ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

САМОЛЕТ ЛЕТИТ ГОРИЗОНТАЛЬНО, ПРЯМОЛИНЕЙНО И РАВНОМЕРНО

Ысоко в небе летит пассажирский самолет (рис. 19). Большие крылья легко несут воздушный корабль, а мощный гул винто-в свидетельствует о напряженной работе двигателей. Самолет летит горизонтально, прямо­линейно и равномерно...

Под действием каких сил происходит такой полет?

Из первого закона механики, открытого великим анг­лийским ученым Исааком Ньютоном (1643—1727), сле­дует, что прямолинейное равномерное движение проис­ходит без действия каких-либо сил — по инерции [10]). На первый взгляд это кажется совершенно непонятным, так как из жизни мы знаем, что без силы тяги невозможно осуществить прямолинейное равномерное движение. Но дело в том, что сила тяги нужна только для того, чтобы

Все время преодолевать тормозящую силу, от которой мы не можем избавиться. Если бы ее не было, то тело, раз получив движение, двигалось бы вечно — по инерции.

Приведем простой пример.

По реке движется моторная лодка с постоянной ско­ростью. Сила тяги гребного винта, преодолевая силу со­противления воды и силу сопротивления воздуха, должна быть равна их сумме, иначе равномерного движения не получится: если сила тяги будет больше тормозящих сил, движение будет ускоренным, если сила тяги станет меньше их, движение замедлится. Таким образом, для прямолинейного равномерного движения лодки необхо­димо, чтобы действующие на нее силы взаимно уравно­вешивались, то есть чтобы сумма их равнялась нулю. А ведь это и означает, что такое движение происходит без каких-либо сил — по инерции.

Следовательно, и для прямолинейного полета с по­стоянной скоростью (установившегося полета) тоже не­обходимо, чтобы действующие на самолет силы взаимно уравновешивались. Это справедливо как для горизон­тального полета, так и для подъема и спуска.

Вот самолет летит горизонтально и прямолинейно (рис. 20) с постоянной скоростью при некотором угле атаки а.

На самолет действуют три главные силы: сила веса В сила тяги Т и полная аэродинамическая сила Р всего самолета, которую удобнее представить в виде ее

Слагаемых—подъемной силы П и силы лобового сопро­тивления сП.

Сила веса всегда приложена в центре тяжести само­лета[11]). Другие силы обычно приложены хотя и близко от центра тяжести, но в других точках. Однако ради простоты будем пока считать, что они приложены тоже в центре тяжести.

Сила веса всегда направлена вертикально вниз, то есть отвесно. Подъемная сила всегда перпендикулярна к воздушному потоку, значит, в горизонтальном полете она направлена вертикально вверх. Сила тяги направ­лена, конечно, вперед—по движению, а сила лобового сопротивления — назад, против движения.

При установившемся прямолинейном полете силы должны взаимно уравновешиваться.

Так как подъемная сила направлена вертикально вверх, а сила веса — вертикально вниз, то, очевидно, подъемная сила и должна уравновесить силу веса. Сила тяги должна уравновесить тормозящую силу, то есть силу лобового сопротивления.

Таким образом, в горизонтальном установившемся полете подъемная сила равна весу самолета, а сила тяги равна лобовой силе.

Ну, а если нужно изменить скорость горизонтального полета? Казалось бы, что для этого достаточно изменить

Тягу винта, как это делает водитель моторной лодки. Но здесь дело не так просто. Если летчик изменит только тягу винта, то изменится и подъемная сила крыла (по­скольку она зависит от скорости полета), равновесие ее с силой веса нарушится, и поэтому траектория полета ис­кривится вверх или вниз. Следовательно, одновременно с изменением тяги винта летчик должен сделать еще что-то.

Подъемная сила крыла зависит также от угла атаки, с увеличением его она растет, с уменьшением — падает. Так как летчик может изменять угол атаки (рулем вы­соты), то тем самым он может изменять и величину подъемной силы.

Таким образом, для изменения скорости полета в рас­поряжении летчика имеются рычаги управления силовой установкой и рулем высоты.

Теперь предположим, что в горизонтальном полете двигатель работает на полной мощности, и самолет летит с максимальной скоростью. При такой скорости доста­точно очень малого угла атаки, чтобы подъемная сила была равна весу самолета (рис. 21, а).

Но вот летчик решил немного уменьшить скорость по­лета. Для этого он уменьшает обороты двигателя и одно­временно увеличивает угол атаки (рис. 21, б). В резуль­тате уменьшения скорости подъемная сила должна умень­шиться, а в результате увеличения угла атаки она должна увеличиться. Вот и получается, что в итоге она остается неизменной, равной весу самолета.

И чем меньшую скорость хочет получить летчик, тем больше он увеличивает угол атаки (рис. 21, б), соответ­ственно изменяя тягу винта. Положение, изображенное на рис. 21, б, примерно соответствует полету с минималь­ной (наименьшей) возможной скоростью. Она получается при критическом угле атаки. Со скоростью, меньшей ми­нимальной, самолет летать не может.

Все скорости, с которыми самолет может лететь гори­зонтально, составляют, как говорят, диапазон скоростей самолета. Например, минимальная скорость самолета ЯК-18 равна 100 километрам в час, а максимальная — 257 километрам в час, следовательно, этот самолет мо­жет лететь с любой скоростью в диапазоне от 100 до 257 километров в час.

Чем больше диапазон скоростей горизонтального по­лета, тем лучше самолет.