ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

РАВНОВЕСИЕ САМОЛЕТА

Ля устойчивого равновесия самолета в полете боль­шую роль играет положение его центра тяжести.

Центр тяжести самолета во всех случаях лежит позади передней кромки крыла (рис. 22, а). Расстояние от перед­ней кромки до центра тяжести (расстояние Ц) называют центровкой самолета. Конструктор самолета указывает допустимые изменения центровки, то есть возможные пе­ремещения центра тяжести по длине самолета. Позволи­тельны лишь небольшие перемещения. Однако даже са­мое правильное положение центра тяжести еще не обес­печивает самолету равновесия в полете. Необходимо также, чтобы моменты всех сил относительно центра тя­жести взаимно уравновешивались.

Но что такое момент силы?

Как известно, вращающее действие силы зависит не только от ее величины, но и от ее «плеча», то есть рас­стояния от линии действия силы до оси вращения (на­пример, завернуть гайку тем легче, чем длиннее ключ).

Произведение величины силы на длину ее плеча и назы­вается в механике моментом силы. Чем больше будет мо­мент силы, тем больше будет и ее вращающее действие.

Теперь сделаем маленький опыт, чтобы познакомиться с равновесием моментов сил.

Если вы положите на одну чашку простейших весов (рис. 22, б) грузик р, а на другую груз Р, в пять раз
больший, то эта чашка, естественно, перетянет. Но можно уравновесить наши весы и при неравных грузах, пере­двинув нитку, на которой вращается коромысло, ближе к чашке с большим грузом. Уравновесив весы, вы убеди­тесь, что плечо А в пять раз длиннее плеча а.

Таким образом, если две неравные силы стремятся вращать тело в противоположные стороны, то они будут уравновешивать друг друга в том случае, если произве­дение одной силы на ее плечо равно произведению дру­гой силы на ее плечо, то есть если моменты сил равны.

Из нашего опыта следует также, что маленькая сила, действуя на достаточно большое плечо, может даже пре­одолеть большую силу. Это легко проверить, если пере­двинуть ось вращения еще ближе к чашке с большим грузом,— тогда маленький грузик, момент которого те­перь преобладает, перетянет.

Все сказанное справедливо и для самолета в полете.

Раньше мы для простоты считали, что все главные силы приложены в центре тяжести самолета, то есть мо­менты их относительно центра тяжести равны нулю (по­скольку плечо каждой силы равно нулю). В действитель­ности же дело обстоит иначе. В центре тяжести прило­жена только сила веса, а точки приложения других сил обычно не совпадают с центром тяжести. Следовательно, самолет всегда находится под действием нескольких мо­ментов сил, стремящихся поворачивать (вращать) само­лет вокруг центра тяжести. И для того, чтобы самолет сохранял равновесие, летчику приходится уравновеши­вать моменты сил.

Итак, уравновесить самолет в полете — это значит урав­новесить моменты сил относительно его центра тяжести.

Какие же моменты действуют на самолет в полете и как летчик приводит их к равновесию?

Самолет в воздухе может вращаться вокруг многих воображаемых осей, проходящих через центр тяжести. Главными из них являются три взаимно перпендикуляр­ные оси: поперечная, продольная и ось поворотов

(рис. 22, в). Поэтому моменты сил удобнее рассматри­вать относительно этих осей.

Моменты сил, стремящиеся вращать самолет вокруг поперечной оси (поднимать или опускать его нос), назы­вают продольными. Уравновесив их, летчик создаст про­дольное равновесие самолета.

Моменты сил, стремящиеся вращать самолет вокруг продольной оси (кренить его на то или другое крыло), называют накреняющими. Если их уравновесить, будет достигнуто поперечное равновесие.

Моменты сил, стремящиеся вращать самолет вокруг оси поворотов (вправо или влево), называют заворачи­вающими. Уравновесив их, летчик получает путевое рав­новесие самолета.

Особого внимания от летчика требует продольное рав­новесие. При нарушении его изменяется угол атаки кры­ла и, следовательно, его подъемная сила, а это ведет к искривлению траектории полета в вертикальной пло­скости.

На самолет действуют два главных продольных момента: момент подъемной силы крыла П-а и момент подъемной силы горизонтального оперения п*А (рис. 22, а). Они стремятся вращать самолет вокруг по­перечной оси в противоположных направлениях. Летчик уравновешивает их рулем высоты. Отклоняя руль не­много вверх или вниз, он изменяет угол атаки горизон­тального оперения и величину его подъемной силы. Сле­довательно, летчик может так подобрать величину момента подъемной силы горизонтального оперения, что­бы он был равен моменту подъемной силы крыла, то есть чтобы самолет сохранял продольное равновесие.

Поперечное равновесие достигается при помощи эле­ронов (рис. 23, а). Опущенный элерон увеличивает
подъемную силу полукрыла, а поднятый уменьшает. При этом создается накреняющий момент, который может уравновесить накреняющий момент противоположного направления, например, накреняющий момент винта (воз­душный винт, вращаясь в одну сторону, стремится на­кренить самолет в противоположную сторону, подобно тому, как, прыгая с лодки на берег, мы отталкиваем лодку в противоположную сторону). Таким образом, до­стигается поперечное равновесие.

Путевое равновесие летчик получает с помощью руля направления (рис. 23, б). При отклонении руля на него

Траектория

Действует аэродинамическая сила и создается заворачи­вающий момент, который может уравновесить какой-либо заворачивающий момент противоположного направления, например, момент от действия струи винта на вертикаль­ное оперение (вращающийся винт отбрасывает вращаю­щуюся же струю воздуха, которая действует на верти­кальное оперение с той или другой его стороны в зависи­мости от направления вращения винта).

А как рули и элероны служат для управления само­летом?

Взглянем опять на рис. 22, а и представим себе, что летчик отклонил руль высоты немного больше или меньше, чем он был отклонен при равновесии. Этим лет­чик изменит момент горизонтального оперения. Продоль­ное равновесие будет нарушено, и самолет начнет по­ворачиваться вокруг поперечной оси (рис. 24), опуская или поднимая нос, уменьшая или увеличивая угол атаки.

Когда летчик передвигает ручку рулевого управления от себя, руль высоты отклоняется вниз, на него начи­нает действовать аэродинамическая сила снизу вверх (рис. 24, а), а поэтому самолет уменьшает угол атаки крыла. Если же летчик берет ручку на себя, то руль от­клоняется вверх, аэродинамическая сила действует на него сверху вниз, и под ее влиянием угол атаки увели­чивается (рис. 24, б). При этих изменениях угла атаки траектория полета останется прямолинейной, если лет­чик, изменяя угол атаки, будет соответственно изменять и тягу силовой установки. В противном случае траекто­рия полета искривится вниз или вверх.

С помощью элеронов летчик может не только сохра­нять поперечное равновесие, но и накренять самолет (если понадобится), а с помощью руля направления — не только сохранять путевое равновесие, но и повора­чивать самолет вправо и влево.

Когда летчик отклоняет ручку рулевого управления вправо, правый элерон поднимается, а левый опускается (рис. 23, а), подъемная сила правого полукрыла стано­вится меньше, а левого — больше, а поэтому самолет кре­нится вправо. При движении ручки влево происходит об­ратное— и самолет кренится влево.

Если же летчик, перемещая ручку вправо, одновре­менно нажимает правую педаль (рис. 23, б), то самолет делает разворот вправо. Аналогично делается и левый разворот.

По выражению летчиков, самолет в полете «ходит за ручкой». Однако такой послушной машина бывает только, если она устойчива. Теперь строятся устойчивые и хоро­шо управляемые самолеты. Расчет устойчивости и управ­ляемости входит в так называемый аэродинамический расчет самолета.