Почему и как летает самолет

Мы выяснили, что при движении крыла со скоростью v и угле атаки а на него действует аэродинамическая сила Я, составляющими которой явля­ются подъемная сила У и сила лобового сопротивления X. Причем чем больше у и а, тем большие значения сил X и У. В зависимости от соот­ношения значений подъемной силы У и силы тяжести самолета G самолет будет лететь горизонтально или под углом к горизонту, набирая или теряя высоту. А соотношение силы тяги Р силовой установки и силы лобового соп­ротивленияX определяет, летит ли самолет с постоянно установившейся скоростью или с ускорением (замедлением).
Рассмотрим основные режимы полета самолета.
Самолет может лететь по прямолинейной или криволинейной траектории, с постоянной или переменной скоростью, по горизонтальной траектории и по траектории, наклонной к горизонту (рис. 6.7). Полет с постоянной скоро­стью называется установившимся.
Рассмотрим установившийся горизонтальный полет (рис. 6.7, а). Пусть самолет летит прямолинейно по горизонтальной траектории с некоторой по­стоянной воздушной скоростью при некотором угле атаки. В этом случае на самолет действует полная аэродинамическая сила Я. Разложим эту силу по правилу параллелограмма на две составляющих: перпендикулярно нап­равлению полета — У и по полету — X. Подъемная сила крыла У будет на­правлена вертикально, так как самолет'летит горизонтально, а сила лобово­го сопротивления X направлена прямо против движения. На самолет дейст­вует сила тяжести G, приложенная в центре тяжести и направленная верти­кально вниз. По величине силы У и G должны быть равны, иначе самолет не будет лететь горизонтально.
Наконец, на самолет действует сила тяги Р винта, которая направлена. Та высота, которую самолет набирает за 1 с, называется вер­тикальной скоростью подъема. Вертикальная скорость будет тем больше, чем больше избыток тяги силовой установки. ф.
Установившееся планирование самолета — это равномерное его движе­ние с за дросселированным двигателем по прямолинейной нисходящей траектории (рис. 6.7, в). Планирование характеризуется непрерывной поте­рей высоты. В летной практике под планированием принято понимать все случаи пологого прямолинейного равномерного снижения самолета, когда тяга двигателя меньше минимальной потребной тяги для установившегося горизонтального полета. При планировании (если пренебречь силой тяги задросселированного двигателя) на самолет действуют те же силы, что и на планер (см. предыдущую главу).
В полете самолет все время преодолевает сопротивление воздуха. Эту ра­боту выполняет его силовая установка. В качестве силовой установки исполь­зуют либо двигатель и воздушный винт, либо реактивный двигатель. Здесь мы расскажем только о работе воздушного винта, потому что на большинст­ве летающих моделей устанавливают двигатель и воздушный винт, так как реактивные двигатели для летающих моделей пока широкого распростране­ния не получили.
Итак, при вращении воздушного винта его лопасти набегают на поток воздуха под некоторым углом атаки и отбрасывают его назад, а сами стре­мятся двигаться вперед в соответствии с третьим законом Ньютона (тела действуют друг на друга с силами, направленными по одной прямой, равны­ми по абсолютному значению и противоположными по направлению).
Воздушный винт при этом развивает силу, которая тянет самолет вперед и поэтому называется силой тяги или просто тягой винта. Тяга винта уравно­вешивает лобовое сопротивление самолета и сообщает ему необходимую для полета поступательную скорость.
Воздушный винт состоит из лопастей и соединяющей их центральной части — ступицы. Силу тяги развивают лопасти винта. Сечение лопасти (профиль) имеет форму, подобную форме профиля крыла. Профиль лопасти переменный: у конца лопасти тонкий, а к оси постепенно утолщается.
Ребро лопасти, которое при вращении набегает на поток воздуха, назы­вается ребром атаки или передней кромкой, а заднее — ребром обтекания или задней кромкой.
Основной геометрической величиной, характеризующей воздушный винт, является его диаметр, т. е. диаметр окружности, описываемой при враще­нии винта концами его лопастей. Еще одна важная характеристика воздуш­ного винта — его шаг. Теоретический шаг воздушного винта — это расстоя­ние, которое движущийся поступательно с определенной скоростью винт должен был бы пройти за один полный оборот, если бы он двигался в воздухе, как в неподатливой среде. При полете самолета воздушный винт вследствие податливости воздуха продвигается за один оборот на расстояние, обычно несколько меньшее теоретического шага. Это расстояние называют действи­тельным шагом винта или его поступью. Разность между теоретическим шагом и поступью называется скольжением винта.
Работа лопастей воздушного винта подобна работе крыла. Но движение винта сложнее. В отличие от крыла лопасти винта в полете не только движутшого диаметра громоздки, больше весят, кроме того, на концах их лопас­тей окружная скорость может достигнуть скорости звука, что приведет к снижению коэффициента полезного действия винта.
Для каждого сечения лопасти окружная скорость вращения различна: около оси она равна нулю, а на конце лопасти наибольшая. Поэтому угол наклона (установки) лопасти должен уменьшаться от ее центра к концам. Наклон лопасти связан с расстоянием, которое проходят разные точки сече­ния винта за один оборот. Чтобы лопасть работала одинаково по всей длине и углы атаки всех сечений были примерно одинаковыми и равными углу, со­ответствующему наибольшей тяге, нужно закручивать лопасть винта, при­давая ей в разных сечениях разный наклон. Эти важные особенности мы будем учитывать при изготовлении винтов для силовых установок наших моделей.