Если вы хотите безопасно (и законно) управлять самолетом, вам необходимо получить летное свидетельство пилота. Но если вы думаете, что однажды окажетесь в чрезвычайной ситуации, или вам просто любопытно, как все работает, умение управлять самолетом может оказаться очень кстати. Эта задача не из простых, а полное руководство займет несколько сотен страниц. Эта статья поможет вам понять, с чем вы столкнетесь во время первых тренировочных полетов.

Шаги

Знакомство с системой управления

Осмотрите самолет, прежде чем подняться на борт. До взлета важно провести осмотр самолета. Это визуальная оценка самолета, которая позволяет убедиться, что все детали судна находятся в рабочем состоянии. Инструктор выдаст вам список действий, которые вам нужно будет совершать как во время полета, так и до его начала. Крайне важно следовать этим правилам. Ниже мы приводим основные правила осмотра самолета до начала полета.

• Проверьте контрольные поверхности. Уберите контрольные замки. Убедитесь, что элероны, закрылки и руль направления двигаются плавно, что им ничего не мешает.
• Осмотрите бензобаки и резервуары с маслом. Проверьте, чтобы они были заполнены до нужного уровня. Для измерения уровня топлива вам понадобится топливомерный щуп. Для измерения уровня масла в моторном отсеке есть масломерный щуп.
• Проверьте топливо на наличие загрязняющих веществ. Для этого небольшое количество топлива помещают в специальный стеклянный контейнер и смотрят на наличие в образце воды или грязи. Инструктор покажет вам, как это сделать.
• Заполните бланки по допустимому весу на борту и по распределению нагрузки в самолете. Это позволит не допустить перегрузки самолета. Опять-таки, инструктор объяснит вам, как это сделать.
• Проверьте корпус самолета на наличие сколов, трещин и прочих повреждений. Повреждения, особенно на лопастях пропеллеров, могут повлиять на поведение самолета в воздухе. До взлета всегда проверяйте состояние пропеллеров и воздухозаборных устройств. Приближайтесь к пропеллерам с осторожностью. Если в проводке самолета есть повреждения, пропеллер может самопроизвольно начать вращаться, что приведет к серьезной или даже смертельной травме.
• Проверьте аварийные запасы. Конечно, думать об этом не хочется, однако нужно всегда учитывать возможность аварии. Проверьте запасы еды, воды, аптечку, а также наличие рации, фонарика и батареек. Вам также может понадобиться оружие и стандартные запчасти для ремонта.

1. Найдите штурвал. Когда вы займете свое место в кресле пилота, вы увидите перед собой сложную панель управления, однако вам будет проще разбираться в ней, когда вы поймете, за что отвечает каждое из устройств. Прямо перед вами будет находиться длинный рычаг, напоминающий руль. Это штурвал.

   • Штурвал выполняет ту же роль, что и руль в машине - он задает положение носа самолета (вверх и вниз) и наклон крыльев. Попробуйте подержаться за штурвал. Нажмите на него от себя, затем потяните к себе, поводите влево и вправо. Не тяните за него слишком сильно – достаточно небольших движений.

2. Найдите газ и устройство управления горючей смесью. Обычно эти кнопки находятся между сидениями в кабине пилота. Кнопка газа черная, а кнопка управления горючей смесью обычно красная. В гражданской авиации эти инструменты управления обычно выполнены в виде обычных кнопок.

   • Впуск топлива управляется кнопкой газа, а за управление горючей смесью отвечает вторая кнопка.

3. Найдите инструменты управления полетом. В большинстве самолетов их шесть, и они расположены в два ряда горизонтально. Эти инструменты показывают высоту над уровнем морем, пространственное положение воздушного судна, курс и скорость (как набора высоты, так и снижения).

   • Вверху слева: указатель воздушной скорости . Он показывает скорость судна в узлах. (Узел равен одной морской миле в час, или примерно 1,85 км/ч.)
   • Вверху посередине: указатель пространственного положения (искусственный горизонт). Он показывает пространственное положение самолета, то есть его угол наклона вверх или вниз, влево или вправо.
   • Вверху справа: альтиметр (высотомер). Он показывает высоту над уровнем моря.
   • Внизу слева: указатель поворота и скольжения . Это комбинированный инструмент, который показывает угол поворота самолета относительно вертикальной оси, угол крена и скольжения относительно продольной оси (не летит ли самолет боком).
   • Внизу посередине: указатель курса . Он показывает текущий курс судна. Этот инструмент калибруют (обычно каждые 15 минут), приводя его в соответствие с компасом. Это делается на земле или в воздухе, но только во время полета по прямой с постоянной высотой .
   • Внизу справа: указатель скорости набора высоты . Он показывает, с какой скоростью самолет набирает или сбрасывает высоту. Ноль означает, что самолет летит на постоянной высоте.

4. Найдите инструменты управления посадкой. На многих маленьких самолетах установлены фиксированные передачи, и в этом случае рычага управления передачей для посадки не будет. Если же в вашем самолете предусмотрена возможность ручного переключения передач, соответствующий рычаг может иметь любое расположение. Как правило, это рычаг с белой рукояткой. Вы будете использовать его при взлете, посадке и при движении самолета по земле. Помимо выполнения прочих функций, этот рычаг управляет шасси, лыжами и поплавками самолета.

   Поставьте ноги на педали поворота. У вас под ногами будут педали, с помощью которых можно задавать поворот. Они прикреплены к вертикальному стабилизатору. Если вам нужно слегка повернуть налево или направо по вертикальной оси, используйте педали. Фактически педали задают поворот относительно вертикальной оси. Они также отвечают за повороты на земле (многие начинающие пилоты считают, что направление движения на земле задается штурвалом).

   Взлет

   1. Получите разрешение на взлет. Если вы находитесь в аэропорту с диспетчерской, до начала движения по земле вам нужно связаться с диспетчером. Вам дадут всю необходимую информацию, включая код приемоответчика. Запишите его, поскольку эту информацию нужно будет повторить для диспетчера, прежде чем вам дадут разрешение на взлет. Когда разрешение будет получено, начинайте движений к взлетной полосе в соответствии с инструкциями сотрудников наземной службы. Никогда не выезжайте на взлетную полосу без разрешения на взлет!

      Настройте закрылки для взлета. Как правило, они должны располагаться под углом 10 градусов. Закрылки позволяют создать подъемную силу, из-за чего они и используются при взлете.

      Проверьте работу двигателей. Перед выездом на взлетную полосу остановитесь в зоне проверки двигателей и произведите соответствующую процедуру проверки. Так вы убедитесь, что взлетать безопасно.

      • Попросите инструктора показать, как производится проверка двигателей.

   2. Сообщите диспетчеру, что вы готовы к взлету. После успешной проверки двигателей сообщите диспетчеру о готовности и ждите разрешения продолжать движение по взлетной полосе.

   3. Вдавите кнопку управления горючей смесью максимально вниз. Начните постепенно давить на кнопку газа – самолет станет разгоняться. Он захочет повернуть влево, поэтому удерживайте его в середине взлетной полосы с помощью педалей.

      • При боковом ветре вам нужно будет слегка повернуть штурвал в сторону ветра. Когда наберете скорость, постепенно верните штурвал к исходному положению.
      • Отклонение от курса (кручение вокруг по вертикальной оси) нужно контролировать с помощью педалей. Если самолет начнет кручение, используйте педали, чтобы его выровнять.

   4. Разгонитесь. Чтобы подняться в воздух, самолету нужно набрать определенную скорость. Газ должен быть выжат до конца, и тогда самолет начнет подниматься (обычно у небольших самолетов скорость взлета равняется примерно 60 узлам). Указатель воздушной скорости сообщит вам, когда вы достигнете этой скорости..

      • Когда возникнет необходимая подъемная сила, нос самолета начнет подниматься над землей. Потяните за штурвал, чтобы помочь самолету взлететь.

   5. Потяните штурвал на себя. Это позволит самолету подняться в воздух.

      • Не забывайте поддерживать скорость набора высоты и правильное положение руля направления.
      • Когда самолет поднимется на достаточную высоту и когда указатель скорости набора высоты будет показывать положительное значение (то есть самолет будет набирать высоту), верните закрылки и шасси в нейтральное положение, чтобы снизить сопротивление.

   Управление полетом

   1. Установите искусственный горизонт, или указатель пространственного положения. Он поможет вам удерживать самолет в горизонтальном положении. Если вы выйдете за нужные значения, потяните штурвал на себя, чтобы приподнять нос. Не дергайте слишком резко – здесь не нужно больших усилий.

      • Чтобы самолет не отклонялся от горизонта, постоянно проверяйте пространственное положение и показания альтиметра. Но помните, что слишком долго смотреть на тот или иной указатель не стоит.

   2. Выполните поворот. Это еще называется выполнением виража. Если перед вами штурвал, поверните его. Если он имеет вид рукоятки, наклоните ее влево или вправо. Чтобы не потерять управление, смотрите на указатель поворота. Этот инструмент отображает картинку маленького самолета, на которую накладывается уровень с черным шариком. Нужно, чтобы черный шарик оставался в середине – корректируйте положение самолета педалями, и тогда все ваши повороты будут плавными и аккуратными.

      • Чтобы лучше запомнить, какую педаль нажимать, представьте, что вы наступаете на шарик.
      • Элероны отвечают за угол крена. Они работают вместе с педалями поворота. При повороте скоординируйте педали с элеронами, чтобы хвост оставался позади носа. Всегда следите за высотой и воздушной скоростью.
        • При повороте штурвала влево левый элерон приподнимается, а правый опускается. При правом повороте правый элерон поднимается, а левый опускается Не слишком задумывайтесь о том, как это происходит с точки зрения механики и аэродинамики; сейчас вы знакомитесь с основами.

   3. Управляйте скоростью самолета. У каждого самолета есть настройки двигателя, оптимизированные под крейсерский режим полета. Когда наберете нужную высоту, измените настройки так, чтобы двигатель работал на 75% мощности. Скорректируйте настройки для постоянного горизонтального полета. Вы почувствуете, что все рычаги начнут двигаться более плавно. На некоторых самолетах эти настройки позволяют перевести самолет в режим, не создающий вращающего момента, при котором для удержания самолета на прямой линии не потребуется управление педалями.

      • При стопроцентной загрузке двигателя нос смещается в сторону из-за вращающего момента, создаваемого двигателем, который требует коррекции с помощью педалей, поэтому чтобы вернуть самолет в нужное положение, приходится направлять его в противоположную сторону.
      • Чтобы самолет удерживал положение в пространстве, необходимо обеспечивать необходимую скорость и подачу воздуха. Если самолет будет лететь слишком медленно или под крутым углом, он может потерять необходимое ему обтекание воздушным потоком и замереть. Это особенно опасно при взлете и посадке, однако за скоростью следует следить всегда.
      • Как и при управлении машиной, чем чаще вы выжимаете газ в пол, тем большей нагрузке это подвергает двигатель. Жмите на газ лишь в том случае, если вам надо набрать скорость, и отпускайте газ, чтобы снижаться без ускорения.

   4. Не злоупотребляйте управлением. Во время турбулентности важно не переборщить с корректировками, иначе можно случайно вынудить самолет работать на пределе возможностей, что приведет к повреждениям оборудования (в случае сильной турбулентности).

      • Другой проблемой может стать обледенение карбюратора. Вы увидите кнопку с надписью "обогрев карбюратора" ("carb heat"). Включайте обогрев на короткие промежутки времени (например, на 10 минут), особенно при высокой влажности, которая вызывает обледенение. (Это касается лишь самолетов с карбюратором.)
      • Не переключайте свое внимание на эту задачу целиком – вам нужно все время следить за всеми приборами и проверять наличие летающих объектов вблизи вашего самолета.

   5. Установите крейсерскую скорость двигателя. Когда скорость выровняется, зафиксируйте элементы управления в их текущем положении, чтобы самолет постоянно двигался с той же скоростью, а вы могли бы контролировать курс. Снизьте нагрузку на двигатель до 75%. Если вы пилотируете самолет Cessna с одним двигателем, рекомендуемая нагрузка составит 2400 оборотов в минуту.

      • Установите триммер. Триммер – это небольшое устройство на панели, которое можно перемещать в кабине. Правильная установка триммера позволяет не допустить подъема или снижения при крейсерском полете.
      • Существуют разные типы триммеров. Одни имеют форму колеса или рычага, другие – ручки, которую нужно тянуть, или качалки. Есть также триммеры в виде винта и троса. Существуют также электрические системы, управлять которыми проще всего. Настройки триммера соответствуют определенным скоростям, которых может придерживаться самолет. Обычно они зависят от веса, строения корабля, центра тяжести и веса груза и пассажиров.

Человечество издавна интересовал вопрос, как же так получается, что многотонный летательный аппарат легко поднимается к небесам. Как же происходит взлет и как летают самолеты? Когда авиалайнер движется на большой скорости по взлетной полосе, у крыльев появляется подъемная сила и работает снизу вверх.

При движении воздушного судна вырабатывается разница давлений на нижнюю и верхнюю стороны крыла, благодаря чему получается подъемная сила, удерживающая воздушное судно в воздухе. Т.е. высокое давление воздуха снизу толкает крыло вверх, при этом низкое давление сверху затягивает крыло на себя. В результате крыло поднимается.

Для взлета авиалайнера, ему необходим достаточный разбег. Подъемная сила крыльев увеличивается в процессе набора скорости , которая должна превысить предельный взлетный режим. Затем пилот увеличивает угол взлета , отводя штурвал к себе. Носовая часть лайнера поднимается вверх, и машина поднимается в воздух.

Затем убираются шасси и выпускные фары . С целью уменьшения подъемной силы крыла, пилот постепенно выполняет уборку механизации. Когда авиалайнер достигнет необходимого уровня, летчик устанавливает стандартное давление, а двигателям – номинальный режим . Чтобы посмотреть, как взлетает самолет, видео предлагаем просмотреть в конце статьи.

Взлет судна выполняется под углом . С практической точки зрения этому можно дать следующее объяснение. Руль высоты – это подвижная поверхность, управляя которой можно вызвать отклонение самолета по тангажу.

Рулем высоты можно управлять углом тангажа, т.е. изменять скорость набора или потери высоты. Это происходит вследствие изменения угла атаки и силы подъема. Увеличивая скорость двигателя, пропеллер начинает крутиться быстрее и поднимает авиалайнер вверх. И наоборот, направляя рули высоты вниз, нос самолета опускается вниз, при этом скорость двигателя следует уменьшать.

Хвостовая часть авиалайнера укомплектована рулем направления и тормозами на обе стороны колес.

Как летают авиалайнеры

Отвечая на вопрос, почему летают самолеты, следует вспомнить закон физики. Разница давлений воздействует на подъемную силу крыла.

Скорость потока будет больше, если давление воздуха будет низким и с точностью, наоборот.

Поэтому, если скорость авиалайнера большая, то его крылья приобретают подъемную силу, которая толкает воздушное судно.

Еще на подъемную силу крыла авиалайнера влияют некоторые обстоятельства: угол атаки, скорость и плотность потока воздуха, площадь, профиль и форма крыла.

Современные лайнеры имеют минимальную скорость от 180 до 250 км/час , при которых осуществляется взлет, планирует в небесах и не падает.

Высота полета

Какая же предельная и безопасная высота полета самолета.

Не все суда имеют одинаковую высоту полета , «воздушный потолок» может колебаться на высоте от 5000 до 12100 метров . На больших высотах плотность воздуха минимальная, при этом лайнер достигает наименьшего сопротивления воздуха.

Двигателю лайнера необходим фиксированный объем воздуха для сжигания, потому как двигатель не создаст нужной тяги. Также, при полетах на большой высоте, самолет экономит топливо до 80% в отличие от высоты до километра.

За счет чего самолет находится в воздухе

Чтобы ответить, почему самолеты летают, необходимо поочередно разобрать принципы его перемещения в воздухе. Реактивный авиалайнер с пассажирами на борту достигает несколько тонн, но при этом, легко взлетает и осуществляет тысячекилометровый перелет.

На движение в воздухе влияют и динамические свойства аппарата, конструкции агрегатов, формирующие полетную конфигурацию.

Силы, влияющие на движение самолета в воздухе

Работа авиалайнера начинается с запуска двигателя. Небольшие суда работают на поршневых двигателях, вращающих воздушные винты, при этом создается тяга, помогающая воздушному судну перемещаться в воздушном пространстве.

Большие авиалайнеры работают на реактивных двигателях, которые в процессе работы выбрасывают много воздуха, при этом реактивная сила приводит летательный аппарат к движению вперед.

Почему же самолет взлетает и находится долгое время в воздухе? Так как форма крыльев имеет разную конфигурацию: сверху округлая, а снизу плоская , то поток воздуха с обеих сторон не одинаковый. Сверху крыльев воздух скользит и становится разреженным, а давление его меньше, чем воздух снизу крыла. Потому, посредством неравномерного давления воздуха и форме крыльев, возникает сила, приводящая к взлету самолета вверх.

Но чтобы авиалайнер мог легко оторваться от земли, ему необходимо на высокой скорости совершить разбег по взлетной полосе.

Из этого следует вывод, чтобы авиалайнер беспрепятственно находился в полете, ему необходим движущийся воздух, который рассекают крылья и создает подъемную силу.

Взлет самолета и его скорость

Многих пассажиров интересует вопрос, какую скорость развивает самолет при взлете? Существует ошибочное представление, что скорость взлета для каждого самолета одинакова. Чтобы ответить на вопрос, какая скорость самолета при взлете, следует обратить внимание на немаловажные факторы.

1. Авиалайнер не имеет строго фиксированной скорости. Подъемная сила воздушного лайнера зависит от его массы и длины крыльев . Взлет совершается тогда, когда при встречном потоке создается подъемная сила, которая на много больше массы самолета. Поэтому, взлет и скорость воздушного аппарата зависит от направления ветра, атмосферного давления, влажности, осадков, длины и состояния взлетной полосы.
2. Чтобы создать подъемную силу и удачно выполнить отрыв от земли, самолету необходимо набрать максимальную взлетную скорость и достаточный разбег . Для этого требуются длинные взлетные полосы. Чем большегрузный самолет, тем требуются длиннее взлетно-посадочная полоса.
3. Для каждого самолета существует своя шкала взлетных скоростей, потому что все они имеют свое предназначение: пассажирский, спортивный, грузовой. Чем легче самолет, тем взлетная скорость значительно ниже и наоборот.

Взлет пассажирского реактивного самолета Boeing 737

• Разбег авиалайнера по взлетной полосе начинается, когда двигатель достигнет 800 оборотов в минуту, пилот потихоньку отпускает тормоза и держит рычаг управления на нейтральном уровне. Затем самолет продолжает движение на трех колесах;
• Перед отрывом от земли скорость лайнера должна достигнуть 180 км в час . Затем летчик тянет рычаг, что приводит к отклонению щитков – закрылков и поднятию носовой части самолета. Далее разгон производится на двух колесах;
• После, с приподнятой носовой частью, авиалайнер разгоняется на двух колесах до 220 км в час , а затем производится отрыв от земли.

Поэтому, если вы хотите подробнее узнать, как взлетает самолет, на какую высоту и с какой скоростью, мы предлагаем вам эту информацию в нашей статье. Надеемся, что от воздушного путешествия вы получите огромное удовольствие.

В современном мире многие люди интересуются наукой и техникой и пытаются хотя бы в общих чертах понять, как работают вещи, которые их окружают. Благодаря этому стремлению к просвещению существует научно-просветительская литература и сайты, подобные Гиктаймсу. А поскольку читать и воспринимать ряды формул большинству людей затруднительно, то излагаемые в подобных изданиях теории неизбежно подвергаются значительному упрощению в попытке донести до читателя «суть» идеи с помощью простого и понятного объяснения которое легко воспринять и запомнить. К сожалению, некоторые из подобных «простых объяснений» являются в корне неверными , но при этом оказываются настолько «очевидными», что не подвергаясь особому сомнению начинают кочевать из одного издания в другое и нередко становятся доминирующей точкой зрения, несмотря на свою ошибочность.

В качестве одного из примеров попробуйте ответить на простой вопрос: «откуда возникает подъемная сила в крыле самолета»?

Если в Вашем объяснении фигурируют «разная длина верхней и нижней поверхности крыла», «разная скорость потока воздуха на верхней и нижней кромках крыла» и «закон Бернулли», то я вынужден Вам сообщить, что Вы скорее всего стали жертвой популярнейшего мифа, который преподают порою даже в школьной программе.

Давайте для начала напомним, о чем идет речь

Объяснение подъемной силы крыла в рамках мифа выглядит следующим образом:

1. Крыло имеет несимметричный профиль снизу и сверху
2. Непрерывный поток воздуха разделяется крылом на две части, одна из которых проходит над крылом, а другая под ним
3. Мы рассматриваем ламинарное обтекание, в котором поток воздуха плотно прилегает к поверхности крыла
4. Поскольку профиль несимметричен, то для того чтобы снова сойтись за крылом в одной точке «верхнему» потоку нужно проделать больший путь, чем «нижнему», поэтому воздуху над крылом приходится двигаться с большей скоростью чем под ним
5. Согласно закону Бернулли статическое давление в потоке уменьшается с ростом скорости потока, поэтому в потоке над крылом статическое давление будет ниже
6. Разница давлений в потоке под крылом и над ним и составляет подъемную силу

А для демонстрации этой идеи достаточно простого гибкого и легкого листа бумаги. Берем лист, подносим его ко рту, и дуем над ним чтобы создать модель в которой поток воздуха над листом бумаги движется быстрее чем под ним. И вуаля - с первой или второй попытки лист бумаги презрев тяготение действительно поднимается под действием подъемной силы вверх. Теорема доказана!

… или все-таки нет?..

Существует история (я правда не знаю насколько она правдива), что одним из первых людей предложивших, подобную теорию был не кто иной, как сам Альберт Эйнштейн. Согласно этой истории в 1916 году он написал соответствующую статью и на её основе предложил свою версию «идеального крыла», которое, по его мнению, максимизировало разницу скоростей над крылом и под ним, и в профиль выглядело примерно вот так:

В аэродинамической трубе продули полноценную модель крыла с этим профилем, но увы - её аэродинамические качества оказались на редкость плохими. В отличие - парадоксально! - от многих крыльев с идеально симметричным профилем, в которых путь воздуха над крылом и под ним должен был быть принципиально одинаков. В рассуждениях Эйнштейна явно что-то было неправильно. И вероятно наиболее явным проявлением этой неправильности было то что некоторые пилоты в качестве акробатического трюка стали летать на своих самолетах вверх ногами. У первых самолетов, которые пробовали перевернуться в полете, возникали проблемы с топливом и маслом, которое не текло туда, куда нужно, и вытекало там, где не нужно, но после того, как в 30-х годах прошлого века энтузиастами аэробатики были созданы топливные и масляные системы, способные работать длительное время в перевернутом положении, полет «вверх ногами» стал обычным зрелищем на авиашоу. В 1933, к примеру, один американец и вовсе совершил полет вверх ногами из Сан-Диего в Лос-Анджелес. Каким-то волшебным образом перевернутое крыло по-прежнему генерировало подъемную силу, направленную вверх.

Посмотрите на эту картинку - на ней изображен самолет, аналогичный тому, на котором был установлен рекорд полета в перевернутом положении. Обратите внимание на обычный профиль крыла (Boeing-106B airfoil) который, согласно приведенным выше рассуждениям, должен создавать подъемную силу от нижней поверхности к верхней.

Итак, у нашей простой модели подъемной силы крыла есть некоторые трудности, которые можно в целом свести к двум простым наблюдениям:

1. Подъемная сила крыла зависит от его ориентации относительно набегающего потока воздуха - угла атаки
2. Симметричные профили (в том числе и банальный плоский лист фанеры) тоже создают подъемную силу

В чем же причина ошибки? Оказывается, что в приведенном в начале статьи рассуждении совершенно неверен (и вообще говоря, просто взят с потолка) пункт №4. Визуализация потока воздуха вокруг крыла в аэродинамической трубе показывает, что фронт потока, разделенный на две части крылом, вовсе не смыкается обратно за кромкой крыла.

Проще говоря, воздух «не знает», что ему нужно двигаться с какой-то определенной скоростью вокруг крыла, чтобы выполнить какое-то условие, которое нам кажется очевидным. И хотя скорость потока над крылом действительно выше, чем под ним, это является не причиной образования подъемной силы а следствием того, что над крылом существует область пониженного давления, а под крылом - область повышенного. Попадая из области нормального давления в разреженную область, воздух разгоняется перепадом давлений, а попадая в область с повышенным давлением - тормозится. Важный частный пример столь «не-бернуллевского» поведения наглядно демонстрируют экранопланы: при приближении крыла к земле его подъемная сила возрастает (область повышенного давления поджимается землей), тогда как в рамках «бернуллевских» рассуждений крыло на пару с землей формируют нечто вроде сужающегося тоннеля что в рамках наивных рассуждений должно было бы разгонять воздух и притягивать за счет этого крыло к земле подобно тому, как это делается в схожих по смыслу рассуждениях о «взаимном притяжении проходящих на параллельных курсах пароходах». Причем в случае экраноплана ситуация во многом даже хуже, поскольку одна из «стенок» этого тоннеля движется с высокой скоростью навстречу крылу, дополнительно «разгоняя» тем самым воздух и способствуя еще большему снижению подъемной силы. Однако реальная практика «экранного эффекта» демонстрирует прямо противоположную тенденцию, наглядно демонстрируя опасность логики рассуждений о подъемной силе построенных на наивных попытках угадать поле скоростей потока воздуха вокруг крыла.

Как это ни странно, значительно более приближенное к истине объяснение дает другая неверная теория подъемной силы, отвергнутая еще в XIX веке. Сэр Исаак Ньютон предполагал, что взаимодействие объекта с набегающим воздушным потоком можно моделировать, предположив, что набегающий поток состоит из крошечных частиц, ударяющихся об объект и отскакивающих от него. При наклонном расположении объекта относительно набегающего потока частицы будут преимущественно отражаться объектом вниз и в силу закона сохранения импульса при каждом отклонении частицы потока вниз объект будет получать импульс движения вверх. Идеальным крылом в подобной модели был бы плоский воздушный змей, наклоненный к набегающему потоку:

Подъемная сила в этой модели возникает за счет того, что крыло направляет часть воздушного потока вниз, это перенаправление требует приложения определенной силы к потоку воздуха, а подъемная сила является соответствующей силой противодействия со стороны воздушного потока на крыло. И хотя исходная «ударная» модель вообще говоря неверна, в подобной обобщенной формулировке это объяснение действительно верно . Любое крыло работает за счет того, что отклоняет часть набегающего потока воздуха вниз и это, в частности, объясняет, почему подъемная сила крыла пропорциональна плотности потока воздуха и квадрату его скорости. Это дает нам первое приближение к правильному ответу: крыло создает подъемную силу потому что линии тока воздуха после прохождения крыла в среднем оказываются направлены вниз . И чем сильнее мы отклоняем поток вниз (например увеличивая угол атаки) - тем подъемная сила оказывается больше.

Немного неожиданный результат, правда? Однако он пока никак не приближает нас к пониманию того, почему воздух после прохождения крыла оказывается движущимся вниз. То, что Ньютоновская ударная модель неверна, было показано экспериментально опытами, которые продемонстрировали что реальное сопротивление потока ниже, чем предсказывает Ньютоновская модель, а генерируемая подъемная сила - выше. Причиной этих расхождений является то, что в модели Ньютона частички воздуха никак не взаимодействуют друг с другом, тогда как реальные линии тока не могут пересекать друг друга, так как это показано на рисунке выше. «Отскакивающие» под крылом вниз условные «частички воздуха» сталкиваются с другими и начинают «отталкивать» их от крыла еще до того, как они с ним столкнутся, а частички воздушного тока, оказавшиеся над крылом, «выпихивают» частички воздуха, расположенные ниже, в пустое пространство, остающееся за крылом:

Говоря другими словами, взаимодействие «отскочившего» и «набегающего» потоков создает под крылом область высокого давления (красную), а «тень», пробиваемая крылом в потоке, образует область низкого давления (синюю). Первая область отклоняет поток под крылом вниз еще до того, как этот поток соприкоснется с его поверхностью, а вторая заставляет поток над крылом изгибаться вниз, хотя он с крылом не соприкасался вообще. Совокупное давление этих областей по контуру крыла, собственно, и образует в итоге подъемную силу. При этом интересный момент состоит в том, что неизбежно возникающая перед крылом область высокого давления у правильно спроектированного крыла соприкасается с его поверхностью лишь по небольшому участку в передней кромке крыла, тогда как область высокого давления под крылом и область низкого давления над ним соприкасаются с крылом на значительно большой площади. В результате подъемная сила крыла формируемая двумя областями вокруг верхней и нижней поверхностей крыла может быть намного больше, чем сила сопротивления воздуха, которую обеспечивает воздействие области высокого давления, расположенной перед передней кромкой крыла.

Поскольку наличие областей разного давления изгибает линии тока воздуха, то часто удобно определять эти области именно по этому изгибу. К примеру, если линии тока над крылом «загибаются вниз», то в этой области существует градиент давления направленный сверху вниз. И если на достаточно большом удалении над крылом давление является атмосферным, то по мере приближения к крылу сверху вниз давление должно падать и непосредственно над крылом оно окажется ниже атмосферного. Рассмотрев аналогичное «искривление вниз», но уже под крылом, мы получаем, что если начать с достаточно низкой точки под крылом, то, приближаясь к крылу снизу вверх, мы придем в область давления, которое будет выше атмосферного. Аналогичным образом «расталкивание» линий тока перед передней кромкой крыла соответствует существованию перед этой кромкой области повышенного давления. В рамках подобной логики можно сказать, что крыло создает подъемную силу, изгибая линии тока воздуха вокруг крыла . Поскольку линии тока воздуха как бы «прилипают» к поверхности крыла (эффект Коанда) и друг к другу, то, изменяя профиль крыла, мы заставляем воздух двигаться вокруг него по искривленной траектории и формировать в силу этого нужный нам градиент давлений. К примеру, для обеспечения полета вверх ногами достаточно создать нужный угол атаки, направив нос самолета в сторону от земли:

Снова немного неожиданно, правда? Тем не менее это объяснение уже ближе к истине, чем исходная версия «воздух ускоряется над крылом, потому что над крылом ему нужно пройти большее расстояние, чем под ним». Кроме того, в его терминах легче всего понять явление, которое называется «срывом потока» или «сваливанием самолета». В нормальной ситуации увеличивая угол атаки крыла мы увеличиваем тем самым искривление воздушного потока и соответственно подъемную силу. Ценою за это является увеличение аэродинамического сопротивления, поскольку область низкого давления постепенно смещается из положения «над крылом» в положение «слегка за крылом» и соответственно начинает притормаживать самолет. Однако после некоторого предела ситуация неожиданно резко изменяется. Синяя линия на графике - коэффициент подъемной силы, красная - коэффициент сопротивления, горизонтальная ось соответствует углу атаки.

Дело в том, что «прилипаемость» потока к обтекаемой поверхности ограничена, и если мы попытаемся слишком сильно искривить поток воздуха, то он начнет «отрываться» от поверхности крыла. Образующаяся за крылом область низкого давления начинает «засасывать» не поток воздуха, идущий с ведущей кромки крыла, а воздух из области оставшейся за крылом, и подъемная сила генерируемая верхней частью крыла полностью или частично (в зависимости от того, где произошел отрыв) исчезнет, а лобовое сопротивление увеличится.

Для обычного самолета сваливание - это крайне неприятная ситуация. Подъемная сила крыла уменьшается с уменьшением скорости самолета или уменьшением плотности воздуха, а кроме того поворот самолета требует большей подъемной силы, чем просто горизонтальный полет. В нормальном полете все эти факторы компенсируют именно выбором угла атаки. Чем медленнее летит самолет, чем менее плотный воздух (самолет забрался на большую высоту или садится в жаркую погоду) и чем круче поворот, тем больше приходится делать этот угол. И если неосторожный пилот переходит определенную черту, то подъемная сила упирается в «потолок» и становится недостаточной для удержания самолета в воздухе. Добавляет проблем и увеличившееся сопротивление воздуха, которое ведет к потере скорости и дальнейшему снижению подъемной силы. А в результате самолет начинает падать - «сваливается». Попутно могут возникнуть проблемы с управлением из-за того, что подъемная сила перераспределяется по крылу и начинает пытаться «повернуть» самолет или управляющие поверхности оказываются в области сорванного потока и перестают генерировать достаточное управляющее усилие. А в крутом повороте, к примеру, поток может сорвать лишь с одного крыла, в результате чего самолет начнет не просто терять высоту, но и вращаться - войдет в штопор. Сочетание этих факторов остается одной из нередких причин авиакатастроф. С другой стороны, некоторые современные боевые самолеты специально проектируются таким специальным образом, чтобы сохранять управляемость в подобных закритических режимах атаки. Это позволяет подобным истребителям при необходимости резко тормозить в воздухе. Иногда это используется для торможения в прямолинейном полете, но чаще востребовано в виражах, поскольку чем меньше скорость, тем меньше при прочих равных радиус поворота самолета. И да-да, Вы угадали - именно это та самая «сверхманевренность», которой заслуженно гордятся специалисты проектировавшие аэродинамику отечественных истребителей 4 и 5 поколений.

Однако мы пока так и не ответили на основной вопрос: откуда, собственно, возникают области повышенного и пониженного давления вокруг крыла в набегающем потоке воздуха? Ведь оба явления («прилипание потока к крылу» и «над крылом воздух движется быстрее»), которыми можно объяснить полет, являются следствием определенного распределения давлений вокруг крыла, а не его причиной. Но почему формируется именно такая картина давлений, а не какая-то другая?

К сожалению, ответ на этот вопрос уже неизбежно требует привлечения математики. Давайте представим себе, что наше крыло является бесконечно длинным и одинаковым по всей длине, так что движение воздуха вокруг него можно моделировать в двумерном срезе. И давайте предположим, для начала, что в роли нашего крыла выступает… бесконечно длинный цилиндр в потоке идеальной жидкости. В силу бесконечности цилиндра такую задачу можно свести к рассмотрению обтекания круга в плоскости потоком идеальной жидкости. Для столь тривиального и идеализированного случая существует точное аналитическое решение, предсказывающее, что при неподвижном цилиндре общее воздействие жидкости на цилиндр будет нулевым.

А теперь давайте рассмотрим некое хитрое преобразование плоскости на себя, которое математики называют конформным отображением. Оказывается можно подобрать такое преобразование, которое с одной стороны сохраняет уравнения движения потока жидкости, а с другой трансформирует круг в фигуру, имеющую похожий на крыло профиль. Тогда трансформированные тем же самым преобразованием линии тока жидкости для цилиндра становятся решением для тока жидкости вокруг нашего импровизированного крыла.

Наш исходный круг в потоке идеальной жидкости имеет две точки, в которых линии тока соприкасаются с поверхностью круга, и следовательно те же две точки будут существовать и на поверхности профиля после применения к цилиндру преобразования. И в зависимости от поворота потока относительно исходного цилиндра («угла атаки») они будут располагаться в разных местах поверхности сформированного «крыла». И почти всегда это будет означать, что часть линий тока жидкости вокруг профиля должна будет огибать заднюю, острую кромку крыла, как показано на картинке выше.

Это потенциально возможно для идеальной жидкости. Но не для реальной.

Наличие в реальной жидкости или газе даже небольшого трения (вязкости) приводит к тому, что поток подобный изображенному на картинке немедленно нарушается - верхний поток будет сдвигать точку где линия тока соприкасается с поверхностью крыла до тех, пор пока она не окажется строго на задней кромке крыла (постулат Жуковского-Чаплыгина, он же аэродинамическое условие Кутты). И если преобразовать «крыло» обратно в «цилиндр», то сдвинувшиеся линии тока окажутся примерно такими:

Но если вязкость жидкости (или газа) очень мала, то получившееся подобным путем решение должно подходить и для цилиндра. И оказывается, что такое решение действительно можно найти, если предположить, что цилиндр вращается . То есть физические ограничения, связанные с перетоком жидкости вокруг задней кромки крыла приводят, к тому, что движение жидкости из всех возможных решений будет стремиться прийти к одному конкретному решению, в котором часть потока жидкости вращается вокруг эквивалентного цилиндра, отрываясь от него в строго определенной точке. А поскольку вращающийся цилиндр в потоке жидкости создает подъемную силу, то ее создает и соответствующее крыло. Компонент движения потока соответствующий этой «скорости вращения цилиндра» называется циркуляцией потока вокруг крыла, а теорема Жуковского говорит о том, что аналогичную характеристику можно обобщить для произвольного крыла, и позволяет количественно рассчитывать подъемную силу крыла на ее основе. В рамках этой теории подъемная сила крыла обеспечивается за счет циркуляции воздуха вокруг крыла, которая порождается и поддерживается у движущегося крыла указанными выше силами трения, исключающими переток воздуха вокруг его острой задней кромки.

Удивительный результат, не правда ли?

Описанная теория конечно сильно идеализирована (бесконечно длинное однородное крыло, идеальный однородный несжимаемый поток газа / жидкости без трения вокруг крыла), но дает довольно точное приближение для реальных крыльев и обычного воздуха. Только не воспринимайте в ее рамках циркуляцию как свидетельство того, что воздух действительно вращается вокруг крыла. Циркуляция - это просто число, показывающее, насколько должен отличаться по скорости поток на верхней и нижней кромках крыла, чтобы решение движений потока жидкости обеспечило отрыв линий тока строго на задней кромке крыла. Не стоит также воспринимать «принцип острой задней кромки крыла» как необходимое условие для возникновения подъемной силы: последовательность рассуждений вместо этого звучит как «если у крыла острая задняя кромка, то подъемная сила формируется так-то».

Попробуем подытожить. Взаимодействие воздуха с крылом формирует вокруг крыла области высокого и низкого давления, которые искривляют воздушный поток так, что он огибает крыло. Острая задняя кромка крыла приводит к тому, что в идеальном потоке из всех потенциальных решений уравнений движения реализуется только одно конкретное, исключающее переток воздуха вокруг острой задней кромки. Это решение зависит от угла атаки и у обычного крыла имеет область пониженного давления над крылом и область повышенного давления - под ним. Соответствующая разница давлений формирует подъемную силу крыла, заставляет воздух двигаться быстрее над верхней кромкой крыла и замедляет воздух под нижней. Количественно подъемную силу удобно описывать численно через эту разницу скоростей над крылом и под ним в виде характеристики, которая называется «циркуляцией» потока. При этом в соответствии с третьим законом Ньютона действующая на крыло подъемная сила означает, что крыло отклоняет вниз часть набегающего воздушного потока - для того, чтобы самолет мог лететь, часть окружающего его воздуха должна непрерывно двигаться вниз. Опираясь на этот движущийся вниз поток воздуха самолет и «летит».

Простое же объяснение с «воздухом, которому нужно пройти более длинный путь над крылом, чем под ним» - неверно.

Самолеты, особенно вблизи, впечатляют своими г абаритами и ма ссой. Остается при этом не понятным, как такой громоздкий и тяжелый объект поднимается в небесную высь. Притом, ответить на это могут даже не все взрослые, а вопросы детей частенько способны поставить в тупик. Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила
Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигате

лей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх. Каждый из вас делал, наверное, бумажные самолетики и с силой запускал их. Современный самолет, даже весом в десятки тонн, его крыло должно иметь достаточную площадь. На подъемную силу крыла влияет множество параметров, таких как профиль, площадь, форма крыла в плане, угол атаки, скорость и плотность воздушного потока. Каждый самолет имеет свою минимальную скорость, при которой он может взлетать и лететь, не падая. Так, минимальная скорость современных пассажирских самолетов находится в пределах от 180 до 250 км/ч. Для того чтобы подъемная сила смогла поднять в воздух Именно если такой самолетик с силой бросить вверх, он может далеко полететь, а если пустить слегка — упадет сразу же на землю. Значит, чтобы бумажный самолетик удерживался в воздухе, он должен постоянно двигаться вперед. Большие самолеты двигаются вперед за счет мощных двигателей, вращающих пропеллер. Быстро вращающийся пропеллер выбрасывает за себя огромные массы воздуха, обеспечивая поступательное движение самолета.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально.

При создании самолета крылу уделяется огромное внимание, потому что именно от него будет зависеть безопасность выполнения полетов. Глядя в иллюминатор, пассажир замечает, что оно гнется и вот-вот сломается. Не бойтесь, оно выдерживает просто колоссальные нагрузки.
Если откажет двигатель самолета - ничего страшного, самолет долетит на втором. Если отказали оба двигателя

История знает случаи, что и в таких обстоятельствах садились на посадку. Шасси? Ничего не мешает самолету сесть на брюхо, при соблюдении определенных мер пожарной безопасности он даже не загорится. Но самолет никогда не сможет лететь без крыла.

Почему самолеты летают так высоко?

Потому что именно оно создает подъемную силу. Высота полета современных реактивных самолетов находится в пределах от 5000 до 10000 метров над уровнем моря. Это объясняется очень просто: на такой высоте плотность воздуха намного меньше, а, следовательно, меньше и сопротивление воздуха. Самолеты летают на больших высотах, потому что при полете на высоте 10 километров самолет расходует на 80% меньше горючего, чем при полете на высоте в один километр. Однако почему же тогда они не летают еще выше, в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха еще меньше? Дело в том, что для создания необходимой тяги двигателем самолета необходим определенный минимальный запас воздуха. Поэтому у каждого самолета имеется наибольший безопасный предел высоты полета, называемый также «практический потолок». К примеру, практический потолок самолета Ту-154 составляет около 12100 метров.

Почему самолету нужно сжечь все топливо перед посадкой?

Резюмируя, можно сказать, что самолет дожигает топливо для того, чтобы нагрузка на шасси при посадке не превосходила максимальную, в противном случае шасси просто не выдержит.
При проектировании самолета (как гражданского, так и военного, кстати) и в частности его шасси всегда есть такой параметр, как максимальная посадочная масса. Совершенно очевидно, что это максимальная масса, которую выдержит шасси при посадке. Когда самолет готовят к выполнению задания в него заливают столько топлива, что бы долететь до запланированного места посадки + навигационный запас топлива. Когда все штатно, топливо не сливают. Если экипаж принял решение сажать машину, а ее масса превышает максимальную посадочную, то от топлива избавляются. Особенно часто такие ситуации происходят в случае серьезного отказа сразу после взлета. Так же следует заметить, что не все самолеты просто «дожигают» топливо, чтобы «сбросить вес», некоторые оборудованы системой аварийного слива топлива.

Многие боятся упасть вниз с высоты 10 км. Это невозможно из-за сильного давления под крыльями самолета. Он держится на воздухе не хуже, чем машина на шоссе. Его можно поставить на хвост, повернуть вокруг своей оси на 100 градусов, направить вниз — и если отпустить штурвал, то самолет просто будет покачиваться в воздухе, как лодка на волнах.

Часто, наблюдая за летящим в небе самолётом, мы задаёмся вопросом, как самолёт поднимается в воздух. Как он летит? Ведь самолёт значительно тяжелее воздуха.

Почему поднимается дирижабль

Мы знаем, что аэростаты и дирижабли поднимает в воздух сила Архимеда . Закон Архимеда для газов гласит: «Н а тело, погружённое в газ, действует выталкивающая сила, равная силе тяжести вытесненного этим телом газа» . Эта сила противоположна по направлению силе тяжести. То есть, сила Архимеда направлена вверх.

Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится в равновесии. Если же сила Архимеда больше силы тяжести, то тело поднимается в воздухе. Так как баллоны аэростатов и дирижаблей заполняют газом, который легче воздуха, то сила Архимеда выталкивает их вверх. Таким образом, сила Архимеда является подъёмной силой для летательных аппаратов легче воздуха.

Но сила тяжести самолёта значительно превышает силу Архимеда. Следовательно, поднять самолёт в воздух она не может. Так почему же он всё-таки взлетает?

Подъёмная сила крыла самолёта

Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Рассмотрим упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. По закону Бернулли, чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила , которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила.

Но в этом случае невозможно объяснить, почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму. Ведь здесь воздушные потоки проходят одинаковое расстояние, и разницы давлений нет.

На практике профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки . А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно закону сохранения импульса на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

Но эта модель, описывающая возникновение подъёмной силы, не учитывает обтекание верхней поверхности профиля крыла. Поэтому в данном случае величина подъёмной силы занижается.

На самом деле всё намного сложнее. Подъёмная сила крыла самолёта не существует как самостоятельная величина. Это одна из аэродинамических сил.

Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой . А подъёмная сила - это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая – сила лобового сопротивления. Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Полная аэродинамическая сила определяется как интеграл от давления вокруг контура профиля крыла:

Y – подъёмная сила

Р – тяга

dΩ – граница профиля

р – величина давления вокруг контура профиля крыла

n – нормаль к профилю

Теорема Жуковского

Как образуется подъёмная сила крыла, впервые объяснил русский учёный Николай Егорович Жуковский, которого называют отцом русской авиации. В 1904 г. он сформулировал теорему о подъёмной силе тела, которое обтекается плоскопараалельным потоком идеальной жидкости или газа.

Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока, что позволило учесть скос потока и получить более точное значение подъёмной силы.

Подъемная сила крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъемной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции.

Подъёмная сила

Плотность среды

Скорость потока на бесконечности

Циркуляция скорости потока(вектор направлен перпендикулярно плоскости профиля, направление вектора зависит от направления циркуляции),

Длина отрезка крыла (перпендикулярно плоскости профиля).

Величина подъёмной силы зависит от многих факторов: угла атаки, плотности и скорости воздушного потока, геометрии крыла и др.

Теорема Жуковского положена в основу современной теории крыла.

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.