Устойчивость самолета

Бывало так, что самолет не мог совершать полет. Вот он быстро разбежался по аэродрому и ушел в воздух. Но вместо того чтобы плавно набирать высоту, он начинает проделывать непонятные маневры. Будто неведомая сила резко бросает самолет то вверх, то вниз. И летчику нужны мужество и мастерство, чтобы приземлиться обратно на аэродром. Чтобы уяснить, почему такой случай возможен, следует познакомиться с очень важным понятием устойчивости движения.

Про шарик, подвешенный на нитке, можно сказать, что он висит устойчиво. При этом мы подразумеваем, что, если шарик отклонить, он сам вернется в прежнее устойчивое положение. А вот поставить на стол торцом карандаш не так-то просто. При слабом дуновении воздуха карандаш упадет - его положение неустойчиво.

Понятие устойчивости можно распространить и на движение любого тела, в том числе и самолета (математическая теория устойчивости движения была разработана А. М. Ляпуновым). Движение, в том числе и полет самолета, называют устойчивым, если при порывах ветра машина сама, без вмешательства летчика, стремится сохранить свое прежнее движение. Для этого нужно, как показано на рисунке 16, расположить центр тяжести впереди аэродинамического фокуса самолета, т. е. той точки, где приложена суммарная подъемная сила при изменении угла атаки. Тогда, если по каким-нибудь причинам самолет увеличил свой угол атаки (например, снизу подул ветер), подъемная сила сначала увеличится и самолет начнет подниматься. Но это же увеличение подъемной силы создаст такой момент относительно центра тяжести, который и без вмешательства летчика уменьшит угол атаки самолета опять до прежнего значения.

Рис. 16. Силы, действующие на самолет.

Горизонтальное оперение можно поместить и спереди (такая схема самолета называется "уткой"), а крыло при этом сдвинуть назад. Но вертикальное оперение для устойчивости необходимо размещать на хвосте. Так же устроен и воздушный змей: роль вертикального оперения играет у него веревочный хвост. А без хвоста змей и летать не будет.

Когда самолет устойчив и хорошо управляем, он может легко и безопасно совершать различные маневры. Простейший маневр - это разворот, или вираж. Летчик накреняет самолет в сторону поворота, например влево, и составляющая подъемной силы будет разворачивать самолет в ту же сторону. Но чтобы самолет при этом не опустился вниз, надо увеличить подъемную силу. Летчик одновременно с отклонением ручки управления влево тянет ее на себя и тем самым увеличивает угол атаки.

При этом летчик почувствует, что его сильно прижимает к сиденью. Иными словами, он испытывает перегрузку. Чем интенсивнее разворот, тем больше требуется угол крена и тем больше перегрузка. В горизонтальном полете перегрузка равна единице, при угле крена 60° - двум, 70° - трем, а 80° - уже шести! Перегрузки возникают при любом маневре самолета, если при этом изменяется подъемная сила, т. е. возникает ускорение. Для легких маневренных самолетов допускается максимальная перегрузка -10, а для тяжелых или пассажирских - около 2.

Тренированный летчик длительное время легко переносит перегрузку, равную 5, а если она действует долих секунды, то 15 и даже 20. Легкие самолеты могут совершать много фигур высшего пилотажа (рис. 17). Высший пилотаж зародился в 1913 г., когда русский летчик П. Н. Нестеров и французский пилот А. Пегу почти в один и тот же день выполнили "мертвую петлю", или, как ее теперь называют, петлю Нестерова. Когда скорость самолета была небольшой, высший пилотаж применяли не только для спорта или тренировки летчика, но и в воздушных боях между истребителями.

Рис. 17. Фигуры высшего пилотажа.

Но с повышением скорости сильно возрастает радиус разворота. При скорости 500 км/ч радиус разворота около 600 м, а при скорости 1800 км/ч уже около 8 км. При таком развороте легко потерять из виду противника.

Наиболее опасная фигура высшего пилотажа -штопор. Угол атаки при штопоре доходит до 70°. Плавное обтекание крыла и оперения нарушается, и отклонение рулей малоэффективно. Поэтому вывести самолет из штопора иногда бывает очень трудно.

перейти к началу страницы