это достигается удерживанием положения консолей крыла на одном уровне с помощью элеронов и удерживанием самолёта на курсе с помощью руля направления. Визуально направление полёта может определяться по видимому вдали ориентиру или же по компасному курсу. Шарик указателя скольжения служит для индикации правильной балансировки.

 Горизонтальный полёт означает выдерживание постоянной высоты, что достигается за счет установки необходимого режима работы двигателя и удержания носовой части самолёта под правильным углом. Значение высоты индицируется на высотомере в кабине. Самолёт должен быть сбалансирован так, чтобы для его удержания в горизонтальном полёте не требовалось прикладывать усилий, хотя лётчик никогда не бросает управление. Строго прямолинейный горизонтальный полёт в сбалансированном состоянии является признаком хорошей работы лётчика.

Рис. 12-2 Прямолинейный горизонтальный полёт в сбалансированном состоянии.

Рис. 12-3 Основные силы и моменты, действующие в установившемся прямолинейном горизонтальном полёте.

Рис. 12-4 Горизонтальный стабилизатор с рулем высоты обеспечивают конечный момент балансировки.

Положение центра тяжести и управление по тангажу

Передняя центровка (переднее положение центра тяжести) придает самолёту лучшую устойчивость вследствие большего восстанавливающего момента от хвоста за счет наличия большего плеча. Если же самолёт загружен таким образом, что центровка получается предельной передней:

· Излишняя устойчивость потребует больших управляющих усилий на руле высоты, что может стать утомительным для лётчика при выполнении маневров;

· Во время посадки руль высоты будет менее эффективным вследствие малой скорости и, при уменьшении мощности, момент на пикирование сделает невозможным выравнивание. Если же самолёт загружен так, что центровка получилась предельной задней:

· Самолёт будет менее устойчив на всех скоростях, и потребуется постоянно следить за тем, чтобы поддерживалось необходимое положение по тангажу;

· Момент, возникающий при затяжеленной хвостовой части, требует отклонения руля высоты вниз для поддержания сбалансированного состояния и вследствие этого остается малый запас величины отклонения руля высоты для выхода из режима срыва, может быть, делая невозможным выход из установившегося штопора.

Соображения устойчивости и управляемости заставляют выдерживать положение центра тяжести в установленных пределах (указанных в Руководстве по летной эксплуатации), и летчик обязан никогда не выходить из них.

Путевая и поперечная устойчивость

Если прямолинейная траектория полета самолёта нарушена (нарушение путевого движения вследствие турбулентности), то в этом случае киль обтекается воздушным потоком под большим углом атаки, что вызывает появление боковой восстанавливающей аэродинамической силы.

Рис. 12-8 Путевая устойчивость после нарушения

Нарушение по крену заставит одну консоль крыла опуститься, а другую подняться. Вектор подъёмной силы приобретёт наклон, вызывая скольжение в сторону опустившейся консоли крыла. Если самолёт имеет поверхности создающие стабилизирующий момент, такие как киль и боковая поверхность фюзеляжа, воздушный поток, встречаясь с ними при скольжении, будет стремиться восстановить положение с нулевым креном.

Если крыло установлено на верхней части фюзеляжа или оно имеет положительное поперечное V (конструктивная особенность, при которой каждая консоль крыла наклонена законцовками вверх), опустившаяся консоль крыла встречает воздушный поток под большим углом атаки при боковом скольжении, вызывая этим самым увеличение подъёмной силы, стремящейся вернуть самолёт в состояние с нулевым креном.

Рис. 12-9 Самолёт с высокорасположенным крылом ведет себя подобно маятнику. Поверхности, создающие стабилизирующий момент, такие как киль (cлева), и положительное поперечное V (справа), обеспечивают поперечную устойчивость.

По сравнению с устойчивостью в плоскости тангажа (продольная устойчивость), устойчивость самолёта по крену (поперечная устойчивость) – небольшая. Устойчивость в плоскости рыскания (путевая устойчивость) может быть значительной. Взаимозависимость между креном и рысканием в общем такова, что нарушение по крену или рысканию приведет в итоге к входу в снижение по спирали, вследствие того, что момент рыскания, вызывающий скольжение, превысит момент крена, стремящийся выровнять самолет в поперечном отношении. Действия лётчика направлены на то, чтобы устранить скольжение, удерживая шарик указателя скольжения в центральном положении и затем убирая крен. В нормальном полете это – непрерывный процесс.

Тем не менее, в общем случае, естественная устойчивость, заложенная в конструкцию самолёта, поможет Вам в сохранении прямолинейного горизонтального полёта: при условии, что крен удерживается почти равным нулю, самолёт сбалансирован и усилий на органах управления нет. Вы можете позволить самолёту лететь самому, и при этом требуются лишь незначительные восстанавливающие его положение поправки, вводимые с помощью органов управления.

Рис. 12-10 Крыло создает подъёмную силу и
(соответственно) аэродинамическое сопротивление.

Подъёмная сила

Форма крыльев такова, что воздушный поток, обтекающий их верхнюю поверхность с большой скоростью, понижает статическое давление, и в то же самое время меньшая скорость обтекания нижней поверхности крыла увеличивает статическое давление. Разница в статическом давлении у нижней и верхней поверхностей крыла дает силу, действующую в основном вверх, (перпендикулярно потоку), немного направленную назад (относительно параллели воздушного потока). Перпендикулярный элемент, или составляющая, этой полной силы известна под названием подъёмной силы, а составляющая, которая параллельна траектории полета, называется индуктивным сопротивлением (поскольку она индуцируется процессом создания подъёмной силы).

Способность создавать подъёмную силу у отдельно взятого крыла, называемая коэффициентом подъёмной силы, CL, (CПС), зависит как от формы крыла, так и от его угла атаки (угол, под котором крыло встречает воздушный поток, измеряемый между линией хорды крыла и траекторией полета самолёта, что является тем же самым, что и относительный воздушный поток).

Чтобы лететь прямо и горизонтально и получить потребную подъёмную силу равную весу:

· На низкой скорости необходим большой угол атаки;

· На высокой скорости необходим малый угол атаки.

Рис. 12-11 Подъёмная сила определяется сочетанием угла атаки и скорости.

Угол атаки, который определяется относительно направления воздушного потока, не следует путать с углом тангажа, который определяется относительно горизонта, хотя в горизонтальном полёте, они являются одним и тем же.

Угол атаки

Взятие ручки управления на себя имеет своим результатом подъем носовой части самолёта. Вследствие кинетического момента самолёта (т.е. его стремления в данный момент удержаться на существующей траектории полёта), он будет продолжать движение в том же самом направлении на той же самой скорости в течение короткого времени, однако на увеличившемся угле атаки. Крыло создаст увеличенную подъёмную силу, и траектория полёта изменится в сторону увеличения высоты, если самолёт до этого был в состоянии прямолинейного горизонтального полёта.

И наоборот, движение ручки управления от себя опустит носовую часть и вызовет уменьшение угла атаки. Поскольку для изменения скорости требуется время, крыло будет создавать меньшую подъёмную силу, и самолёт будет снижаться.

Рис. 12-12 Руль высоты управляет углом атаки.

Указатель угла атаки в приборное оборудование не входит (за исключением реактивных самолётов), но существуют критерии оценки угла атаки. Установка режима работы двигателя и угла тангажа дает такую траекторию полёта и скорость, по которым можно судить об угле атаки (малый, средний, большой).

Режим полета определяются мощностью и угловым пространственным положением.

Режим полёта

Режим работы двигателя плюс угловое пространственное положение самолёта определяют его режим полёта в отношении:

· Траектории полёта (восходящая, горизонтальная, нисходящая, разворота);

· Скорости (воздушной скорости, вертикальной скорости набора высоты, вертикальной скорости снижения или угловой скорости разворота, которые, разумеется, имеют постоянные значения или равны нулю в прямолинейном горизонтальном полёте).

В прямолинейном горизонтальном полёте на постоянном режиме работы двигателя, самолёт будет иметь определенный угол тангажа для обеспечения прямолинейного горизонтального полёта. Если носовая часть приподнята слишком высоко, самолёт будет набирать высоту; если же она опущена слишком низко, самолёт будет снижаться. Как Вы узнаете, что Вы установили правильный угол тангажа? По факту сохранения высоты! Вы можете определить это по высотомеру, а указатель вертикальной скорости будет служить резервным прибором, показывающим любое отклонение от заданной высоты.

Применение на практике

Прямолинейный полёт

Чтобы лететь прямо, необходимо выдерживать нулевой крен и удерживать самолёт в сбалансированном состоянии в путевом отношении, используя руль направления. Внешним визуальным ориентиром при выдерживании лётчиком нулевого крена является видимый горизонт, имеющий ровное положение в козырьке фонаря, или положение параллельное относительно какой-то детали самолёта как, например, противобликовый козырек приборной доски (мягкая окантовка).

Выдерживайте нулевой крен.

Рис. 12-13 Выходите из крена с помощью элеронов.

Рис. 12-14 Шарик указателя скольжения, его индикация и реакция.

В прямолинейном полёте ориентир, находящийся впереди на горизонте, будет оставаться в том же самом положении относительно носовой части самолёта. Прямолинейный полёт индицируется в кабине постоянным курсом на указателе курса. Если самолёт выходит из прямолинейного полёта, прежде всего, устраните отклонение выходом из крена и установкой шарика указателя скольжения в центральное положение. Позднее Вы научитесь выполнять плавный возврат на заданный курс.

Горизонтальный полёт

Для удержания самолёта на постоянной высоте, следует, прежде всего, вывести носовую часть самолёта в угловое пространственное положение, соответствующее режиму работы двигателя. Внешним ориентиром является видимый горизонт, который должен наблюдаться через козырек фонаря в определенном положении относительно носового капота или верхней части доски приборов. Это положение неодинаково для разных самолётов, оно также зависит от положения, которое Вы занимаете, сидя в кабине, воздушной скорости, полетной конфигурации (положения закрылков и шасси) и полного веса самолёта. Таким образом, заранее назначать его нельзя, но Вы научитесь узнавать его в конкретной ситуации.

Рис. 12-15 Крейсерский полет.

Итак, универсального углового пространственного положение самолёта для прямолинейного горизонтального полета не существует. Оно устанавливается приблизительно, а подтверждением правильного положения носовой части являются соответствующие показания высотомера и информация о тенденции их изменения, выдаваемая указателем вертикальной скорости. (Он реагирует быстрее и уже показывает то, что высотомер только готовиться показать). Лётчик использует эту информацию, чтобы знать насколько и когда следует изменить угловое пространственное положение самолёта и следует ли его изменять вообще.

Установите носовую часть в правильное положение для этой скорости.

Рис. 12-16 На крейсерском режиме работы двигателя, выдерживайте высоту, регулируя угловое пространственное положение самолёта.

Убедитесь в том, что Вы выдерживаете постоянную высоту, считав показания высотомера и указателя вертикальной скорости.

Соотношение положений горизонта и носового капота будет различным на разных уровнях глаз лётчика над полом кабины. Вы должны занимать положение “сидя” удобное и выгодное для любого полета. Это позволит Вам легче зафиксировать в памяти правильное угловое пространственное положение самолёта для обычного крейсерского полета. Затем с крейсерским режимом работы двигателя установленным на крейсерской скорости, Вы можете перевести самолёт в это угловое пространственное положение и быть обоснованно уверенным в том, что он будет находиться в состоянии горизонтального полёта. Это состояние может быть подтверждено (или более точно отрегулировано) с помощью высотомера или указателя вертикальной скорости.

· Если угол тангажа слишком велик и самолёт набирает высоту, слегка опустите носовую часть, и вновь займите требуемую высоту.

· Если угол тангажа слишком мал и самолёт снижается, поднимите носовую часть, чтобы вернуться на нужную высоту.

Точность

Абсолютное и неограниченное выдерживание курса и высоты почти невозможно. Неизбежно будут иметь место некоторые отклонения, но их можно исправлять с тем, чтобы самолёт летел, максимально следуя заданному курсу и высоте. Удобней пилотировать самолёт, непрерывно делая небольшие поправки, нежели редко делая большие.

Балансировка

Не летайте с перекрестно отклоненными органами управления. Лететь прямо и горизонтально с креном и нарушенной балансировкой можно. Например, если левая консоль крыла опущена, можно отклонить руль направления вправо, чтобы прекратить разворот самолета влево, что неудобно и неэффективно. Возникшее при этом состояние называется боковым скольжением, или полётом с перекрестно отклоненными рулями (поскольку элероны и руль направления противодействуют один другому). Оно ухудшает лётные качества вследствие увеличения сопротивления и имеет своим результатом снижение скорости полёта и увеличение расхода горючего. Перекрестное отклонение рулей исправляется выходом из крена при помощи элерона и перемещением шарика указателя скольжения в центральное положение при воздействии на руль направления.

Рис. 12-17 Перекрестное отклонение рулей – неэффективно (увеличение сопротивления).

Триммирование

Чтобы облегчить выполнение точного горизонтального полета, удерживайте самолёт в сбалансированном состоянии, для чего следует выдерживать заданное угловое пространственное положение и затем снять любое установившееся усилие на органах управления. Любые изменения режима работы двигателя или углового пространственного положения вызовут изменение балансировки. Установите режим работы двигателя, сохраняйте заданное угловое пространственное положение, уравновесьте шарик и снимите все остающиеся усилия на органах управления. Прибавляйте обороты двигателя с целью увеличения воздушной скорости или убавляйте обороты, чтобы уменьшить скорость, выдерживая высоту посредством регулирования углового положения. Будьте готовы к тому, что будут возникать моменты тангажа и рыскания при изменении числа оборотов двигателя (кабрирование и рыскание влево при увеличении числа оборотов, пикирование и рыскание вправо при уменьшении числа оборотов); эти моменты должны парироваться отклонением рулей.

Для разгона летчик увеличивает обороты двигателя, компенсирует изменения начальной балансировки и затем, по мере нарастания скорости, кратковременными движениями опускает носовую часть, с целью сохранения высоты. Увеличивающаяся скорость вызывает дальнейшее изменение балансировки в сторону кабрирования и, таким образом, возникает тенденция к набору высоты. Чтобы удерживать самолёт в состоянии горизонтального полета, требуется дальнейшее увеличение давящего усилия на ручке управления и балансировка.

Если требуется перейти на какую-то определённую скорость, то после перехода на неё следует установить число оборотов двигателя необходимое для её поддержания. После устойчивого удержания высоты точно сбалансируйте самолёт. Чтобы снизить скорость полёта, следует вначале убавить обороты двигателя и затем парировать начальную балансировку самолёта. Затем, по мере снижения скорости, у самолёта будет проявляться тенденция к опусканию носовой части и потере высоты. В этом проявляется естественная тенденция к сохранению скорости полета. На самой низкой скорости может потребоваться значительное тянущее усилие на ручке управления и четкое поднятое положение носовой части. Далее, при приближении к минимальной скорости горизонтального полёта самолета, следует значительно увеличить число оборотов двигателя, чтобы избежать дальнейшей потери скорости и высоты. На очень низких скоростях, когда требуется значительное увеличение оборотов, следует быть очень внимательным при поддержании скорости изменением числа оборотов двигателя. Если скорость начинает падать или самолёт переходит в снижение, может потребоваться частое, и иногда значительное, изменение числа оборотов.

Техника пилотирования

Выход на прямолинейный горизонтальный крейсерский полёт

Вы узнаете, какое угловое пространственное положение, и режим работы двигателя требуются для Вашего самолёта при нормальном полетном весе и центровке, и при Вашем росте, сидя (от плоскости сиденья) в кабине. Прямолинейный горизонтальный крейсерский полёт достигается установкой режима работы двигателя и приблизительного углового пространственного положения (чем точнее – тем лучше), позволяя при этом самолёту стабилизировать свое положение. Затем отрегулируйте число оборотов, угловое пространственное положение и балансировку.

Восстановление прямолинейного горизонтального полёта после его нарушения

Если самолёт накренился, устраните крен элеронами. Если носовая часть поднялась слишком высоко или опустилась слишком низко, верните ее рулем высоты приблизительно ( на глаз) в требуемое положение, удерживайте ее в нем и затем скорректируйте это положение по высотомеру. Если скорость излишне высокая или низкая, или же если требуются значительные изменения высоты, может потребоваться некоторое изменение числа оборотов двигателя.

Рис. 12-18 При высоком положении носовой части и разворачивании влево, опустите носовую часть и уберите крен. При низком положении носовой части и разворачивании влево, уберите крен и поднимите носовую часть.

Прямолинейный горизонтальный полёт может выдерживаться в диапазоне скоростей, от большой крейсерской скорости, или максимальной скорости горизонтального полета, до малой скорости полёта, чуть выше скорости сваливания. Принцип – тот же самый, что и ранее. Лётчик устанавливает требуемое число оборотов двигателя, подгоняет угловое пространственное положение под новую скорость, после того как она установится, и затем вновь производит балансировку. Во время разгона или торможения летчик контролирует тенденцию изменения высоты и подправляет угловое пространственное положение малыми изменениями его с целью поддержания горизонтального полёта. Очень трудно точно выдерживать высоту, изменяя число оборотов двигателя и скорость полёта и, затем, также изменяя положение закрылков.

При наличии винта фиксированного шага, число оборотов будет увеличиваться при увеличении скорости полета и будет снижаться при ее уменьшении и, таким образом, число оборотов должно устанавливаться, когда скорость полета становится стабильной.

Разгон и торможение в прямолинейном горизонтальном полёте

В полете на крейсерском режиме, тяга уравновешивает сопротивление, при этом тяговое усилие создается за счет мощности отдаваемой двигателем. Если требуемая скорость полета – менее выдерживаемой скорости, то при уменьшении мощности тяга не уравновесит сопротивление и, следовательно, самолёт замедлит движение (т.е. затормозится). Однако, если требуемая скорость – несколько больше выдерживаемой скорости, то увеличение отдаваемой двигателем мощности вызовет превышение сопротивления тягой, и самолёт будет разгоняться.

Мощность

Как только самолёт разгонится или затормозится до заданной скорости, мощность должна быть отрегулирована для сохранения этой скорости. Для точного сохранения заданной скорости может потребоваться неоднократная дополнительная установка числа оборотов двигателя.

Рис. 12-19 Изменяйте крейсерскую скорость изменением числа оборотов и регулированием углового пространственного положения.

Угловое пространственное положение

Поскольку подъёмная сила, создаваемая крылом, зависит как от угла атаки, так и от скорости, с увеличением скорости она будет увеличиваться и, если носовая часть не будет опущена, самолёт начнет набирать высоту. При уменьшении воздушной скорости подъёмная сила уменьшается, и самолет будет терять высоту, если носовая часть не будет поднята.

Для сохранения высоты при уменьшении скорости поднимайте носовую часть.

Рис. 12-20 Прямолинейный горизонтальный полёт поддерживается за счет необходимого сочетания мощности и углового пространственного положения, которые стабилизируют скорость.

Полёт на назначенной скорости (или режиме работы двигателя)

Обычный способ выполнения прямолинейного горизонтального полёта заключается в том, чтобы установить необходимый режим работы двигателя (наиболее экономичный режим, номинальный режим или средний между ними) и допустить полученную в результате скорость для данной высоты и веса. В некоторых случаях имеются обоснованные причины для поддержания некоторых выбранных значений воздушной скорости, таких как те, которые нужны для получения максимальной дальности или продолжительности полёта при имеющемся запасе топлива на борту самолёта. Различные значения воздушной скорости в прямолинейном горизонтальном полёте требуют различных значений мощности. Тяга должна уравновешивать сопротивление, которое (подобно подъемной силе) зависит от скорости и угла атаки. На высоких скоростях сопротивление становится высоким; на средних скоростях оно несколько меньше. Это происходит потому, что вредное сопротивление уменьшается при снижении скорости; вредное сопротивление подобно сопротивлению воздуха при езде на велосипеде.

Однако самолёт отличается от велосипеда тем, что он не имеет опоры на землю, а самолёт в полете должен создавать собственную опору т.е. подъёмную силу. Побочным результатом создания подъёмной силы является индуктивное сопротивление, и оно имеет самую большую величину на больших углах атаки, т. е. на низких скоростях. В результате, полное сопротивление велико, когда самолёт летит медленно.

Полное сопротивление меняется вместе со скоростью.

Рис. 12-21 Минимальное сопротивление имеет место на промежуточной скорости, и оно начинает расти при ее изменении в любую сторону

Большая мощность для уравновешивания сопротивления требуется как на низких, так и на высоких скоростях. На промежуточных скоростях потребность в мощности ниже. Потребление топлива зависит от установленного режима работы двигателя и очень важным в эффективной эксплуатации самолета является получение максимальной отдачи от заправленного топлива.

Cкорость для получения максимальной продолжительности полёта

С целью экономии топлива летайте на скорости, требующей минимальной мощности двигателя. Это даст возможность достижения максимальной продолжительности полёта при данном количестве топлива. Поскольку иногда требуется лететь в режиме ожидания (например, в случае необходимости продержаться в воздухе в зоне аэродрома, ожидая, пока не рассеется туман или пока не прогонят скот с посадочной полосы), полёт на скорости, позволяющей долго держаться в воздухе, обеспечивает минимальный расход топлива в течение данного полётного времени, иначе говоря, максимальное время пребывания в воздухе при израсходовании данного количества топлива. Скорость на максимальную продолжительность полёта указывается в Руководстве по летной эксплуатации самолета. Она достигается на минимальной безопасной высоте полета.

Скорость для достижения максимальной дальности полёта

Обычно требуется пролетать большее расстояние при данном количестве топлива: получить максимальную дальность. Поскольку большинство полётов выполняется на установленную дальность, другим способом выражения лучшей дальности полёта является минимальное количество топлива, израсходованного в полёте на данное расстояние. Это происходит на скорости, при которой отношение топлива к расстоянию является минимальным и которая известна под названием воздушной скорости для достижения максимальной дальности полёта.

Рис. 12-22 Скорости для достижения максимальной
продолжительности и дальности полёта.

Воздушная скорость для достижения максимальной дальности полёта указывается в Руководстве по лётной эксплуатации, и она выше скорости для достижения максимальной продолжительности полёта. Значения дальности, указанные Изготовителем, даны с учётом правильного обеднения горючей смеси в крейсерском полёте, на режимах двигателя менее 75% номинальной мощности, (обычно устанавливаемых в крейсерском полёте на высотах более 5.000 футов (1.524 метра) от среднего уровня моря.

Обращаясь к скорости для достижения максимальной дальности полёта, показанной на графике (Рис. 12-22), мы видим, что расход топлива зависит от мощности. Темп, с которым покрывается расстояние, является скоростью.

Следовательно, отношение топлива к расстоянию будет таким же, что и отношение мощности к скорости, и, таким образом, минимальный расход топлива на данном расстоянии (т.e. самая лучшая дальность), будет на скорости, при которой отношение мощности к скорости – наименьшее, что и видно из графика. Линия, проведенная из исходной точки в любую другую точку на графике, имеет более крутой наклон; это означает, что отношение мощности к скорости – больше, и поэтому будет потребляться больше топлива на милю покрытого расстояния.

Действие закрылков

Крейсерский полет с частично отклоненными закрылками желателен, когда Вы хотите лететь на низкой скорости, с целью обеспечения лучшего обзора и уменьшенной скорости сваливания. К нему прибегают при осмотре возможной посадочной площадки или при маневрировании в условиях плохой видимости.

При выпуске закрылков подъёмная сила увеличивается, и поэтому для удержания высоты потребуется меньший угол атаки и, вследствие этого, более низкое положение носовой части. Если при выпуске закрылков не опускать носовую часть, самолёт будет взмывать.

Рис. 12-23 Взмывания можно избежать опусканием носовой части, когда закрылки выпускаются.

На больших скоростях работа закрылками не допускается, поскольку при этом возникают большие нагрузки на проводке управления. Наибольшая скорость для выпуска закрылков (V_FE) (V_ВЗ) ограничивается верхним концом белой полосы на указателе воздушной скорости. Более низкое положение носовой части улучшает передний обзор из кабины, что очень ценно при более низкой, однако безопасной, скорости, когда Вы хотите осмотреть возможную посадочную площадку.

Рис. 12-24 Закрылки позволяют улучшить передний обзор при той же самой траектории полета; они требуют более низкого положения носовой части и обеспечивают лучшую эффективность рулей вследствие потребности в большей мощности.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 304; Мы поможем в написании вашей работы!