Магия полёта: динамические взаимодействия

Гравитация была изначально. Нас всех притягивает к Земле, и, если бы не было атмосферы – мы бы падали на землю с одинаковой скоростью, независимо от массы и размеров. Первым это раскусил Галилей, а доказано было уже много лет спустя – на луне, во время прилунения Apollo, когда один астронавт выпустил из рук одновременно и молоток, и пёрышко. Как и было заснято на плёнку – они прилунились одновременно.

В такой ситуации, единственный способ заставить объект полететь – найти силу, противодействующую гравитации – кстати, астронавты именно так и вернулись на землю – просто повернув ракету на 180° от гравитации луны и запустив реактивный двигатель.

Но мы, пока что, не на луне. И к счастью для нас, сравнительно тонкое одеяло из воздуха нежно покрывает и оберегает нашу планету. И эта газовая прослойка даёт нам кроме всего прочего – более эффективные способы летать. Да-да, атмосфера – это наш лучший друг.

Первые попытки человека полететь были основаны исключительно на сопротивлении. И тем не менее, они были достаточно успешными – человек смог приземлиться невредимым. Концепция была проста: если развернуть перед набегающим потоком какую-либо ткань или что-то подобное – продвигаться сквозь поток становится очень затруднительно – и так же аналогично можно замедлить падающее тело, создав набегающему потоку большое сопротивление. И хотя, говорят, всё же пришлось принести в жертву науке пару котов и овечек, но всё же первый прыгнувший с парашютом человек приземлился удачно.

Леонардо давинчи первым начертал эту теорию на бумаге, и по праву носит звание изобретателя парашюта. Хотя я уверен, что сама идея была намного раньше, и, скорее всего, родилась в уме у какого-либо малыша, с интересом разглядывающего окружающий мир. Ну в общем, неважно – главное, что круглые парашюты доминировали на протяжении всего хх столетия. Но в самом конце столетия концепция кардинально поменялась, и будущие купола обрели более эффективную и аэродинамически-продуманную форму.

Братья Райт, одновременно со многими другими на этой планете придумали нечто удивительное. Если придать определённую форму телу, и достаточно быстро его протянуть сквозь воздух – оно начнёт создавать некую силу, направленную вверх – противоположно гравитации! (хотя при этом и создаётся так же немало сопротивления, но это были уже детали.) Если выработать достаточно такой силы, то можно преодолеть гравитацию и подняться вверх, а в некоторых случаях – ещё и с небольшим грузом! Но эта сила не была чем-то отдельным, а была продуктом взаимодействия многих физических явлений и факторов. В общем, в результате современные парашюты получили возможность двигаться вперёд сквозь воздушный поток существенно быстрее, чем опускаться к земле. Путь, который проходит купол парашюта сквозь воздух, называют траекторией планирования – её можно так же описать дробью, в числителе которой будет перемещение по горизонту, а в знаменателе – перемещение по вертикали. Другими словами, если это будет выглядеть как "три к одному", значит, траектория планирования отнесёт нас на 3 км вперёд с потерей высоты 1 км.

Планирование – так же достаточно сложный комплекс сил и взаимодействий. Очень много учёных посвятило свои жизни изучению данного комплекса сил, позволяющих нам перемещаться вперёд по воздуху. Но мы всё же попытаемся разделить этот комплекс на компоненты, чтобы разобраться, как эта система работает. Самая простая из всех имеющихся сила – это тяга.

В принципе, тяга, – термин авиационный, завязан на двигателе и направлен вперёд – чётко по осевой линии самолёта. Вырабатываемая двигателем сила толкает самолёт вперёд, позволяя тем самым аэродинамическим поверхностям (крыльям) хитрым образом создавать подъёмную силу. Парашютные купола, к сожалению, не имеют ярко выраженных источников силы, толкающих их вперёд сквозь воздух – нет ни пропеллера, ни реактивного двигателя. Тогда откуда ж тяга?

Отгадка достаточно проста – стропы современного купола отрегулированы таким образом, что первый ряд (т.н. ряд А) короче крайнего ряда D (на рисунке). Такой хитрый трюк даёт возможность куполу в полёте находится под определённым углом снижения и носит название " угол установки крыла ", – т.е. заранее рассчитанный конструктором угол – который и является той тягой, что двигает нас сквозь воздух. Вес, подвешенный на стропах (будь то парашютист или любой другой груз) – является также очень важным элементом системы, он заставляет купол всё-таки двигаться к земле (под воздействием гравитации), благодаря чему встречный воздушный поток встречает крыло, огибает его и далее, (благодаря тому, что это всё-таки крыло), – уходит назад и чуть вниз (почему вниз – чуть позже, но это так!). Таким образом, купол двигается вперёд сквозь воздух. И вот теперь мы подходим к самому интересному

Не замечали, что в полёте немного ветрено, даже когда ветра вроде бы совсем нет. Воздушный набегающий поток является основной и неотъемлемой частью нашего парашютного двигателя. Однако необходимо помнить, что набегающий поток с ветром ничего общего не имеет. (хотя новички почему-то упорно верят обратному, уверяя, что можно почувствовать разницу, если повернёшься к ветру лицом, боком, или спиной). Но мы то знаем, что ветер – это воздушная масса, относительно которой мы и движемся, а вот она уже движется относительно земли, к которой наше перемещение имеет отношение поскольку-постольку.

К примеру, если вы станете в корзине летящего воздушного шара – вы получите прекрасный пример предыдущего утверждения. По мере того, как шар будет подниматься или опускаться, вы почувствуете лишь, как воздух уходит вниз или вверх – но относительно окружающей вас воздушной массы вы будете неподвижны – вы же перемещаетесь теперь вместе с этой массой (ветром) вдоль земли – вы даже сможете без проблем зажечь свечку, не боясь затушить её (хотя всё же нам будет чего опасаться – турбулентности, но он ней чуть позже...)

Угол атаки – это отношение хорды (средней линии от носа до задней кромки любого крыла) – к набегающему потоку (но никак не к ветру!) (см. Рисунок). Говоря другими словами, это угол, под которым крыло встречает набегающий на него поток. Крайне важно понять этот момент – именно напрямую от угла атаки (и ещё, правда, от скорости, но об этом позже) зависит ваша подъёмная сила в полёте (а значит – жизнь).

Вот вам простой пример – находясь в машине, на хорошей скорости – высуньте руку из окна – вы почувствуете эффект угла атаки в действие. Выровняв ладонь вдоль потока, рука спокойно будет рассекать воздух, не создавая никакой подъёмной силы, ровно, как и сопротивления – вы можете запросто утверждать, что в данной ситуации угол атаки равен нулю. Но стоит только вам увеличить угол, под которым набегающий поток ударяется о ладонь, вы тут же почувствуете силу (и довольно ощутимую), которая поднимет вашу руку вверх. Можете поздороваться – это и есть подъёмная сила, которую вы только что создали, увеличив угол атаки.

Кстати, одновременно с поднятием руки вверх, вы почувствуете, что её потащит назад, за потоком. Также можете поздороваться – это сопротивление, которое ходит с подъёмной силой рука-об-руку, и никогда подъёмная сила не может возникать без одновременного увеличения сопротивления – такова правда жизни. Запомните это!

Кстати, вы можете точно так же создать и отрицательный угол атаки, и руку потащит вниз – это говорит о том, что в принципе, крылу наплевать, где находится земля, ему важен только откуда набегает набегающий поток, и под каким углом.

Образно говоря, чем выше самолёт задерёт нос по отношению к набегающему потоку (он это делает при помощи хвостовых рулей) – тем больше подъёмной силы он начнёт вырабатывать, – и его потащит вверх (сопротивление в этом случае так же существенно увеличится). И наоборот, если самолёт опустит нос вниз, угол атаки уменьшится, и подъёмная сила так же существенно уменьшится (как и сопротивление) – и самолёт начнёт снижаться. Вроде бы как просто. Но нужно сказать, что тут ещё играет большую роль скорость. Дело в том, что увеличение подъёмной силы можно получить только лишь двумя способами – либо увеличением угла атаки (как мы уже знаем), либо увеличением скорости. (ну, или же увеличением и того, и другого). Но при увеличении и угла атаки, и скорости так же очень существенно увеличивается сопротивление. Поэтому и конструкторам (во время проектирования), и пилотам, и парашютистам (во время полёта) приходится постоянно играть только вот с этими тремя составляющими: скоростью, углом атаки, сопротивлением.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: