Почему самолет не падает —Род Мачадо Мы часто используем технику, не понимая до конца, как она работает. Когда я еще был молодым холостяком, родители подарили мне на день рождения пылесос. Через несколько месяцев моя мама позвонила и спросила, "Где ты покупаешь мешочки для своего пылесоса?" Я ответил, "Мешочки? Какие мешочки?" Откуда мне было знать, что этой штуке нужны еще и мешочки? У технологического невежества есть свои преимущества, но только не тогда, когда вы в воздухе. Чтобы стать пилотом, не нужно быть кандидатом "аэродинамических наук", но понимать некоторые базовые принципы, "удерживающие самолёт в воздухе", - не помешает, чтобы несколько продлить свой жизненный цикл. Вот почему этот наземный курс является самым длинным. Не бойтесь; глаза не вылезут от чтения из орбит и медицинская помощь по их вправлению не понадобится. Но я бы хотел, чтобы вы внимательно прочитали все материалы этого курса. Чтобы поднять в воздух самолёт, нужно сначала "подзаправить мозг" (для начала - небольшим количеством информации). Этот урок – точка отсчёта. Читайте и получайте удовольствие, потому что эти знания вам еще пригодятся. Да помогут вам четыре силы Нет, четыре силы это не рок группа 1960-х. Четыре силы это то, что поднимает и движет самолет в полёте. Четыре силы — подъёмная сила, сила тяжести, сила тяги (двигателя), и сила сопротивления — всегда присутствуют во время полета. Посмотрите на рисунок 1-1, который демонстрирует действие четырех сил.
Конечно, эти огромные стрелки на самом деле из самолета не торчат. Возможно, это разочарует тех, кто считает, что штаты раскрашены в синий и красный цвета, а их границы оконтурены линиями, по которым можно в полёте определить пролетели уже этот штат или нет. На самом деле, стрелки нарисованы чтобы показать: перед нами новая, очень соревновательная игра "не дай себя развеять на четыре стороны". Ваша задача как пилота состоит в том, чтобы найти оптимальное соотношение этих сил и удержать самолет в небе. Давайте посмотрим, что к чему. Подъемная сила Подъемная сила направлена вверх и возникает, когда крылья самолета начинают пронизывать воздух. При этом между нижними и верхними поверхностями крыльев образуется небольшая разность давлений. Вот эта разница и превращается в подъемную силу. Эта сила и поддерживает самолет в воздухе. Я осознал действие подъемной силы в четыре года, когда впервые посетил церковь. Поднос для пожертвований проплыл мимо меня, и я схватил пару блестящих штучек. Увидев это, мой дедушка стал гоняться за мной вокруг скамейки, и я подумал, "Вау, церковь, это так круто!" Поймав меня за ворот свитера, дедушка поднял меня фута на четыре, и вышвырнул на улицу. Подъемная сила дедушкиной руки, точнёхонько уравновесив мой вес, держала меня в воздухе. Крылья для самолета все равно, что дедушкины руки для меня — предоставляют подъёмную силу, чтобы возвыситься над обыденностью. Сила тяжести Сила тяжести тянет самолёт вниз. Её можно "регулировать" в определенной степени, меняя загрузку самолёта перед вылетом. Вес самолета, если не учитывать расход топлива, во время полета изменить довольно сложно. Как только вы взлетите, нельзя будет ни жечь груз, ни подсаживать пассажиров (или выбрасывать их). Незапланированный расход пассажиров по правилам ФАА (FAA, федеральная авиационная администрация США) запрещён, так что не допускайте этого, Бога ради. В равномерном, неускоренном полете (когда скорость и направление полёта самолета остаются постоянными), противоборствующие силы, подъемная и гравитационная, сохраняют равновесие. Тяга и Сопротивление Тяга это сила, направленная вперед и вызванная раскрученным двигателем пропеллером. Как правило, чем больше двигатель (то есть чем больше лошадиных сил он развивает), тем больше тяга, которую он производит, и тем выше скорость самолета, — до определенного момента. Движение "аэродинамически" наказывается сопротивлением. Сила сопротивления препятствует движению вперед и является простым следствием взаимодействия корпуса с молекулами воздуха. На нормальном языке (которым пилоты и инженеры редко пользуются), это сопротивление воздуха. Мало что Мать Природа дает бесплатно. Как любит говорить один мой приятель: "Если вы что-то получаете бесплатно, то вы просто пользуетесь чужой кредитной карточкой". Сила тяги разгоняет самолёт, а трение ограничивает его максимальную скорость. По мере того, как скорость самолета возрастает, сопротивление также растет. Из-за странностей природы, удвоение скорости ведет почти к четырехкратному увеличению сопротивления. По мере разгона сила сопротивления уравновешивает тягу и рано или поздно скорость становится постоянной. Мой первый автомобиль "Фольксваген Жук" хорошо был знаком с такими ограничениями. Его скорость была ограничена размером его двигателя. С четырьмя маленькими цилиндрами (только три из которых работали за такт), этот товарищ просто не мог разогнаться выше 65 миль в час. На Рисунке 1-2 показаны максимальная тяга и сопротивление при данной скорости.
Чтобы ехать медленнее, тяги требуется уже меньше, так как в этом случае и сила сопротивления становится меньше. На любой скорости, меньшей максимальной скорости автомобиля, имеющийся резерв мощности (тяги) можно использовать на другие нужды, такие как разгон и обгон других машин или на привод к портативной шарманке, если она у вас есть. То же самое справедливо и в отношении самолетов. В горизонтальном полёте (ГП) при скорости меньшей максимальной есть запас тяги (мощности), который можно использовать на разные нужды. Например, на выполнение одного из важнейших авиационных маневров — набора высоты. Так как вступление окончено, думаю, настало время ознакомиться с управлением самолетом. Управление Самолетом Если вы прирождённый пилот, то вы с нетерпением ждали этого момента. Ганди аплодировал бы вашему терпению (Ганди здесь нет, так что за него это сделаю я). На Рисунке 1-3 показаны три воображаемые оси вращения, проходящие через самолёт.
Используя средства управления, самолет можно заставить вращаться вокруг этих трех осей. Продольная ось проходит через центр самолета от его носа до хвоста. Самолеты переворачиваются (или кренятся) относительно продольной оси. Простой способ запомнить, где находится продольная ось - она самая длинная и тянется от хвоста до носа. В футболе пасс в бок называется поперечным пассом. Аналогично, поперечная ось идет в сторону, от одного крыла до другого. Самолеты наклоняются (отклоняются) вверх и вниз относительно этой оси. Вертикальная ось самолета проходит через кабину и днище. Относительной этой оси самолет "рыскает". Можно сравнить это движение с зевотой. Утром вы встаете вертикально и позевываете, оборачиваясь влево и вправо, вправляя хрустящие позвонки. Рассмотрим подробнее три главные средства управления, позволяющие поворачивать самолёт вокруг этих осей Элероны Элероны это подвижные поверхности на задней кромке крыльев. Они служат для накренения самолёта в ту сторону, в которую вы пожелаете. Когда штурвал поворачивается вправо, как показано на Рисунке 1-4, элероны синхронно отклоняются в противоположных направлениях (это вовсе не значит, что они сломаны).
Элерон левого крыла опускается, увеличивая подъемную силу левого крыла. Правый элерона поднимается, снижая подъемную тягу правого крыла. Это приводит к тому, что самолет кренится вправо. Когда штурвал поворачивается влево, как показано на Рисунке 1-5, поднимается элерон левого крыла, уменьшая подъемную силу левого крыла.
Элерон правого крыла опускается, увеличивая подъёмную силу правого крыла. Это приводит к тому, что самолет кренится влево. Элероны позволяют одному крылу развить большую подъемную силу и снизить её другому. Разница подъемных сил кренит самолет, что изменяет вектор всей подъемной силы. Руль высоты ("элеватор") Руль высоты это подвижная горизонтальная поверхность в задней части самолета. Предназначена она для задирания или опускания носа самолета (Рисунок 1-6), т.е. поворачивает самолёт вокруг его поперечной оси-оси тангажа.
Руль высоты работает по тому же принципу, что и элероны. Когда вы берёте штурвал на себя, как показано на Рисунке 1-6, руль высоты отклоняется вверх. В нижней части хвоста образуется область пониженного давления, которая тянет его вниз, и нос самолета поднимается. Самолет на Рисунке 1-7 показывает, что случается, когда штурвал отдают от себя, т.е. двигают его вперёд.
Руль высоты движется вниз, создавая в верхней части хвоста низкое давление, которое поднимает хвост. Нос вращается относительно поперечной оси и опускается. Короче говоря, чтобы поднять нос, потяните штурвал к себе, чтобы его опустить - отожмите штурвал. Есть еще одно средство управления, руль, отвечающий за устойчивость по курсу (rudder, читается "рАдэ"). Мы обсудим его действие позже, но пока что скажу, что он есть и все. Теперь, когда вы уже ознакомились с основными средствами управления, давайте мысленно перенесемся в самолет и обсудим такую важную вещь, как прямолинейный горизонтальный полет. Прямолинейный горизонтальный полет (ГП) Мы начинаем учиться прямолинейному горизонтальному полету, основному маневру в авиации. Из названия явствует, что это два разных маневра, не так ли? Так и есть. Прямолинейный полет означает, что нос самолета остается все время направленным в одном направлении и что крылья параллельны линии горизонта. Горизонтальный полет означает, что самолет не теряет и не набирает высоту. Рисунок 1-8 показывает, как выглядит прямолинейный горизонтальный полет с левого кресла, на котором обычно сидит пилот.
Не бойтесь, что на картинке перед нами горная гряда. Я с вами, и я хорошо умею уходить от гор. К слову сказать, я в этом специалист. Как определить, что вы летите прямо Итак, как же определить, что вы на самом деле летите прямо и горизонтально? Самый простой способ посмотреть на приборы или наружу через лобовое стекло (переднее окно), как изображено на Рисунке 1-8. Оказывается, верхняя часть панели практически параллельна дальнему краю горизонта. Это означает, что ваши крылья не накренены, и вы летите строго вперёд и не поворачиваете. Однако есть еще один способ определить, что вы летите прямо. Можете нажать на "хатку" джойстика. (Этот переключатель находится в центре, наверху ручки, возле вашего большого пальца) Если вы посмотрите из левого или правого окна, как показано на Рисунке 1-9, то можете убедиться, что крыло тоже находится на линии горизонта.
При прямом полете оба крыла должны быть на одинаковом расстоянии от земли (ориентируйтесь по линии горизонта, а не по горам). Как выдержать точное направление В настоящих самолетах я требую от своих студентов хорошенько покрутить шеей и посмотреть влево и вправо. Так можно определить на глаз, выровнены ли крылья, а также следить за движением за пределами кабины. Нет, я не имею в виду автомобильное движение, я имею в виду авиатраффик - пролетающие рядом самолёты. Однако в симуляторе не очень удобно постоянно переключать вид слева направо. Так что придется пользоваться авиагоризонтом. Авиагоризонт (указатель тангажа и крена), это верхний из шести главных навигационно-пилотажных приборов прямо перед вами (Рисунок 1-10).
Авиагоризонт это искусственная визуализация реального горизонта. Как следует из его названия, он показывает "горизонт" (тангаж и крен относительно горизонта). Верхняя половина авиагоризонта окрашена синим цветом (под цвет настоящего неба, а не такого, например, как над Лос - Анджелесом), нижняя - коричневая (как земля). Тонкая белая линия между этими цветами - линия условного горизонта. Пилоты используют этот прибор, если не видно настоящего горизонта или если им не удобно постоянно смотреть по сторонам (например, если вы летите на симуляторе). Двигая джойстик влево, вы наклоняете самолет влево, это опускает левое крыло к земле, как показано на Рисунке 1-11A.
С этого и начинается левый разворот (вираж). Следите за тем, как миниатюрный (с оранжевыми крыльями) самолётик (силуэт самолёта) на авиагоризонте тоже как бы наклоняет своё крыло влево. Говоря технически, не самолётик накреняется, а деталь авиагоризонта с изображением "неба" и "земли", которой управляет аппаратура, спрятанная за индикатором. Но, несмотря на это, вы всегда точно можете определить, насколько одно крыло ниже другого, лишь взглянув на оранжевый самолетик. (Все очень просто, потому что здесь только два положения – выбор не богат). Легко двигая джойстик вправо описанным выше способом, мы накреним самолёт вправо. Теперь крыло оранжевого самолетика направлено вниз, как показывает Рисунок 1-11B. Двигая джойстик то влево то вправо можно выровнять крылья по горизонту и вернуть самолет в режим прямого полета, как показано на Рисунке 1-11C. Изначально, если крылья не наклонены, самолет никуда не поворачивает. А теперь обсудим, куда вы направлены Есть еще один способ определить, прямо ли вы летите. Он предусматривает использование указателя направления, как показано на Рисунке 1-12.
Рисунок 1-12 изображает указатель направления (иногда это гирокомпас). Он расположен в середине нижнего ряда шестёрки главных пилотажно-навигационных приборов, о которых мы скоро поговорим. Воспринимайте этот индикатор как механический компас, который указывает направление до ближайшей точки маршрута. Обратите внимание на цифры на циферблате прибора. Добавьте по одному нулю к цифре каждого показания и узнаете направление самолета. Иными словами, "6" это на самом деле отклонение 60 градусов (произносится как "ноль-шесть-ноль"). Число "33" это 330 градусов. (Если произносить вслух, то будет "три-три-ноль" (градусов), для большей ясности, нужно быть предельно ясным в разговорах во время полета.) Цифры следуют с интервалом в 30 градусов. Между ними идут отметки через 5 (маленькие) - и 10 (по-крупнее) - градусов. Чтобы лететь в выбранном направлении, просто поверните самолет по самому короткому направлению, чтобы его достичь. Например, чтобы лететь на запад, разворачивайте нос самолета, пока компас не покажет направление W (Запад) (это направление в 270 градусов). Само собой, если курс не меняется, то вы летите прямо и не находитесь в развороте. Таков ещё один способ убедиться, что вы летите. Теперь, когда мы разобрались с "прямой" частью прямолинейного полета, давайте рассмотрим вторую, "горизонтальную". Как убедиться, что летим горизонтально Теперь поговорим о том, как меняется высота при поднятии или опускании носа. Когда вы поднимаете нос самолета, выбирая на себя ручку джойстика, самолетик на авиагоризонте также устремится вверх от белой линии, разграничивающей "землю" и "небо" – в голубую часть авиагоризонта, как показано на Рисунке 1-13A. Цена деления вертикальной шкалы пять градусов, так что читать их следует так (снизу вверх от линии искусственного горизонта) 5, 10, 15, и 20 градусов тангажа (соответственно и вниз от линии искусственного горизонта).
Теперь посмотрите на высотомер (альтиметр), который расположен справа от авиагоризонта (Рисунок 1-13B). Его самая большая стрелка (сто футов) будет двигаться по часовой стрелке, если нос самолёта задирается (при достаточной скорости). И так же, как у стрелки на часах, движение "по часовой" означает увеличение чего-то. В данном случае вашей высоты. Сразу под высотомером находится вариометр, или указатель вертикальной скорости (ВАР). Его стрелка движется вверх, если вы направляете нос самолета вверх, показывая быстроту набора высоты (Рисунок 1-13C). Это ещё один прибор, который покажет вам, что вы летите не на постоянной высоте (в данном случае вы её набираете). Когда джойстик возвращается в своё нейтральное положение, самолёт начинает лететь на постоянной высоте (если, конечно, самолет правильно оттриммирован — мы об этом скоро поговорим). Когда вы направите нос самолета вниз, маленький самолетик на индикаторе наклона тоже будет направлен вниз (к коричневому полю), как показано на Рисунке 14.
Стрелки высотомера начнут раскручиваться (вращаться против часовой стрелки), указывая на уменьшение высоты. ВАР также укажет на скорость снижения и его стрелка пойдет вниз. Справедливо заметить, что когда большая стрелка высотомера перестает двигаться, а скорость на ВАР становится равна нулю, то вы летите на постоянной высоте. Именно так пилоты и убеждаются, самолёт не "гуляет" по высоте. Чтобы поддерживать стрелки в одном положении, нужна практика (в реальной жизни они всегда немного колеблются). Средний пилот может гордиться, если ему удается держать высоту в пределах 100 футов от намеченной. К сожалению, когда я учился летать, мне казалось, что намного проще изменять намеченную высоту полета (пока, конечно, я не достиг совершенства в этом искусстве). В Интерактивном уроке вы потренируетесь летать прямо, удерживая крылья оранжевого самолётика параллельно линии горизонта. Отклонения по крену будете парировать, отклоняя джойстик в противоположном направлении. Также поупражняйтесь в поддерживании уровня полета, удерживая сто футовую стрелку высотомера неподвижно. Она не должна перемещаться, "гулять". Если она все еще движется легкими толчками джойстика измените угол наклона (тангаж) и выровняйте высоту. Это будет требуемый тангаж для поддержания постоянной высоты. Пришло время триммироваться? На самолеты действует целый набор аэродинамических сил. Некоторые из них пытаются задрать нос; некоторые пытаются наклонить его вниз. Тяга двигателя, распределение весов (центровка) и подъёмная сила это лишь некоторые из возможных сил. Чем это для вас чревато? Ну, если самолет тянет вниз, вы не сможете сидеть весь полет, изо всех сил оттягивая штурвал на себя. Шварценнегер гордился бы вами, но не я). К счастью, на самолетах есть нечто, называемое триммером, чтобы снять нагрузку с ручки управления (и с пилота тоже!). Посмотрим, как работает триммер, и затем разберемся, как им пользоваться. Как работают триммеры? Триммер это маленькая подвижная пластинка, прикрепленная к той поверхности (в нашем случае, это руль высоты), которой вы хотите управлять. Рисунок 1-15A показывает триммер и колёсико триммера, которым изменяют его угол отклонения (установки). В настоящих самолетах колёсико находится между двумя передними креслами или в нижней части панели инструментов (или слева от пилота на борту кабины, как на Як-52).
Отклонение триммера приводит к возникновению разницы давлений на конце управляющей поверхности, к которой он прикреплен. Этого давления оказывается достаточно, чтобы удержать нужное положение этой поверхности без того, что бы всё время поддерживать это положение штурвалом. Заметьте, что поверхность триммера отклоняется в направлении, противоположном движению управляющей плоскости. Если вы хотите отклонить руль высоты вверх (когда вы начинаете набор высоты), то триммер нужно отклонять вниз, как показано на руле A на Рисунке 1-15A. Чтобы удержать наклон руля высоты вниз (когда вы спускаетесь), триммер должен отклоняться вверх, как изображено на руле Б, Рисунок 1-15B.
Можете считать триммер эдакой рукой, которая поддерживает самолёт под нужным углом к линии горизонта и позволяет вам тем самым ослабить прилагаемое к штурвалу мускульное усилие. Контроллеры триммера можно найти на джойстике среди прочих рычажков и колесиков. Если на вашем джойстике нет клавиш триммера, можете использовать две клавиши на цифровой клавиатуре, чтобы держать нужный угол наклона корпуса. Клавиша END поддерживает наклон носа вверх, а клавиша HOME вниз (цифры 7 и 1 на номерной части клавиатуры, справа). Вот как нужно использовать триммер, чтобы удерживать самолёт в прямом и горизонтальном полёте. Сначала убедитесь в том, что самолет, возможно, уже правильно оттриммирован и летит прямо и горизонтально. Для этого немного ослабьте хватку руки на джойстике. И затем следите за стрелкой ВАР. Если она покажет на увеличение вертикальной скорости (нос вверх), нужно опустить нос самолета. Отжав рукоятку джойстика вперёд, верните самолет в горизонтальный полёт, стабилизируйте этот режим полёта (погасите колебания высоты), и затем нажмите HOME раз-другой, (или используйте колёсико или что там у вас назначено для триммера на джойстике). После этого, опять отпускайте джойстик и посмотрите, что произойдёт. Чем дольше (или больше раз) вы жмете на клавишу триммера, тем сильнее вы его отклоняете (на больший угол). Так что потерпите. Возможно, Вам придется повторить эту процедуру несколько раз, прежде чем стрелка вариометра застынет относительно горизонтально у нулевой отметки при снятом с рукоятки джойстика усилии. Если стрелка ВАР указывает на снижение (отклоняется вниз от нуля), возьмите джойстик немного "на себя", и зафиксируйте режим горизонтального полёта (ГП). Затем нажмите END на цифровой клавиатуре несколько раз, (или используйте колесо триммера на джойстике). Как только завершите процедуру, следите за ВАР. Повторяйте процесс триммирования, пока самолет не будет "сам" выдерживать режим ГП. Я предпочитаю для контроля результата триммирования использовать стрелку ВАР, так как она очень чувствительный. Я не имею в виду, что она начнёт возмущённо вопить, если вы скажете что-то нецензурное. Я лишь говорю о том, что она очень чувствительна к изменениям тангажа. Так намного проще определить отклонение от ГП. В следующем уроке я покажу, как триммировать самолёт в наборе высоты или снижении. У многих самолетов есть триммеры и для элеронов (для поддерживания крена). Возможно, даже ваш джойстик снабжён такой функцией. Самолёт обычно триммируют по крену, если топливо в крыльях вырабатывается неравномерно или если более тучные пассажиры сели по одну сторону самолета. Как бы хорошо ни был оттримирован самолёт, он часто продолжает "гулять" вверх и вниз, самопроизвольно изменяя высоту в пределах 100 футов. Ну, такова уж природа самолетов. Каждый летает так, как ему нравится и может погуливать по высоте, даже если его очень хорошо оттриммировали. Не мешайте им лететь, по крайней мере, пока они не отклонились слишком сильно. Ваша задача добиться от самолета как можно более стабильного поведения, чтобы не приходилось постоянно вмешиваться в управление и чтобы у вас, благодаря этому, было больше времени подумать о других важных вещах, таких как планирование полёта или выработка собственного стиля безаварийных полётов. Вы теперь можете с гордостью заявлять, что прошли первый урок. Эй, я вами горжусь! Теперь пора немного потренироваться. Нажмите "Лететь сейчас", чтобы потренироваться тому, чему вас только что научили. В следующем уроке наземной школы я познакомлю вас с принципами поворотов. |
