Движущие силы полета

Другая группа терминов связана с обозначением физических сил, действующих на летящее тело. Тяга (thrust) – это сила, которая двигает машину вперед. В случае с самолетом - это вращение пропеллеров или толчок/усилие реактивного двигателя. Сопротивление (drag) –аэродинамическое трение, возникающее на корпусе машины. Его можно описать как сопротивление полету, которое замедляет/затормаживает поступательное движение. Подъемная сила (Lift) - это сила, которая удерживает летящее тело в воздухе. В простом примере с воздушным шаром, наполненным горячим воздухом, именно горячий воздух внутри баллона поднимает шар вверх. Для планирующих летательных аппаратов именно подъемная сила представляет собой сочетание аэродинамических факторов, которые удерживают аппарат в воздухе. Вес (weight) – простое влияние силы тяжести на машину. Чем тяжелее летящее тело, тем сильнее должно быть действие подъемной силы, чтобы удержать тело в воздухе.

Дав краткое описание комплексной структуры движущих сил полета, попробуем теперь описать весь процесс с использование перечисленных выше терминов. Язык – это наша движущая сила, без которой мы не сможем ни в чем разобраться. Есть очень хорошая история про двух человек, сидящих в пещере, которые пытались угадать, что происходит снаружи. Один человек ничего не видел, поскольку находился в полной темноте. Другой видел только тени на стенах пещеры, двухмерные отражения происходящего снаружи. Понимание полета очень похоже на эту историю, когда у нас, порой, не хватает нужных слов, чтобы описать, что испытывает человек во время полета. Язык терминов – это средство, с помощью которого мы начинаем понимать происходящее с нами в полете и выводит нас из пещеры на свет, чтобы мы сами могли все увидеть.

Сила тяжести

Сначала была сила тяжести. Все небесные тела оказывают определенное влияние на другие тела. Мы притягиваемся к земле, ближайшей к нам планете, с той же силой, как и все окружающие нас предметы. В отсутствии атмосферы все падающие тела будут приближаться к земле с одинаковой скоростью. Это рассчитал Галилей. То же самое было доказано на Луне в программе Аполлон, когда астронавты одновременно уронили молоток и перо. По доказанным земным законам они приземлились на поверхность одновременно. В таких условиях заставить какой-либо объект летать можно только применяя силу, направленную в сторону, противоположную направлению действия силы тяжести. Астронавтам пришлось вернуться на землю в ракете, которая, будучи направлена в сторону Луны, оказывала сопротивление силе тяжести и, таким образом, летела по направлению к Земле. Мы пока не живем на Луне. К счастью для нас всю Землю окружает относительно толстый слой воздуха. Именно благодаря этому газовому слою возможны различные варианты полета. Атмосфера - лучший друг всех любителей летать.

Первые попытки полетов, предпринятые человеком, основывались на принципе сопротивления, что позволяло смельчакам приземляться с высот практически безболезненно. Концепция была очень проста – при достаточном количестве поверхностного пространства атмосфера сама окажет достаточное сопротивление, чтобы снизить скорость снижающегося объекта. Мы наблюдали такой феномен в природе, так почему им не воспользоваться? Думаю, что это свойственно человеческой натуре: любопытство, может быть, и убило несколько кошек и оторвало носы нескольким Варварам в процессе обучения, по, в конечном счете, первый парашют позволил человеку приземлиться на землю.

Леонардо да Винчи первым описал эту концепцию на бумаге, что и позволяет считать, его изобретателем парашюта. Но я полагаю, что сама идея зародилась еще задолго до Леонардо, скорее всего у ребенка с богатым воображением. Тем не менее, основная концепция привела к созданию круглых парашютов, которые доминировали на всем протяжении двадцатого века. Однако, будущее – за парашютами, разработанными в соответствии с более мощными принципами аэродинамики.

Планирование (glide)

Братья Райт додумались до одного любопытного факта. Оказалось, что некоторые формы тел при поступательном движении вперед могут сопротивляться гравитации независимо от обычного сопротивления, оказываемого их поверхностью. Обладая достаточной «анти­гравитационной» силой, такие формы могут подниматься над поверхностью и лететь в воздухе. Эта сила является кульминацией нескольких физических явлений. В результате взаимодействия этих явлений современные парашютисты могут двигаться через воздушные массы быстрее, чем мы спускаемся. Траектория, по которой мы двигаемся в воздухе, называется коэффициентом планирования.

Коэффициент планирования определяется/выражается в отношении прогрессии поступательного движения к спуску. Другими словами, при коэффициенте «три к одному» мы сможем планировать в соотношении три мили полета на каждую милю спуска.

Механизм работы всех сил, обеспечивающих полет, очень сложен. Многие ученые посвятили свою жизнь изучению тех факторов, которые делают полет возможным. Мы постараемся взглянуть на весь процесс путем изучения каждого компонента этой сложной системы по отдельности. Начнем с очень простой движущей силы, которая называется тяга.

Тяга (thrust)

В авиации тяга – это вектор силы, приложенный в направлении, противоположном направлению движения самолета. Эта сила движет самолет вперед, позволяя аэродинамической форме крыльев и корпуса самолета создавать подъемную силу (lift) в противовес гравитации. У парашютов нет никаких видимых приспособлений для создания движущей силы, которая двигала бы их по воздуху. У них нет для этого ни пропеллеров, ни реактивных двигателей. Откуда, тогда, возникает тяга?

Стропы всех современных парашютов соединены с крылом таким образом, что передние стропы короче задних (см. рис.1). Такой зафиксированный угол несущей поверхности называется «угол атаки». Именно он и позволяет парашюту двигаться вперед во время планирования. Под действием веса парашютиста стропы натягиваются, что создает восходящий воздушный поток. Этот воздушный поток, созданный снижением, создает движение воздуха над несущей поверхностью, которая (что) отклоняет воздушный поток к задней части. Таким образом, возникает тяга, позволяющая парашюту двигаться вперед.

Рассмотрим другие составляющие такого феномена, как планирование. Иногда, чтобы понять, как можно выполнить какой-нибудь фокус, нужно разобрать его на все составляющие. Итак, приготовьте свои скальпели…