Введение в параглайдинг
Силы
Прежде всего, хотя сегодня ученые и инженеры измеряют силы в других единицах (называемых Ньютонами и составляющих примерно десятую часть килограмма), мы для наших целей ограничимся старомодными килограммами; например, если кто-то весит 80 кг, то он давит на пол с силой 80 кг, и для того, чтобы нести его, параплан тоже должен развить ПОДЪЕМНУЮ СИЛУ в 80 кг (плюс, конечно, еще 5-6 кг, которые являются весом самого парашюта).
Теперь рассмотрим силы, действующие на самолет, летящий прямо вперед с постоянной скоростью: Одна из них - ВЕС - не должна удивлять. Корпус с двигателем, пилотом, топливом должен весить немало, будь то на земле или в воздухе.
Для противодействия этому весу крыло движущегося вперед самолета должно развивать ПОДЪЕМНУЮ СИЛУ, равную ВЕСУ самолета и действующую в противоположном направлении (вверх, в то время как вес пытается утащить самолет вниз).
Итак, все хорошо. Мы всегда знали, что неподдерживаемое снизу тело падает, и мы только что поняли, как самолетное крыло создает подъемную силу, если оно движется вперед в воздухе. В случае с самолетом крыло тянет вперед мотор, вернее, пропеллер, который "ввинчивается" в воздух, развивая тянущую силу. Эта сила должна быть равна СОПРОТИВЛЕНИЮ воздуха. СОПРОТИВЛЕНИЕ создается воздухом, в котором летит самолет.
Воздушное сопротивление
Даже несмотря на то, что воздух много легче, чем вода, он все же оказывает сопротивление телам, движущимся в нем, и, чем быстрее они движутся, тем больше сопротивление. Вы можете почувствовать это, высунув руку из быстро движущегося автомобиля (убедившись в том, что снаружи нет ничего такого, что могло бы вас ударить, и помня, что управлять одной рукой не стоит).
В действительности сопротивление состоит из двух компонентов: сопротивления тела самолета и его крыльев. Обсудим их раздельно после еще одного небольшого погружения в теорию.
Мы уже обнаруживали, когда высовывали руку из автомобиля или шли против очень сильного ветра, что воздух сопротивляется движению предметов через него. (Он может сделать совсем ужасные вещи с зонтиком).
Сопротивление воздуха зависит от четырех факторов:
1) РАЗМЕР движущегося предмета. Большой объект, очевидно, получит большее сопротивление, чем маленький. Для наших целей используем площадь наибольшего СЕЧЕНИЯ движущегося тела, которое расположено под прямым углом к ветру.
2) ФОРМА движущегося тела. Плоская пластина определенной площади будет оказывать гораздо большее сопротивление ветру, чем обтекаемое тело (форма капли), имеющее ту же площадь сечения для такого же ветра, реально в 25 раз большее! Круглый предмет находится где-то посередине. (Это и есть причина, по которой корпуса всех автомобилей и самолетов имеют по возможности скругленную или каплевидную форму: она уменьшает сопротивление воздуха и позволяет двигаться быстрее при меньших усилиях на двигатель, а значит при меньших затратах топлива).
Мы измеряем этот фактор, используя Коэффициент Сопротивления. Он берется равным 1,0 для плоской пластины, а затем определяется экспериментально для других форм в аэродинамической трубе.
3) ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА. Нам уже известно, что один кубический метр весит около 1,3 кг на уровне моря, и, чем выше вы поднимаетесь, тем менее плотным становится воздух. Эта разница может играть некоторую практическую роль при взлете с помощью вашего параплана с Эвереста (что уже имело место), но не должно нас беспокоить в большинстве наших полетов, даже если мы будем парить на высоте 1-2 км над точкой старта.
4) СКОРОСТЬ. Каждый из трех рассмотренных до сих пор факторов дает пропорциональный вклад в воздушное сопротивление: если вы увеличиваете один из них вдвое, сопротивление также удваивается; если вы уменьшаете любой из них в два раза, сопротивление падает наполовину. Например:
Тело с сечением в два квадратных метра будет испытывать в два раза большее сопротивление, чем тело (той же формы, в такой же ветер, при той же плотности возду-ха) с сечением только один квадратный метр.
Тело с коэффициентом сопротивления 1,0 будет испытывать вдвое большее сопротивление, чем тело (того же сечения, в такой же ветер) с коэффициентом сопротивления 0,5.
Если тело испытывает определенное сопротивление в потоке воздуха определенной плотности, то же тело в по-токе воздуха той же скорости будет испытывать половину этого сопротивления, если плотность воздуха упадет наполовину.
Влияние СКОРОСТИ ВОЗДУХА, однако, совсем иное. Воздушное сопротивление меняется не пропорционально ей, а гораздо сильнее: пропорционально квадрату скорости.
Это означает, что, если определенное тело в определенный ветер испытывает сопротивление в 1 кг, эта сила увеличится до 4 кг, если сила ветра удвоится, и до 9 кг, если она утроится. Конечное уравнение утверждает, что:
СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОЗДУХА равно ПОЛОВИНЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА, умноженной на КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ, умноженной на ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ и умноженной на КВАДРАТ СКОРОСТИ.
Чтобы это выглядело покомпактнее и понаучнее, введем следующие символы: D - сопротивление воздуха; р - (произносится "ро") - плотность воздуха; А - площадь сечения; Сo - коэффициент сопротивления: V - скорость воздуха.
Теперь имеем: D = 1/2 х р х Со х А х V2
Пожалуйста, запомните это уравнение, потому что мы придем к очень похожему выражению, когда вернемся к подъемной силе нашего крыла.
(Строгое условие: нельзя использовать личные единицы измерения для разных факторов, входящих в одно уравнение. Например, если использовать метры, килограммы и секунды, а сечение задано в квадратных метрах, скорость ветра должна быть задана в метрах в секунду, а не в км/ч и т. д.
Параплан
Мы уже указали, какие четыре силы действуют на моторный самолет в процессе устойчивого горизонтального полета: его вес тянет вниз, равная противоположная подъемная сила крыльев поддерживает его, вперед толкает мотор, назад тянет равное сопротивление воздуха.
Но что же есть такое на земле, а вернее в воздухе, что толкает вперед параплан? Это часть или компонента веса летательного аппарата, т. е. та же сипа, которая заставляет шарик скатываться по наклонной поверхности. Еще одно отступление: Расчет сил:
Нам уже известно, что две одинаковых силы, действующие в противоположном направлении (подъемная сила и вес, тяга двигателя и сопротивление воздуха в случае с самолетом), уравновешивают друг друга, оставляя тело в состоянии покоя или равномерного движения с постоянной скоростью в заданном направлении.
Если две или более сил действуют в одном направлении, мы просто складываем их. Если лошадь может тащить экипаж с силой, скажем, 50 кг, то две лошади приложат усилие в 100 кг, а три лошади (Русская "тройка") в 150 кг.
Мы можем использовать данный метод не только для сложения двух сил в результирующую, но и для разложения одной силы на две, действующие в любых направлениях, которые мы выбираем. Попробуем применить это на примере шарика, катящегося по наклонной плоскости.
Шарик имеет определенный вес, который тянет его вниз. Если бы он был на плоском столе, он оставался бы на месте, оказывая давление на точку прямо под собственным центром тяжести, и никуда бы не катился. На наклонной плоскости, однако, его вес по-прежнему направлен прямо вниз в то время, как точка поддержки, т.е. точка соприкосновения с плоскостью смещена назад. Здесь имеет место отсутствие равновесия, и мы можем разложить вес на две силы: одна проходит через точку контакта с плоскостью, а вторая тянет шарик вдоль направления наклона.
Будем считать вес результирующей силой. Тогда рисуем эту силу из центра шарика вертикально вниз в масштабе, отражающем истинный вес. Нам уже известны направления двух сил, которые мы ищем: первое, отвечающее за давление на наклонную плоскость, проходит через точку контакта с ней, а второе - скатывающее шарик - параллельно наклону плоскости. Теперь из конца силы веса проводим две прямых параллельно двум силам, направления которых мы только что отметили, и эти прямые отсекут по длине от указанных направлений две величины, определяющие силу скатывания и давления на плоскость.
Проделаем теперь то же самое с планером, который, хотя и "скользит вниз" по тонкому воздуху вместо жесткой поверхности, однако, подчиняется тем же правилам. Вес планера действует в направлении прямо вниз. Разлагая его на две компоненты, одна из которых противоположна подъемной силе крыла, а вторая тянет вперед в направлении планирования, мы приходим к балансу всех сил.
(В случае, если вас интересует, откуда взялась энергия, заменяющая работу двигателя самолета, ответ прост: вы сами запасли ее, взбираясь или въезжая на холм, а теперь используете ее, возвращаясь по воздуху к подножию холма).
(В хорошую погоду есть возможности и средства подняться гораздо выше, чем точка взлета, и оставаться там часами - одно их самых больших удовольствий этого спорта, но там вы используете силу входящих потоков воздуха. Это больше подходит под определение "парения", и мы рассмотрим эти возможности дальше).
Угол атаки
Мы видели, что, когда наше крыло или надутый купол параплана планирует вперед, поток воздуха создает разницу давлений под крылом и над ним, в результате чего появляется подъемная сила, поддерживающая нас, кроме того, создается меньшая сила сопротивления, которую необходимо преодолеть "тянущей" компонентой нашего веса.
Угол между этой плоской нижней поверхностью крыла и потоком воздуха, с которым оно встречается, называется УГЛОМ АТАКИ. (Это не совсем верно для всех профилей, но мы примем, что это так для того, чтобы упростить наши иллюстрации). Когда нижняя поверхность крыла параллельна потоку воздуха, угла атаки нет, т. е. он равен нулю. (Пожалуйста, отметьте, что крыло при этом уже создает подъемную силу за счет кривизны своей поверхно-сти).
Теперь посмотрим, что произойдет, если мы постепенно будем увеличивать угол атаки, наклоняя крыло вверх и заставляя поток воздуха ударяться не только в переднюю кромку, но и отчасти снизу.
Разумеется, при той же скорости воздуха подъемная сила (а также сопротивление воздуха) возрастут. Это про-исходит из-за того, что воздух, идущий поверх крыла, теперь должен пройти больший путь до воссоединения с потоком под крылом, и падение давления (всасывание вверх) на вершине крыла больше. Что еще важнее, поток воздуха снизу крыла оказывает давление на его нижнюю наклонную поверхность, увеличивая общее давление и выталкивая крыло вверх еще больше.
Это чудесно. Используя наши возможности управления, мы наклоняем крыло до угла атаки в пять градусов, и наша подъемная сила увеличивается. Десять градусов - и она еще больше. Пятнадцать градусов - и мы получаем ужасающую подъемную силу от нашего крыла. Двадцать градусов и ... Вся подъемная сила пропала и мы резко ныряем вниз! Что случилось?
Это называется ПОТЕРЯ СКОРОСТИ. Пока мы наклоняли наш профиль все к большим углам атаки, воздух должен был проходить через вершину крыла все больший и больший путь, и путь этот должен был становиться все более кривым. В какой-то точке, обычно между 15 и 20 градусов, воздух уже не в состоянии двигаться так, он разбивается на турбулентные вихри - это явление называется турбуленцией - и прекращает обеспечивать подъемную силу, оставляя нас наедине с силой сопротивления воздуха. На практике, если потеря скорости происходит на большой высоте, вы вновь набираете ее в результате погружения и возвращаетесь опять к нормальному полету, потеряв часть высоты и испытав учащенное сердцебиение. Но на более низких высотах вы можете нырнуть в землю прежде, чем наберется подъемная сила. Потеря скорости - это одна из первых вещей, которых вас научат избегать на курсах парапланеризма.
Чтобы осознать все эти изменения подъемной силы, введем в рассмотрение еще одно уравнение. Уравнение (которое выглядит аналогичным уравнению для силы сопротивления, записанному выше) описывает ПОДЪЕМНУЮ СИЛУ для данного крыла: ПОДЪЕМНАЯ СИЛА = 1/2 \ р х Со х А х V2
Мы уже встречали р (плотность воздуха) и V (квадрат нашей скорости). "А" - это площадь или поверхность нашего парашюта (обычно между 20 и 30 м). Новое обозначение здесь - это Со - КОЭФФИЦИЕНТ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ. Он зависит всегда от конкретной формы вашего профиля, но, кроме того, как мы только что видели, от угла атаки.
Аэродинамическое качество
Наблюдая со стороны за парапланом вы замечаете, что его купол имеет отрицательный угол по отношению к горизонту, т. е. передняя кромка находится ниже задней. Не обращайте на это внимания. Мы интересуемся только двумя "невидными" углами. Направлением нашего пути планирования, которое также задает направление воздушного потока, и углом атаки нашего крыла относительно этого направления.
В спокойном воздухе (о ветре мы расскажем позже) параплан покрывает расстояние в несколько раз больше, чем высота, с которой он стартовал. Это отношение (расстояние, деленное на высоту), называемое аэродинамическим качеством, может меняться от умеренного 3:1 для простого (но стабильного и безопасного) учебного параплана до 9:1 для параплана высокого качества.
Управление
Рассмотрим теперь ближе стропы управления парапланом. Они проходят от левого и правого края задней кромки параплана, соединяются, превращаясь в две одинарных стропы, по одной с каждой стороны, проходят через кольца на задних лямках и заканчиваются петлевыми ручками, которые вы держите в руках. (Кольца предохраняют руки от выскальзывания и отдува на недостижимое расстояние).
Когда мы тянем за стропу управления, мы опускаем заднюю кромку, увеличивая угол атаки, а с ним - подъемную силу и силу сопротивления. Если тянуть левую стропу управления, то мы увеличим сопротивление этой стороны купола, и наш параплан повернет налево. Если тянуть правую стропу, мы повернем направо. В этом, собственно, и вся премудрость управления парапланом, и это сравнительно просто.
Но ваши стропы управления могут сделать еще кое-что, когда они работают одновременно: вы теперь увеличиваете угол атаки большей части крыла, причем одинаково с двух сторон (но не так сильно - руки на уровне бедер, - чтобы не создать полной потери скорости). Вы теперь летите прямо, но под большим углом атаки, сохраняя подъемную силу при меньшей скорости, а также планируя под более плоским углом. Наконец, перед самым касанием земли, вы убираете стропы управления полностью вниз, схлопывая крыло и уменьшая вашу скорость до минимума.
В случае, если вас заинтересовало, почему управляющие стропы не подсоединены ко всей длине задней кромки: если вы беспечно схлопнули обе стороны параплана на значительной высоте, в результате чего подъемная сила полностью исчезла и концы крыла сузились, середина крыла остается надутой, обеспечивая некоторую подъемную силу и помогая надуванию краев через отверстия соседних нервюр.
Когда вы держите "руки вверх", ваш параплан летит со своей максимальной скоростью 35-40 км/ч, но не при наилучшем планирующим отношении и не наилучшей скорости снижения. (СКОРОСТЬ СНИЖЕНИЯ - это скорость, с которой вы теряете высоту в планирующем полете; она меняется от, примерно, 2 м/с для тренировочных парапланов, до менее чем 1 м/с для спортивных). Если ручки управления находятся где-то между вашими ушами и плечами, ваш параплан летит со скоростью 25 км/ч, и это его лучшее использование: наиболее пологий угол планирования и наименьшая скорость снижения. Опускание рук еще ниже - примерно на уровень груди - может еще улучшить летные качества, но это также замедляет полет до скоростей, которые могут привести к падению.
Если управляющие ручки находятся внизу в районе поясницы, это замедляет полет до 20 км/ч и рекомендуется только в случае посадки. На большей части пути всех полетов для извлечения максимальных достоинств параплана руки держатся где-то на уровне плеч.
| [Назад] | [Далее] |  | | [Оглавление] |