чем поворачивает самолет в воздухе
Как самолеты поворачивают в воздухе
Наверняка многим пассажирам приходилось становиться свидетелем того, как пилот разворачивает в воздухе их самолет. Однако чаще всего этот процесс не слишком заметен для людей, не разбирающихся в устройстве авиасудна, ведь нам просто кажется, что полет продолжается так же, как и до этого. Правда, пилоты в это время проделывают трюк с элеронами — частями крыла, которые могут двигаться. Ниже мы рассказываем, для чего же самолеты нужно разворачивать в небе и как на это влияют элероны.
Зачем необходима способность поворота
С земли нам кажется, что сама возможность совершать поворот для лайнера в воздухе как-то нелогична, ведь создается впечатление, что он всегда всегда летит по прямому маршруту. Однако такая способность очень важна, так как она влияет на множество аспектов в управлении самолетом.
Так, в воздухе чаще всего разворот авиасудна происходит по аварийным причинам. Например, если на борту случается какая-либо чрезвычайная ситуация, то может потребоваться экстренная посадка рейса. Сюда относятся проблемы со здоровьем у человека, находящегося на борту, когда работники рейса не в состоянии ему помочь. Тогда пилот направляет лайнер к ближайшему аэропорту, где человеку оказывают медицинскую помощь.
Также часто можно наблюдать, как самолет долгое время может просто кружить в воздухе над посадочной полосой. Это значит, что пилот по каким-либо причинам пока что не может совершить посадку. Так, он может просто дожидаться разрешения на это действие, либо же сжигать специально топливо, наличие которого не позволяет начать спуск. Во всех этих случаях пилоты так или иначе разворачивают лайнер в воздухе.
Физика решает все
То, как происходит поворот, объясняет физика. Так, на лайнер всегда действуют некоторые силы. Когда он движется прямо и с постоянной скоростью, то само продвижение обеспечивается силой тяги. А чтобы повернуть судно, необходима сила, действующая перпендикулярно относительно направления его движения. В этом как раз и выручают элероны.
Они представляют собой части крыла, которые расположены на самих кромках. Они могут двигаться в зависимости от того, в какую сторону нужно сделать разворот. Так, если поднять один, а другой опустить, то на последнем подъемная сила увеличится, и лайнер начнет как бы закручиваться вокруг своей оси.
Также предлагаем ознакомиться с тем, как самолеты перемещаются на суше.
А вы когда-нибудь видели, как разворачивают самолет?
Как летает самолет
Самолет может подняться в воздух, в том случае, если подъемная сила, возникающая при обтекании крыла воздухом превысит силу тяжести.
Для того, чтобы поднять самолет в воздух и получить требуемую подъемную силу, необходимо обеспечить обтекание крыла потоком воздуха, значит самолету для полета необходима скорость.
Самолет разбегается по взлетной полосе и, когда величина подъемной силы будет выше силы тяжести отрывается от земли. Попробуем разобраться, как возникает подъемная сила?
Аэродинамическая сила
При обтекании потокам воздуха пластины, расположенной параллельно линиям тока из-за разности давлений и сил трения, возникает аэродинамическая сила. В данном случае обтекание пластины потоком воздуха симметричное.
Несимметричным оно станет в том случае, если пластину наклонить, возникающая аэродинамическая сила будет направлена под углом к потоку. Угол наклона пластины называют углом атаки.
Разложим аэродинамическую силу на две составляющие:
При увеличении аэродинамической силы будут возрастать как вертикальная, так и горизонтальная составляющая.
Подъемная сила позволяет поднять самолет, а сила лобового сопротивления действует против направления его движения, то есть тормозит его.
Возникновение подъемной силы на крыле самолета
Наиболее благоприятным будет вариант, при котором, при малой силе сопротивления подъемная сила будет большой. Это позволит снизить потребную мощность двигателей, и расход топлива. Для этого создаются крылья несимметричного профиля.
Подъемная сила возникает при несимметричном обтекании профиля крыла потоком воздуха.
Струйки потока обтекают крыло сверху и снизу по разному.
При обтекании верхней выпуклой поверхности крыла из-за инертности струйки воздуха сжимаются, и в соответствии с уравнением неразрывности, скорость движения частиц воздуха.
В результате разницы давлений под крылом и над крылом возникает подъемная сила. Когда подъемная сила будет больше силы тяжести самолет взлетает.
Механизация крыла
Увеличение подъемной силы связано и с увеличением силы лобового сопротивления. Чем выше скорость самолета, тем сильнее сила лобового сопротивления будет тормозить его. Поэтому для полета на больших скоростях необходимо крыло, не вызывающее значительное лобовое сопротивление, подъемная сила у такого него также будет невелика, но когда самолет набрал высоту большая подъемная сила и не нужна.
Для полета на малых скоростях необходимо такое крыло, которое обеспечит максимальную подъемную силу, сила лобового сопротивления такого крыла выше, но на малых скоростях это не так критично.
Получается, что для того, чтобы взлетать на малой скорости, а проводить полет на большой скорости, самолету нужны крылья с разным профилем, или, как минимум, крыло с разными характеристиками. Получить необходимые характеристики на разных этапах полета помогают элементы механизации крыла:
Закрылок
Отклоняемый элемент механизации, расположенный на задней кромке крыла называют закрылком.
Выпуск закрылков позволяет значительно увеличить подъемную силу,при этом возрастает и сила лобового сопротивления.
Закрылки позволяют самолету взлететь на меньшей скорости, и совершать полет на малых скоростях.
Для набора скорости в полете сопротивление необходимо уменьшить, поэтому сначала угол наклона закрылков уменьшается, а затем они и вовсе убираются. В убранном закрылок составляет часть профиля крыла.
В режиме посадки, возрастающее сопротивление при выпуске закрылков позволяет снизить скорость самолета, а возросшая подъемная сила обеспечивает устойчивый полет при снижении скорости.
Предкрылок
Элемент механизации крыла, расположенный на его передней кромке, предназначенный для управления пограничным слоем называют предкрылком. Различают фиксированные предкрылки, жестко связанные с крылом и автоматические предкрылки, которые могут быть прижаты к крылу или выдвинуты в зависимости от угла атаки.
Щиток
Наклон щитка позволяет увеличить подъемную силу. Возрастающее сопротивление позволяет снизить пробег при посадке самолета.
Элементы управления
Вертикальное оперение позволяет обеспечить балансировку, устойчивость и управляемость самолета.
Оперение самолета составляют из неподвижные и подвижные элементы:
Действие рулей основано на изменении аэродинамической силы, при изменении угла наклона по отношению к направлению движения потока воздуха. При изменении угла наклона возникает аэродинамической силы, которая, благодаря плечу относительно центра тяжести самолета, создает вращающий момент.
Руль высоты
При перемещении руля высоты в противоположном направлении, нос самолета опускается вниз, угол тангажа становится отрицательным, самолет пикирует.
Руль направления
При изменении положения руля направления, за счет возникающей аэродинамической силы, появляется момент, поворачивающий самолет относительно нормальной оси. С помощью руля направления можно изменяется угол рысканья самолета.
Руль направления чаще всего используется для корректировки курса самолета при разбеге или пробеге при посадке.
Элероны
Вид криволинейного полета, служащий для изменения направления называют виражом. Для осуществления виража самолет необходимо изменить угол крена, сделать это позволяют элероны.
Элемент управления самолета, расположенный на задней кромке крыла называют элероном.
При крене самолета, из-за изменения режима обтекания крыла, создается центростремительная сила и самолет начинает двигаться по кривой, но демпфирующий момент вертикального оперения противодействует развороту. Для выполнения виража необходимо не только накренить самолет, но и отклонить руль направления в сторону виража, увечить тягу двигателя.
Краткий курс как управлять самолетом
Сразу скажу что не мое. Найдено на просторах интернета. Понравилось. Решил запилить сюда.
Рекомендуемый тип самолета — небольшой двухмоторный самолет типа Л-410 или ЯК-40. Метод может быть применен и к другим типам самолетов.
1. При планировании полета рекомендую взять с собой GPS-навигатор, и снять им координаты начала и конца взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэропорта приземления. Приборчик облегчит поиск аэропорта и заход на посадку. На борту есть и штатные навигационные приборы — «привода», но вы не умеете ими пользоваться, поэтому придется лететь по навигатору. Если заранее снять координаты начала и конца ВПП не смогли, настройте рацию на частоту «контроль» аэропорта приземления и попросите продиктовать вам эти координаты. Также на борту можно поискать атлас карт со схемами заходов на посадку всех ближайших аэродромов. На картах должны быть координаты.
2. Садимся в кабину в левое кресло — в нем обычно сидит командир воздушного судна.
3. Перед нами штурвал и огромное количество непонятных приборов и органов управления. На самом деле все приборы подписаны на русском языке.
4. Сверху над головой огромное количество тумблеров. Включаем их все вверх, затем выключаем явно не обязательные — например, освещение салона, вентилятор и т.п.
5. У правой руки находим два рычага РУД — рычаги управления двигателем. Проверяем, что они установлены в режим малого газа — почти до конца на себя.
6. Предполагаем, что самолет заправлен некоторым количеством топлива, которого может быть хватит на запланированный полет. Также предполагаем, что самолет был правильно припаркован и находится на «ручном тормозе» (который на самом деле обычно управляется ногой).
7. Ищем (обычно под маленькими стеклянными крышечками) две кнопки запуска двигателей. Сначала нажимаем одну, ждем, когда двигатель раскрутится и запустится. Затем жмем вторую.
8. Под ногами видим две педали. При движении по взлетно-посадочной полосе этими педалями нужно рулить влево-вправо. Как на танке — правая педаль тормозит правую стойку шасси. Левая — левую стойку. Какую стойку затормозить педалью — в ту сторону самолет при разбеге и начнет доворачивать.
9. Штурвал, похожий на руль автомобиля, отклоняется вперед и назад, а также крутится как руль влево-вправо. При движении на Земле штурвал не используется и должен находиться в нейтральном отпущенном положении.
10. Перед взлетом нужно найти рычаг управления закрылками — так называемой механизацией крыла (всё подписано!) При необходимости (если долго не можете найти нужный орган управления — поищите книжечку РЛЭ — руководство по летной эксплуатации самолета — она всегда должна быть где-то на борту). Закрылки установите на угол, близкий к максимальному. Примерно 30-40 градусов.
11. Самолет взлетает на скорости примерно 195-215 километров в час, а садится на скорости примерно 185-195 километров в час. При меньшей скорости самолет попадет в полный срыв потока и упадет. Поэтому в течении всего полета нужно четко следить за скоростью. Желательно в правое кресло посадить друга, который бы в течении взлета и посадки непрерывно произносил фразу: «Скорость 210 высота 35…скорость 215 высота 25…» Это вам поможет не отвлекаться на приборы скорости и высоты, и при этом сосредоточиться на органах управления самолетом.
12. Перед взлетом нужно обнулить прибор-высотомер. Дело в том, что высотомер работает на принципе замера атмосферного давления, которое уменьшается с ростом высоты. Так как давление само по себе может изменяться в течении суток, нужно перед взлетом установить текущее атмосферное давление на высоте аэродрома, и проверить, чтобы высотомер показывал ноль метров высоты.
13. Заранее установите радиостанцию на частоту «круга» — для связи с диспетчером того аэропорта, куда вы планируете улететь. Это нужно, чтобы перед посадкой запросить атмосферное давление (для корректировки высотомера под аэропорт приземления), да и в случае необходимости чтобы вам по рации опытный пилот давал подсказки на приземлении, если у вас возникнут трудности.
14. Теперь всё готово к взлёту. Закрепите GPS-навигатор, чтобы он не упал в полете, пристегните ремни, наденьте наушники.
15. Взлетать (и садиться) нужно обязательно против ветра. Поэтому определите, с какой стороны относительно ВПП дует ветер. Пусть ветер будет немного боковой, главное выберите один из двух торцов ВПП, чтобы при взлете ветер дул вам в лицо, а не в спину.
16. РУДы подайте вперед на треть или половину хода, ногой снимите самолет с «ручного» тормоза. Самолет покатится по рулежной полосе. Если скорость мала — подайте РУДы чуть вперед. если скорость великовата — РУДы подайте назад и обеими педальками одновременно притормозите катящийся по полосе самолет. Для поворота налево нажмите левую педальку и отпустите правую. Для поворота направо — нажмите правую педальку и отпустите левую. Выкатывайтесь в начало ВПП и останавливайтесь, нажав на обе педальки одновременно и убрав РУДы на минимум газа (назад).
17. Не беспокойтесь. Взлет не так страшен — страшнее будет посадка.
18. Осмотритесь — свободна ли ВПП.
19. Взлёт: РУДы максимально вперед, двигатели заревут, отпускайте обе педали — покатились. Слегка подруливайте педалями, чтобы при разбеге оставаться по центру ВПП.
20. Следите за скоростью. Как только она превысит 200-210 километров в час, плавно потяните штурвал на себя и ждите отрыва от земли. ВАЖНО! Так как самолет упадет на землю на скорости 185 километров в час, нужно при взлете не допустить снижения скорости ниже 200! Когда вы тянете штурвал на себя, нос самолета задирается вверх, и крылья тормозят, самолет снижает скорость. Двигатели при этом разгоняют самолет. Важно не слишком сильно тянуть штурвал на себя, чтобы тяги двигателей хватало на увеличение скорости. Если скорость начала падать — приотпустите штурвал в нейтральное положение (чуть вперед). Если скорость растет — для набора высоты чуть подтяните штурвал на себя. Балансируйте штурвалом, чтобы и скорость не падала ниже 200. и высота росла при этом. Ваш помощник (второй пилот) всё это время будет вслух непрерывно произносить вам текущие скорость и высоту.
21. Помните, что взлет вы выполнили с выпущенными закрылками. На выпущенных закрылках можно лететь только с небольшой скоростью. Если вы разгонитесь слишком сильно — закрылки сломаются. Закрылки при взлете и посадке помогают лететь с минимальной скоростью, и при этом не допустить полного срыва потока и сваливания самолета в плоский штопор. Если на закрылках самолет летит еще не сваливаясь на скорости 185-200 км/ч, то без закрылок он может свалиться на скорости 210-230 км/ч. Поэтому сразу после взлета, пока закрылки выпущены, не превышайте скорости 260-270 км/ч. Если скорость доросла до 260 км/ч, посильнее потяните штурвал на себя — вы будете быстрее набирать высоту, но скорость при этом снизится, и закрылки не сломаются. Если вы уже набрали метров 500, можете немного уменьшить угол выпуска закрылков — примерно до 15-20 градусов. После уменьшения угла закрылков можно разограться уже до 300 километров в час. После чего можно совсем убрать закрылки и продолжить разгоняться. Но я рекомендую так и лететь на небольшом угле закрылков градусов 10-15, не разгоняясь больше 340 и не снижая скорость меньше 290 километров в час — чтобы у вас было больше времени на обдумывание ваших действий.
22. После набора высоты, отпустите штурвал в нейтральное положение. Чтобы самолет не слишком разгонялся, уберите немного газа потянув РУДы назад — примерно в положение 85% от максимального хода РУДов вперед. Если скорость великовата — потяните РУДы немного назад, если скорость падает до минимальной границы диапазона (290-340 км/ч) — подайте РУДы немного вперед.
23. Также у Вас есть ИНТЕРЦЕПТОРЫ — воздушные тормоза. Управляются они педальками. Обе педальки вместе нажали — из верхней части крыла вылезут закрылки, которые слегка начнут тормозить самолет об воздух, скорость начнет падать.
24. Теперь Вам нужно развернуться в направление полета к аэропорту назначения. Смотрите на Ваш GPS-навигатор. Чтобы самолет повернул, нужно действовать одновременно двумя органами управления: Например, для поворота направо нужно одновременно слегка нажать правую педальку и слегка повернуть штурвал как руль автомобиля вправо. Поворачивая штурвал вправо как руль, Вы накрениваете самолет вправо — правое крыло опускается, левое — поднимается. Но самолет еще не особо стремится повернуть вправо — нужно дополнительно нажать на правую педальку — на правом крыле выйдет воздушный тормоз, а на левом — нет. Самолет начнет поворачивать вправо: правое крыло начнет замедляться, левое — обгонять. Нельзя действовать только поворотом руля (штурвала) без педальки, а также нельзя нажимать только на одну педальку без одновременного поворота штурвала в ту же сторону. Потому что при нажатии только на одну педальку самолет начнет поворачивать вправо и опрокинется на левый бок, вы полетите кверх ногами (о воздушной аэробатике и высшем пилотаже на самолете я расскажу в слудующем мастер-классе, не здесь). Если вы только повернете штурвал вправо как руль без педальки — самолет накренится вправо и может свалиться на крыло — ведь проекция крыла на землю будет уменьшаться, и самолет начнет падать! Только одновременный поворот руля и нажатие педальки позволят развернуть самолет в нужную сторону.
25. При развороте постоянно следите за скоростью — во время разворота она обычно падает. Поэтому, если при развороте скорость приближается к минимальной из интервала (290-340 км/ч), увеличьте газ перемещением РУДов вперед. При росте скорости уменьшите газ перемещением РУДов назад. В повороте старайтесь не тянуть штурвал на себя и не отдавать от себя — поворачивайте в нейтральном положении. Есть и дополнительные методы поворота — без педалей (поворот штурвала вправо как руль и одновременное затягивание штурвала на себя), но в краткий курс управления самолетом дополнительные методы не входят.
26. Заранее перед подлетом к аэропорту назначения определите ориентацию ВПП относительно вас. Вам нужно подлететь к ВПП с торца. При этом, обязательно против ветра. Свяжитесь по рации с аэропортом и запросите у диспетчера погоду — направление ветра. Обычно все частоты диспетчеров всех окружающих аэропортов есть в специальной книжечке, которая находится на борту. Поищите ее и настройте рацию на диспетчера «Контроль», «Подлет», или «Круг». В Вашей ситуации пофиг с каким диспетчером вы свяжетесь — другого шанса на посадку всё равно не будет. Выясните направление ветра. Учтите, что в авиации ветер дует в противоположную сторону — если вам скажут ветер Северный, на самом деле ветер будет южным. Мы граждане привыкли ветер называть северным, если он дует с севера, а в авиации ветер называется северным, если дует с юга на север! Узнайте направление ветра в градусах и определите по навигатору, с какого торца ВПП вам нужно заходить на посадку, чтобы ветер дул в лицо, а не в спину. Выберите точку с того конца ВПП, с какого будете садиться, на расстоянии километров 100, летите в эту точку. В ней разворачивайтесь в направление аэропорта. У вас в запасе будет минут 15-20 подлета (с вашей скоростью), за это время вы, руководствуясь навигатором, должны выровнять ваш самолет, чтобы он летел строго в торец ВПП прямо по оси расположения ВПП. При необходимости доворачивайте влево-вправо, выравниваясь по оси ВПП и летя строго в ее торец.
27. Запросите диспетчера по рации об атмосферном давлении в аэропорту посадки, и на высотомере выставьте давление аэропорта посадки — чтобы высотомер показывал правильную высоту над ВПП аэропорта посадки. Этот пункт забыли сделать польские пилоты во время авиакатастрофы президентского самолета. Не забудьте вы!
28. Перед снижением нужно одновременно снизить скорость и довыпустить закрылки (механизацию крыла) до уровня 35-45 градусов. Переместите РУДы немного назад, скорость начнет плавно падать, и по мере ее падения потихоньку выпускайте закрылки, чтобы к скорости 240-260 км/час закрылки были выпущены на угол около 40 градусов. Если при этом скорость падает ниже — добавляйте газ перемещая РУДы вперед. Если скорость не падает, убавляйте газ перемещая РУДы назад.
29. Теперь всё готово к посадке. Снижение. Чуть уменьшите тягу двигателей. Скорость начнет падать, и самолет потихоньку начнет снижаться. Чуть (аккуратно!) оттолкните штурвал от себя — снижение усилится, но скорость при этом начнет расти. Слегка поджимая обе педальки вместе, аккуратно притормаживайте растущую в снижении скорость воздушными тормозами. Если скорость растет сильно — еще уменьшите тягу двигателей чуть потянув РУДы назад. В кабине есть приборчик, показывающий скорость снижения — в метрах в секунду. Найдите его и держите значение в пределах 2-7 метров в секунду. Если скорость снижения выше 7 м/с — переместите штурвал на себя и готовьтесь добавлять падающую скорость, чтобы она не упала ниже 240 км/ч. Добавлять падающую скорость можно отпустив обе педали тормоза, а если это не помогает — чуть увеличив газ перемещением РУДов вперед. Если скорость снижения ниже 2 м/с, чуть сильнее оттолкните штурвал от себя и готовьтесь снижать растущую скорость. Снизить растущую скорость можно поджав обе педальки тормоза, а если это не помогает — переместите РУДы назад, чтобы снизить тягу двигателей. Снижайтесь до высоты 80 метров, на которой прекратите снижение. Чтобы прекратить снижение, нужно отпустить штурвал в нейтральное положение, отпустить педали воздушных тормозов, и небольшим добавлением газа РУДами добиться полета без снижения и без набора высоты, и при этом не выйти на пределы скоростей 240-260 км/час. Если снижение продолжается, чуть потяните штурвал на себя, и РУДами регулируйте скорость. Если начался набор высоты — чуть оттолкните штурвал от себя и регулируйте скорость РУДами, а также притормаживайте интерцепторами — воздушными тормозами (педальками). И так и летите до того, как глазами увидите ВПП. Высоту 80-100 м поддерживайте штурвалом вперед-назад, при этом скорость поддерживайте РУДами и педальками.
30. Пока приближаетесь к ВПП, осмотрите РУДы. На них должен быть рычаг реверса. Он выглядит как откидывающийся от РУДа сзади рычажок, на нем должна быть надпись Реверс. Сразу после касания ВПП вам потребуется ввести в действие реверс, обдумайте как вы это будете делать. При касании нужно полностью убрать газ быстро потянув РУДы назад, затем вытащить с РУДа назад-вверх рычажок реверса, и прямо за рычажок реверса, поднятый вверх, снова быстро толкнуть РУДы вместе с поднятым рычажком реверса вперед на максимум. Но это будет только после касания шасси. Кстати, шасси после взлета мы не убирали — специально чтобы при посадке не отвлекаться на них. Мы специально не убирали до конца закрылки и не разгоняли самолет выше 340 км/ч. На бОльших скоростях шасси тоже могут сломаться. Мы летели потихоньку с выпущенными шасси, и теперь всё готово к посадке.
31. Вы увидели вдали торец (начало) ВПП за несколько километров. Вам нужно приступить к снижению до минимума, чтобы сразу в начале полосы коснуться ее и приземлиться. Уже нужно снизиться до высоты 20 метров, чтобы не перелететь ВПП. Больше опасности перелететь, чем недолететь. Важно на бреющем полете не задеть деревья перед торцом ВПП. Чуть уменьшите тягу РУДами, чуть отклоните штурвал от себя (не обязательно — самолет и без штурвала может приопустить нос и пойти на снижение как только вы снизите газ РУДами) чуть придавите педальки, тормозя самолет, чтобы не превысить скорость 240 км/час. На этой стадии снижения (на глиссаде) вам нужно одновременно снижать скорость самолета еще сильнее — до 200 км/час, но не ниже. Второй пилот (ваш друг) постоянно должен произносить скорость- высоту, а также третий параметр — скорость снижения! Скорость снижения на глиссаде должна быть не более 1-3 метров в секунду. Снижайтесь до высоты 20 метров, а непосредственно перед торцом — и до 10, 5 метров… В самом начале полосы высота должна быть 3 метра, скорость 190-200 км/ч. Убирайте РУДы в положение 20-30% от их хода, подтяните штурвал на себя — самолет сделает подушку (замедлится скорость снижения), также начнет снижаться скорость, самолет встретит полосу на скорости 180-185 км/час. Сразу после касания задвиньте РУДы назад до отказа, выдергивайте вверх рычаг реверса, и прямо за него вместе с ним снова РУДы вперед до отказа. Реверс начнет тормозить самолет. А Вы помогайте тормозить двумя педальками одновременно. Если самолет начнет уходить с центра полосы — теми же педальками рулите — для подруливания направо — отпустите левую педальку и подожмите правую. для подруливания налево отпустите правую педальку и подожмите левую. Для торможения нажмите обе педальки одновременно. После снижения скорости убирайте РУДы назад до отказа, продолжайте сбрасывать остаточную скорость педальками до полной остановки.
32. Поставьте самолет на ручной тормоз специальной педалькой чуть выше основных педалей.
33. Ожидайте подъезда полиции, которая уже выехала Вас арестовывать.