Аэродинамический профиль – или по-нашему – крыло


agregativnoj-stjkost-koagulyacya.html
agregatnie-sostoyaniya-veshestva.html

На самой заре авиации, энтузиасты только лишь могли чертить схемы, рассчитывать траектории и размышлять о потоке – но всё это делать лишь на земле – небо очень долго было лишь территорией птиц. Было создано очень много механизмов, повторяющих движение птиц, но ещё до полёта они уже терпели фиаско – управление такими механизмами было очень сложно как с механической, так и с аэродинамической точки зрения.

Если бы вы посмотрели на крыло птицы в разрезе, вы бы заметили, что оно хитрым образом изогнуто – верхняя поверхность как бы закруглена, в то время как нижняя – более плоская, и передняя кромка – практически полукруг, а задняя – заострена. Такая форма получила название – аэродинамический профиль – все крылья, будь то у самолёта, купола или у болида формулы 1 – все являются такими вот аэродинамическими профилями, лишь с небольшими изменениями. Так вот, на заре авиации, самые умные и наблюдательные, не лукавя – просто скопировали такую форму крыла птицы, подогнав лишь её под свой размер и вес. Как ни странно, но это сработало – ведь многие большие птицы могут просто часами парить в воздухе, без необходимости махать своими крыльями (это, кстати, и послужило основным толчком к размышлению).

Такой результат не мог не вдохновить испытателей на новые подвиги – стало известно, что если взять такой аэродинамический профиль и с хорошей скоростью разбежаться с горы – то он потянет тебя вверх, и довольно сильно. Самое интересное, что никто толком тогда не мог объяснить, почему так, но со временем, из множества теорий и догадок стало формироваться стандартное на сегодняшний день объяснение.

Как мы уже знаем, один из двух главнейших компонентов подъёмной силы является угол атаки – как только мы установим наше крыло под хоть каким-либо малейшим углом атаки – подъёмная сила появится автоматически. Причём наше крыло может быть даже не таким красивым как у птицы – оно может быть даже плоским (например, дверь гаража – вы никогда не замечали, как она стояла, себе, стояла, потом каак – грюкнет! – это значит, ветер подул под эффективным углом атаки!). В общем, угол атаки – это наш большой друг, и мы должны очень хорошо его знать и оценивать.

Вторым по уникальности эффектом аэродинамического профиля является разность давлений воздуха, в момент, когда оно огибается набегающим потоком- давление над крылом будет всегда существенно меньше, чем под ним. Области низкого давления природа всегда пытается заполнить – так уж она устроена – именно поэтому дуют ветры в сторону районов с низким давлением, именно поэтому природа и тут будет пытаться восполнить недостаток давления над крылом. Так уж получается. Природа любит баланс. Собственно говоря, эта вот сбалансированность и необходимость заполнения области с низким давлением над крылом и заставляют крыло подниматься вверх, формируя подъёмную силу.



На первый взгляд трудно понять, почему же сверху получатся низкое давление. Для полноты картины нам придётся обратиться к одному из фундаментальных законов аэродинамики – закону Бернулли. Как-то раз, много лет назад, два смышлёных брата вдруг заметили, что давление воздушного потока напрямую зависит от его скорости – как только поток ускорялся – давление внутри его падало. Вроде бы просто – но на этом принципе спустя 100 лет стали летать все самолёты. Вот такие были браться. Благодаря такой форме крыла, та часть потока, которая уходит вверх – ускоряется, а значит и давление там будет меньше, чем давление под крылом (да и вокруг, тоже) – как показано на рисунке.

Да, именно так устроен мир, и именно так всё и работает. Нам просто нужно это принять, как и то, что всё горячее стремится остыть, а всё тяжёлое – упасть на землю. Как только крыло начнёт двигаться с маломальской скоростью, оно начнёт создавать подъёмную силу. Насколько много? – это зависит, как мы уже знаем, от скорости, и от угла атаки. Собственно, мы теперь уже знаем, что крыло не будет падать вниз, как любой другой предмет, такого же веса – оно начнёт перемещаться куда угодно: по горизонту, пытаться подняться вверх – но падать строго вниз уже не будет! Это очень важно понять. Далее мы разберёмся, что, варьируя форму крыла, скорость и угол атаки мы можем заставить крыло полететь в нужную нам сторону – то бишь – научимся им управлять. Но с начала всё же это страшное слово –

Свал

Дело в том, что существует ограничение, после которого как бы вы ни увеличивали угол атаки – подъёмная сила уже увеличиваться не будет. Более того – она резко уменьшится. У каждого крыла этот критический угол разный. Выше критического угла атаки набегающий поток уже не огибает крыло, а срывается с верхней кромки эдаким турбулентным вихрем. Собственно, этот феномен и носит название свала, и относится к любым аэродинамическим поверхностям. Кстати, существует заблуждение, что свал возможен только на маленькой скорости – в принципе что-то тут есть: скорость и угол атаки имеют линейную зависимость, и, как правило, если скорость критически падает – это означает, что угол атаки критически возрастает. Но всё же сорвать крыло в свал можно на любой скорости, при любом положении и режиме полёта. Это нужно помнить.

На рисунке ниже я попытался изобразить, как ведёт себя набегающий поток на верхней (самой важной!) Плоскости крыла. Более или менее понятно, что на небольших углах (которые соотносятся с достаточно высокими скоростями) вышеупомянутый поток имеет т.н. ламинарную форму – он обтекает верхнюю плоскость практически до самой задней кромки, срываясь в самом конце – это самый эффективный режим полёта. Но как только мы начнём увеличивать угол атаки – поток начнёт нервничать и срываться уже ближе к передней кромке, и становиться уже не спокойным ламинарным потоком, а т.н. турбулентным, с завихрениями, дёрганьями и тряской. Однако, как мы уже знаем – увеличение угла атаки увеличивает подъёмную силу, поэтому все взлетают и садятся на больших углах атаки, что позволяет уменьшить скорость взлёта и посадки (а это, в свою очередь уменьшает длину взлётной полосы и увеличивает безопасность, т.к. Если что-то и произойдёт – то скорость при этом будет небольшая). Если же мы и дальше будем увеличивать угол атаки – поток будет всё более неспокойным и ещё более турбулентным, приближая точку срыва всё ближе к носу крыла. В определённый момент угол атаки всё-таки достигнет своего критического значения, и подъёмная сила исчезнет. Тут нужно заметить, что такое исчезновение подъёмной силы может быть, как резким, так и достаточно плавным – это зависит от многих других факторов – мы ещё к этому вернёмся. Кстати, некоторые крылья, при приближении этого критического угла атаки, начинают здорово трястись, предупреждая пилота об опасности (т.н. предсвальная тряска, или, говоря языком пилотов – бафтинг). А некоторые – скажем с трапециевидной формой или тонким профилем, срываются очень резко, быстро и без всяких предупреждений. Мы, как профессиональные пилоты, должны уметь предвидеть свал, и не доводить до него – но об этом так же позже. Нужно ещё сказать, что, одновременно с увеличением угла атаки – резко увеличивается сопротивление, т.к. Эти турбулентные завихрения цепляют близлежащий воздух, закручивая его и таща за собой (например, крыло обычного боинга на близких к критическим углах атаки тащит за собой порядка 10-15 тонн воздуха в виде скрученных вихрей – т.н. турбулентный след).

В общем ещё раз – угол атаки и скорость – самые главные параметры для любого пилота. Без дружеского отношения и взаимопонимания между вами – вы не сможете постоянно держать ситуацию под контролем. И хотя есть в полёте ещё один важный параметр – высота, но, как показывает статистика, проворонить высоту достаточно сложно. К тому же так устроен человек, что как раз за высотой-то он будет следить очень внимательно (потому что оттуда исходит как бы явная угроза для жизни), а вот проворонить скорость – дело пяти секунд.

Если взять современный купол – то можно сделать вывод, что, меняя угол наклона купола вы сможете регулировать подъёмную силу, ровно, как и – скорость. Но пилоты куполов изменяют свой угол атаки немного по-другому, чем пилоты самолётов. Например, если пилот самолёта хочет подняться выше, он тянет на себя штурвал, тем самым, отклоняя задние стабилизаторы. Такое отклонение задних стабилизаторов приводит к тому, что подъёмная сила (а задние стабилизаторы – не что иное, как маленькие крылья) уменьшается, и хвост самолёта начинает проседать вниз – подставляя передние основные несущие крылья под более крутой угол атаки набегающему потоку. Пилот же купола не имеет такой возможности, поэтому изменение угла наклона крыла парашюта возможно только перемещением подвешенного под ним груза (парашютиста) вперёд или назад – и всё!

Самая основная взаимосвязь между подвешенным грузом (парашютистом) и куполом парашюта (собственно ради чего и всё и затевалось) напрямую связана с изменением сопротивления, которое создаёт летящий вперёд купол. Основным рабочим приводом тут служит отклонение задней кромки купола вниз: либо посредством строп управления, закреплённых по краям задней кромки купола, либо же – посредством перемещения собственного подвешенного веса при помощи свободных концов, передних или задних. Всё очень просто – с увеличением сопротивления купола, подвешенный груз по инерции уходит вперёд, обгоняя купол и тем самым – увеличивая угол атаки, под которым купол продолжает двигаться навстречу потоку. С уменьшением сопротивления купола подвешенный груз уходит назад, как бы отставая от него. Перенос подвешенного тела за центральную линию назад – существенно уменьшает угол атаки.

Затягивая стропы управления вы, как бы, манипулируете куполом наподобие джойстика парашюта, заставляя ваше тело то уходить вперёд, то отставать назад от купола – постоянно изменяя его угол атаки. Но практически всегда в таком управлении прослеживается такая вот связь: действие клевантами – ответная реакция купола (торможение или разгон) – ответная реакция подвешенного груза (уход вперёд или назад) – снова ответная реакция купола (уже уменьшение или увеличение угла атаки). И только так.

Управление же за задние свободные концы, с другой стороны, более похоже на прямое управление углом атаки – т.е. действие задними свободными концами – ответная реакция купола (сразу уменьшение или увеличение угла атаки). Хотя правильнее было бы сказать, что более всего вы задними свободными концами как раз меняете именно угол наклона купола, а потому уже как следствие – угол атаки. Как мы уже знаем, угол наклона купола и угол его атаки – далеко не одно и то же (хотя они напрямую связаны). Именно поэтому гораздо проще свалить крыло именно за задние свободные концы, даже на достаточно больших скоростях(!), что при помощи клевант сделать очень и очень сложно (хотя некоторые вообще не знают, что купол можно свалить на любой скорости). Угол атаки можно изменить очень быстро, при этом, не меняя направление движения купола. Медленное же увеличение угла атаки во время затягивания клевант, заставит вес переместиться немного вперёд, что тут же изменит угол установки крыла, что в свою очередь тут же изменит направление его полёта, что в свою очередь тут же уменьшит угол атаки – такая вот схема путём хитрых динамических процессов спасает вас от свала на высоких скоростях. Говоря другими словами – если затягивать клеванты – угол атаки купола меняется намного быстрее, чем успевает отыгрывать подвешенный груз. Немного сложно, но дальше будет понятнее.

Играя таким вот образом с клевантами, пилот парашюта может замедлять или вообще останавливать снижение купола к земле – просто увеличивая угол атаки, и, тем самым – величину подъёмной силы. Эта схема позволяет парашютисту приземляться невредимым: угол атаки постепенно увеличивают, подъёмная сила растёт (но, правда, из-за увеличивающегося сопротивления, скорость купола при этом катастрофически падает). Если вы приземляетесь при встречном ветре, то тогда получается, что набегающий поток у вас не заканчивается, – купол всё время имеет определённую скорость (даже при таком большом угле атаки) – в такие моменты купол производит даже больше подъёмной силы, чем нужно, и вы можете практически зависнуть в полуметре от земли, сойдя на неё чуть ли не одним шагом. Экспериментируя с углами, разумно делать это повыше, а если вы повыше – то ещё более разумно – поэкспериментировать со свалом. И хотя парашют считается не приземляемым в режиме свала – очень важно научиться летать медленно, и быть готовым ко всем неожиданностям в этом режиме полёта.

Так что же это такое, свал? И что произойдёт, когда я затяну клеванты слишком сильно? А вот что – когда критический угол атаки будет достигнут, парашют как бы немного сложится и упадёт вам за спину. Страшно? Зачастую новички путают свал и подушку. Различие тут в том, что парашют обязательно объявит вам громко и чётко, что он собрался сваливаться и резко свалится. Это как укус акулы – вы никогда этого не пропустите, и сразу поймёте, что это произошло. Но свал – не такой уже и страшный. Мы с ним обязательно разберёмся досконально, и я вам обещаю – подружимся. Но сначала скажу вот что – удерживание внизу клевант или задний свободных концов после этого, как свал произошёл – не самое лучшее решение: зачастую некоторые парашютисты получали такой неприятный отказ как закрутка именно из-за того, что удерживали клеванты внизу достаточно долгое время. Так что, как только свал произошёл – просто спокойно и плавно поднимите клеванты вверх – дав возможность куполу снова двигаться вперёд. Если это сделать резким движением (или, скажем, просто отпустить клеванты) – купол вернётся к своему стандартному положению рывком, что не очень приятно, а на некоторых современных куполах, скорее всего, приведёт к закрутке или может даже вызвать попадание парашютиста в свой же купол. Поэтому следует использовать плавную технику, которую я называют техникой сцепления! Суть вот в чём: когда вы управляете автомобилем с механической коробкой передач, вы – плавно отпускаете сцепление, таким образом, не дав машине заглохнуть и избегая резкого рывка вперёд – это очень похоже на нашу ситуацию с парашютом. Вам не нужно сразу отпускать клеванты вверх – попробуйте нащупать ту самую "точку сцепления", когда угол атаки уменьшился, и купол начал потихоньку лететь, а затем, (как и машине) – можете плавно поднять клеванты вверх до конца. При использовании этого метода вы сможете и сваливать купол вполне спокойно, и безопасно из этого свала выходить. Нужно добавить, что каждый купол (как и самолёт) – сваливается и выходит из свала несколько по-разному. Некоторые купола выходят из свала очень плавно независимо от того, каким способом его туда загнали, а некоторые – требуют очень аккуратного вывода. Так же очень важен режим, при котором купол свалили – либо он шёл на полном ходу, либо же его плавно-плавно подводили к свалу: в первом случае свал будет жёстче. Так же очень важно, был ли купол в это время в развороте, или летел прямо. В общем – мы об этом чуть позже серьёзно поговорим. Да, кстати, для тех, кто сейчас недоумевает по поводу: "а зачем мне намеренно сваливать свой парашют?" – я отвечу: при приземлениях на больших углах атаки (а такие приземления обычно происходят на небольшие площадки, свал может подкрасться незаметно, и очень важно знать и вовремя обнаруживать характерные признаки его приближения.

"Сила тяжести": кажущийся вес

Есть ещё один способ изменять угол атаки – увеличить "силу тяжести". Сила тяжести обозначается как G (G – означает "gravity", то бишь гравитацию). Коротко говоря, G – это наш кажущийся или относительный вес. Под кажущимся весом я подразумеваю вес конкретного объекта в конкретный момент времени. Если объект просто стоит на земле, его "относительный вес" будет равен 1 G. Если вы встанете на весы – ваш вес так же будет постоянным. Но если вы прыгнете на весах – при приземлении стрелка весов уйдёт в одну сторону, а потом – вернётся в другую – чётко согласно передаваемой ей вашим телом энергией. Если вы сможете уменьшить свой вес до нуля – вы получите 0 G – нулевой кажущийся вес, или, проще говоря – невесомость. Если же вы увеличите свой вес вдвое, вы получите динамическую нагрузку величиной в 2g, двойной кажущийся вес.

Увеличение угла атаки, как правило, приводит к увеличению G (так как купол пытается лететь дальше прямо, а вы увеличением подъёмной силы пытаетесь заставить полететь его вверх), и наоборот – уменьшение угла атаки уменьшает (или вообще сводит на ноль) ваш вес. Ключевое слово тут – инерция! Согласно 1 закону Ньютона, любое тело будет стремиться продолжить своё движение (или лежание), пока к ним не приложат какие-нибудь силы – именно поэтому кофе продолжает своё движение вперёд и выливается из чашки, которая вместе с автомобилем останавливается, когда вы жмёте на тормоза. Именно поэтому парашютист продолжает своё движение вперёд, когда купол над его головой тормозится.

Увеличение подъёмной силы заставляет купол двигаться вверх, а инерция – заставляет вас двигаться вперёд. Кто победит? Кто победит узнаем чуть позже, а сейчас самое главное – что в бою сталкиваются два серьёзных противника: инерция и подъёмная сила, при этом подъёмной силе придётся "поднимать" наверх ваш вес + силу инерции (на определённой скорости – ещё практически такой же ваш вес). Всё это вы прочувствуете на себе, да и можете убедиться даже на стропах – они так же натянутся намного сильнее – это говорит об увеличении кажущегося веса, т.е. G. Кстати, при увеличении динамической нагрузки купол парашюта становится более стабильным и более управляемым, вследствие того, что энергетическая связь между вами теперь намного крепче.

То же самое можно сказать и про обратный сценарий – если вы отпустите клеванты или задние свободные концы слишком быстро и резко, купол парашюта из-за резко уменьшившейся подъёмной силы (и также резко уменьшившегося сопротивления) – тут же клюнет вперёд, причём так быстро, что вы вряд ли за ним успеете. Таким образом, вы получите нулевую (или около-нулевую) G. Полёт при нулевом кажущемся весе крайне нестабилен и очень опасен – потерявшие натяжение стропы и отрицательный угол атаки могут заставить заднюю кромку купола подвернуться под нижнюю – в такой конфигурации купол утрачивает возможность создавать подъёмную силу, и просто падает вниз. Далее, попытка изменить направление движения купола при около-нулевом кажущемся весе может (и скорее всего приведёт) к закрутке и как следствие –потере контроля за куполом. И третье – потеря натяжения строп сведёт на "нет" все ваши попытки управления куполом (или же сделает их предельно малоэффективными), и, если вам жизненно важно изменить направление движения купола, это будет не самый удачный день в вашей жизни.

Понимание взаимосвязи между углом атаки и кажущимся весом G – крайне важно для пилота! Контролирование угла наклона купола должно выйти у вас на уровень автоматизма – вы должны постоянно чувствовать, под каким углом в данный момент летит ваш купол. Постарайтесь анализировать, как реагирует ваш купол на те или иные воздействия при тех или иных скоростях, разных G и помните: именно угол атаки позволяет вам удерживать контроль за скоростью, вертикальной скоростью и общей стабильностью!




aktualnost-problem-socialnoj-raboti-na-sovremennom-etape-razvitiya-rossijskogo-obshestva.html
aktualnost-problemi-etnicheskih-konfliktov.html
aktualnost-temi-i-novizna-issledovaniya.html
aktualnost-temi-issledovaniya.html
aktualnost-temi-klaviatura-ochen-vazhnaya-chast-kompyutera-nelzya-predstavit-sebe-vvod-informacii-ne-ispolzuya-klaviaturu-ved-odnoj-mishkoj-obojtis-nevozmozhno.html
ч     PR.RU™