Владимир Пышнов - Из истории летательных аппаратов
и при нормальной плотности воздуха s 0,125 кГ*сек2/м4 получим ms ====0,l*V*l2.
Вертикальную скорость W, сообщенную массе ms, получим делением веса планера на ms, т. е. WG/ms; энергия, сообщенная массе ms, будет равна
Эту затрату энергии можно свести к преодолению сопротивления, называемого индуктивным и вызываемым формированием подъемной силы, равной весу; величину индуктивного сопротивления получим, поделив энергию E1 на скорость полета
Дополнительная затрата энергии будет вызвана необходимостью преодоления сопротивления частей планера; его можно представить как сопротивление некоторой плоской площадки F, расположенной перпендикулярно к линии полета:
где 1,28 -- коэффициент сопротивления плоской пластинки.
Сопротивление Q1 обратно пропорционально V2, a Q2 прямо пропорционально этой величине; нетрудно было бы показать, что минимальное суммарное сопротивление будет при равенстве обоих сопротивлений, а из этого условия мы получим соответствующую скорость полета, называемую наивыгоднейшей, Vн, в максимальное значение аэродинамического качества Кmах:
Вертикальную скорость планера получим, разделив скорость на аэродинамическое качество:
Минимум скорости снижения будет при скорости на 25-30% меньшей, чем наивыгоднейшая, но при аэродинамическом качестве, пониженном примерно на 15%, и тогда скорость снижения будет равна:
Из этой формулы мы видим, что при данном весе планера наиболее сильным средством уменьшения скорости снижения является увеличение размаха крыльев; уменьшение вредной площади F влияет довольно слабо. В случае биплана в расчет вводится эквивалентный размах крыльев
где h -- расстояние между крыльями.
Для биплана с размахом 6 м и расстоянием h1,3 м мы получим эквивалентный размах lэ6,8 м. У балансирного планера с грубыми формами и открыто висящим летчиком величина F около 1,2-1,4 м2; максимальное аэродинамическое качество будет около 4,5; скорость полета при полетном весе 90 кГ будет 8-9 м/сек, скорость снижения -- около 2 м/сек. Следует указать, что если крыло плоское или искривленное, но обтягивающая его материя не лакирована, эффективный размах окажется значительно пониженным:
Здесь S -- площадь крыльев; у нашего планера она около 16 м2, и тогда lэ4,25 м; аэродинамическое качество будет около 3 и скорость снижения -- около 2,8 м/сек.
Кроме проделанных выше расчетов, необходимо проверить величину коэффициента подъемной силы при минимальной скорости снижения:
Так, в нашем примере при V8 м/сек, G/S5,6 кГ/м2 имеем Сy1,4. Для обычного профиля это большая величина и профиль может оказаться близким к срыву обтекания. Во избежание этого, летать нужно на повышенной скорости, что поведет к увеличению скорости снижения.
Можно показать, что во избежание получения излишне большого Су на режиме пологого планирования величина
не должна превышать 0,4-0,5, где bср -- средняя ширина крыла, равная площади крыла, деленной на размах, bcpS/l; для биплана нужно принимать bcpS/lэ. У балансирных планеров F приблизительно равно 1,3 м2 и потребная величина bcp будет 2,3-2,5 м. Очевидно, что для получения такого значения средней ширины крыла более целесообразно разбить ее на два крыла, расположив одно над другим. Так это и делали, хотя подобного теоретического вывода тогда еще получено не было. Впоследствии благодаря уменьшению величины F ширина крыла bср была сокращена до 1,0-0,75 м. При большом размахе это привело к очень большому удлинению l l/bср.
Можно считать, что планеры Нестерова-- Делоне имели аэродинамическое качество около 4 и скорость снижения более 2 м/сек. Чтобы совершать планирующие полеты, нужно было иметь склон горы круче, чем 15o. Как известно, Лилиенталь сделал для себя специальную горку. При угле откоса, равном 20o, и при ветре, имеющем скорость более 6-7 м/сек, получался восходящий поток со скоростью более 2 м/сек и был возможен парящий полет. Однако при несовершенном балансирном управлении это было очень рискованно и привело Лилиенталя к гибели.
Автор тоже проводил опыты полета на балансирном планере. Первое впечатление при испытании было очень неожиданным. Подойдя к довольно крутому откосу при скорости ветра около 6 м/сек, я, к своему удивлению, почувствовал, что планер не хочет планировать. Благодаря наличию подъемной силы я едва стоял на земле, и не мог приложить усилия, чтобы побежать вниз по склону. Только после нескольких попыток мне удалось увеличить скорость и оторваться. Чувствовалось, что необходима дополнительная тяга; тогда к планеру привязали две веревки, за которые стали тянуть мои товарищи. С дополнительной тягой дело пошло лучше и можно было совершать подлеты с пологих склонов.
К дополнительной тяге прибегали и многие другие. Подобный буксирный полет можно совершать и на ровной местности. Потребную силу тяги легко определить; при весе около 90 кГ и качестве 4 нужна тяга 22,5 кГ. Чтобы создать такую тягу при беге, нужно иметь 4-6 человек или лошадь. На снимках полетов П. Н. Нестерова можно увидеть применение буксировки на ровной местности.
Балансирное управление, особенно боковое, осуществлять довольно затруднительно. Если предположить, что удастся отклонить центр тяжести туловища в сторону на 7-10 см и тем сместить центр тяжести планера на 5-7 см, мы получим момент крена, равный 5-7 кГ м. Плечо подъемной силы относительно центра тяжести составит около 1,5-2% полуразмаха.
Один из последних, кто летал на балансирном планере в двадцатые годы, -- Пельтцнер в Германии, -- имел единственный орган управления -- руль направления. Это следует признать целесообразным. При наличии поперечного "V" крыльев, создавая скольжение рулем направления, можно было создавать и устранять углы крена с угловой скоростью до 10o в секунду и управлять направлением полета.
Что касается продольного управления, то полет происходит примерно на постоянном угле атаки, который планер должен устойчиво удерживать, что обеспечивается путем правильного выбора центровки и угла установки стабилизатора (соблюдения продольного "V"). Только в момент посадки необходимо увеличить угол атаки, что и достигается передвижением пилота назад. Важнейшим условием продольной устойчивости самолета, как известно, является способность сопротивляться изменению перегрузки как в случае действия воздушных течений, так и при выполнении маневра. Критерий устойчивости по перегрузке довольно прост и заключается в том, что аэродинамический фокус должен находиться позади центра тяжести.
Примерный расчет для планера Нестерова дает положение аэродинамического фокуса в точке, лежащей примерно на расстоянии, равном 37% длины хорды от ее передней кромки (см. рис. 1, точка О). Чтобы получить положение центра тяжести (точка О' на рис. 1) впереди фокуса у планера рассматриваемой схемы, летчик должен расположиться в довольно переднем положении -- почти у переднего лонжерона. Чтобы повысить запас устойчивости у балансирного планера, нужно было бы принять такую схему, в которой летчик мог несколько больше выдвинуться вперед; например, придать крыльям небольшую стреловидность или сдвинуть верхнее крыло назад, применив обратный вынос, или лучше сделать прямой вынос, как это часто делалось у бипланов, т. е. значительно выдвинуть верхнее крыло вперед, и расположить летчика впереди переднего лонжерона нижнего крыла.
Может быть, и не стоило бы останавливаться на полете балансирных планеров: аэродинамически они очень плохи -- скорость снижения велика (2-2,5 м/сек), качество низко и управление несовершенно. Балансирные планеры сыграли свою, положительную, роль, дав пионерам авиации некоторый опыт. Однако и прошлое полезно анализировать, а, может быть, простейшие планеры окажутся интересными и сейчас.
Радикальное улучшение летных характеристик планеров началось уже после окончания первой мировой войны -- в 1921 -- 1922 гг. -- и в этом деле были быстро достигнуты замечательные успехи. В Советском Союзе в 1922 г. был построен планер К. К. Арцеуловым. По своим формам он напоминал самолет, размах его крыльев был доведен до 13 м. Значение F можно оценить примерно в 0,5-0,6 м2; отсюда мы получим аэродинамическое качество, равное 13-14; при полетном весе 140 кГ это даст минимальную скорость снижения около 0,7-0,75 м/сек. Столь малая скорость снижения позволила этому планеру под управлением летчика Л. А. Юнгмейстера совершить парящий полет осенью 1923 г. продолжительностью более часа.
Развитию планеров весьма способствовало применение теории индуктивного сопротивления, из которой и вытекают приведенные выше формулы для аэродинамического качества и скорости снижения. К 1925-1927 гг. аэродинамическое качество планеров повысилось до 20-25, хотя скорость снижения уменьшилась сравнительно немного. Для современных планеров характерны размахи крыльев 16-18 м и даже более, значения F0,2 м2 и даже менее; при этих условиях аэродинамическое качество будет около 30-35. Однако при больших размахах крыльев значительно увеличивается вес планеров. При размахе 17 м полетный вес составляет около 350 кГ и скорость снижения будет около 0,55 м/сек.
