Устойчивость и управляемость

УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ ПЛАНЕРА

Поезд устойчиво движется в том направлении, в каком проложены железнодорожные пути, и поэтому паровоз не нуждается в рулях поворота. Автомобиль может свернуть в сторону с дороги и свалиться в кювет шоссе, если вы перестанете управлять им. Шоссе является только наиболее удобным направлением пути, поэтому автомобиль имеет руль для поворотов в правую или левую сторону. С помощью этого руля, начав обучаться водить автомобиль, вы будете «выбирать» самую ухабистую дорогу. Но потом, овладев машиной, даже на плохой дороге вы будете ездить по наиболее удобным участкам. Установленный на четырех колесах (четыре точки опоры) автомобиль движется с креном лишь при условии накренения шоссе. Когда же вы едете на велосипеде, то на ровном месте не только можете поворачивать вправо или влево, но и невольно накреняете велосипед в сторону поворота. Автомобиль, велосипед и даже футбольный мяч, находящиеся в покое или в равномерном и прямолинейном движении, уравновешены действующими на них силами и находятся, как говорят, в равновесии. Состояние равновесия бывает устойчивым, неустойчивым и безразличным. Автомобиль обладает устойчивым равновесием, при котором, даже большое накренение дороги или же действие внешней боковой силы не ведет к переворачиванию его, а при прекращении действия внешней силы автомобиль стремится немедленно восстановить нормальное положение. Равновесие велосипеда в поперечном отношении неустойчивое как в движении, так и при остановке. Даже при самом маленьком крене, если не управлять рулем, велосипед обязательно упадет. Происходит это потому, что сила тяжести вашего тела, даже после прекращения действия внешней силы, стремится еще больше увеличить отклонение велосипеда, от нормального положения. Вот почему пока вы не научитесь сохранять равновесие и удерживать велосипед от сваливания на бок, то будете падать направо и налево. Вспомните, как вы учились ездить на велосипеде. Вначале вас «притягивал» каждый столб, каждый забор. Проезжая мимо столба и пытаясь повернуть руль в сторону от него, вы забывали о возникающем крене в обратную сторону, теряли равновесие и поэтому обязательно «врезались» в столб. Только потом, когда вы научились сначала устранять крены, управляя рулем, ездить стало легко и просто. Футбольный мяч обладает безразличным равновесием. Поэтому он останавливается в любом новом положении, как только прекратилось действие внешней силы. Любое положение футбольного мяча является нормальным. Степень устойчивости равновесия определяет возможность управления. Равновесие автомобиля очень устойчивое, поэтому накренить его нельзя без помощи домкрата. Но автомобилю и не нужно крениться, даже лучше, если он твердо стоит на четырех колесах. На поворотах при движении с большой скоростью крен автомобиля создается самой дорогой, которая сделана с наклоном в сторону поворота, как на треке. Благодаря большой степени устойчивости при изменении направления движения автомобиле приходится прикладывать к рулевому управлению большие усилия, которые для водителя не особенно заметны ввиду наличия специальной червячной передачи. На тяжелых автомобилях приходится применять даже специальные механизмы для облегчение управления. У велосипеда нет поперечной устойчивости, поэтому управлять велосипедом очень легко и для поворотов вам достаточно немного наклониться вместе с велосипедом в нужную сторону, а руль поворачивается почти сам. Поэтому и возможно ездить на велосипеде, отпустив руль.

Планер, в отличие от всех наземных средств передвижения, может не только поворачиваться вправо и влево, но и двигаться с различными углами планирования к линии горизонта. Кроме того, повороты планера в стороны обязательно сопровождаются креном. Поэтому положение планера в воздухе и его повороты рассматривают относительно трех осей: поперечной, продольной и вертикальной. Поворачиваясь вокруг своей поперечной оси, планер изменяет наклон фюзеляжа и угол планирования относительно линии горизонта. Поворачиваясь вокруг своей продольной оси, планер накреняется вправо или влево. Кроме того, вращаясь вокруг своей вертикальной оси, планер изменяет кура полета. В полете вам придется одновременно сохранять равновесие относительно всех трех осей, управляя планером не только рукой,, но и обеими ногами. Это и является одной из причин, почему научиться летать на планере сложнее, чем ездить на велосипеде или на автомобиле. Планер, как и другие средства передвижения, устойчив в полете. Неустойчивых планеров в эксплуатации нет. Однако степень устойчивости у планера значительно меньше, чем, например, у автомобиля. Планер должен быть не только устойчивым в продольном, поперечном и путевом отношении, но и легко управляемым. Поэтому степень устойчивости планера ни в коем случае не должна мешать управляемости его в воздухе. Устойчивый планер при небольшом изменении угла атаки или направления движения самостоятельно (без всякого вашего вмешательства) после нескольких колебаний восстановит положение равновесия. У неустойчивого планера отсутствует стремление к сохранению этого положения равновесия, и после даже небольшого уменьшения угла атаки такой планер будет продолжать опускать нос, увеличивая скорость полета. Небольшое увеличение угла атаки у неустойчивого планера приведет к потере скорости и сваливанию на крыло. В атмосфере постоянно происходят изменения: воздушные массы движутся вверх, вниз и в других направлениях. Все это влияет на полет планера. Порывы ветра изменяют скорость планирования. Восходящие и нисходящие потоки воздуха изменяют углы атаки крыла. Изменение скорости и углов атаки ведет к изменению аэродинамических сил и это, в свою очередь, нарушает равновесие. После действия внешней силы устойчивый планер при закрепленных в нейтральном положении рулях управления быстрее вернется к прежнему режиму полета, чем с освобожденными рулями. Происходит это потому, что освобожденные рули при нарушении движения планера сами несколько отклоняются под влиянием изменившихся сил и благодаря этому усложняют процесс возвращения планера к прежнему режиму полета. Поэтому степень устойчивости планера определяют для двух случаев: с зафиксированными рулями (1) и с освобожденными рулями (2). Когда рассматривают устойчивость планера, то интересуются не только вопросом, вернется или не вернется планер к первоначальному положению, но и как будут велики колебания планера после нарушения равновесия, а также как скоро планер опять восстановит прежнее положение. Управляемостью планера называется его способность изменять угол планирования и направление полета по вашему желанию. Устойчивость и управляемость планера тесно связаны между собой и противоположны по своему влиянию на поведение планера в воздухе. Чем более устойчив планер, тем труднее будет управлять им, и, наоборот, малоустойчивый планер окажется легко управляемым. Управление планером осуществляется рулями управления. В полете планер может поворачиваться относительно трех осей, поэтому он имеет три руля. Рулем горизонтального оперения управляют относительно поперечной оси планера, изменяя углы атаки крыла и, следовательно, скорость полета. Этот руль называется рулем высоты. Управление относительно продольной оси осуществляется элеронами, которыми создаются крены при разворотах или устраняются крены, появившиеся случайно. Рулем вертикального оперения управляют относительно вертикальной оси, поворачивая планер в правую и левую сторону. Этот руль называется рулем поворотов/направления. Устойчивость и управляемость планера имеет большое значение в летной практике, и если полет на неустойчивом планере труден и опасен, то на неуправляемом — вообще невозможен. Планеры обычной схемы всегда имеют полную геометрическую симметрию относительно продольной плоскости. Это значит, что правая половина планера точно такая же, как и левая. Ввиду этого изменения углов атаки крыла в полете происходят одинаково по всему размаху и не влияют на поперечное и путевое равновесие планера. Поэтому продольную устойчивость и управляемость можно рассматривать отдельно и независимо от его поведения в поперечном и путевом отношениях. Повороты планера относительно его продольной оси, или, как говорят, накренение его в правую или левую сторону, ведут к изменению положения планера относительно его вертикальной оси. При появлении крена планер стремится также развернуться в сторону опущенного крыла. В связи с этим поперечную и путевую устойчивость и управляемость рассматривают совместно.