Из истории летательных аппаратов - [4]

Крыло, перемещаясь в воздушной среде, воздействует на нее, отталкивая воздух вниз так, что каждую секунду воздействию подвергаются все новые и новые массы воздуха. Крыло воздействует наиболее сильно на слои воздуха, проходящие вблизи него, и это воздействие постепенно ослабевает по мере отдаления массы воздуха от крыла по вертикали. Если условно считать, что воздействие не зависит от расстояния до крыла, мы получим вполне определенную массу воздуха, на которую ежесекундно воздействует крыло в процессе сообщения импульса, называемую секундной массой ms. Оказывается, что она заключена в цилиндрическом отрезке длиной V и диаметром, равным размаху крыла l; отсюда получим

и при нормальной плотности воздуха s 0,125 кГ*сек2/м4 получим ms ====0,l*V*l2.

Вертикальную скорость W, сообщенную массе ms, получим делением веса планера на ms, т. е. WG/ms; энергия, сообщенная массе ms, будет равна

Эту затрату энергии можно свести к преодолению сопротивления, называемого индуктивным и вызываемым формированием подъемной силы, равной весу; величину индуктивного сопротивления получим, поделив энергию E1 на скорость полета

Дополнительная затрата энергии будет вызвана необходимостью преодоления сопротивления частей планера; его можно представить как сопротивление некоторой плоской площадки F, расположенной перпендикулярно к линии полета:

где 1,28 -- коэффициент сопротивления плоской пластинки.

Сопротивление Q1 обратно пропорционально V2, a Q2 прямо пропорционально этой величине; нетрудно было бы показать, что минимальное суммарное сопротивление будет при равенстве обоих сопротивлений, а из этого условия мы получим соответствующую скорость полета, называемую наивыгоднейшей, Vн, в максимальное значение аэродинамического качества Кmах:

Вертикальную скорость планера получим, разделив скорость на аэродинамическое качество:

Минимум скорости снижения будет при скорости на 25-30% меньшей, чем наивыгоднейшая, но при аэродинамическом качестве, пониженном примерно на 15%, и тогда скорость снижения будет равна:

Из этой формулы мы видим, что при данном весе планера наиболее сильным средством уменьшения скорости снижения является увеличение размаха крыльев; уменьшение вредной площади F влияет довольно слабо. В случае биплана в расчет вводится эквивалентный размах крыльев

где h -- расстояние между крыльями.

Для биплана с размахом 6 м и расстоянием h1,3 м мы получим эквивалентный размах lэ6,8 м. У балансирного планера с грубыми формами и открыто висящим летчиком величина F около 1,2-1,4 м2; максимальное аэродинамическое качество будет около 4,5; скорость полета при полетном весе 90 кГ будет 8-9 м/сек, скорость снижения -- около 2 м/сек. Следует указать, что если крыло плоское или искривленное, но обтягивающая его материя не лакирована, эффективный размах окажется значительно пониженным:

Здесь S -- площадь крыльев; у нашего планера она около 16 м2, и тогда lэ4,25 м; аэродинамическое качество будет около 3 и скорость снижения -- около 2,8 м/сек.

Кроме проделанных выше расчетов, необходимо проверить величину коэффициента подъемной силы при минимальной скорости снижения:

Так, в нашем примере при V8 м/сек, G/S5,6 кГ/м2 имеем Сy1,4. Для обычного профиля это большая величина и профиль может оказаться близким к срыву обтекания. Во избежание этого, летать нужно на повышенной скорости, что поведет к увеличению скорости снижения.

Можно показать, что во избежание получения излишне большого Су на режиме пологого планирования величина

не должна превышать 0,4-0,5, где bср -- средняя ширина крыла, равная площади крыла, деленной на размах, bcpS/l; для биплана нужно принимать bcpS/lэ. У балансирных планеров F приблизительно равно 1,3 м2 и потребная величина bcp будет 2,3-2,5 м. Очевидно, что для получения такого значения средней ширины крыла более целесообразно разбить ее на два крыла, расположив одно над другим. Так это и делали, хотя подобного теоретического вывода тогда еще получено не было. Впоследствии благодаря уменьшению величины F ширина крыла bср была сокращена до 1,0-0,75 м. При большом размахе это привело к очень большому удлинению l l/bср.

Можно считать, что планеры Нестерова-- Делоне имели аэродинамическое качество около 4 и скорость снижения более 2 м/сек. Чтобы совершать планирующие полеты, нужно было иметь склон горы круче, чем 15o. Как известно, Лилиенталь сделал для себя специальную горку. При угле откоса, равном 20o, и при ветре, имеющем скорость более 6-7 м/сек, получался восходящий поток со скоростью более 2 м/сек и был возможен парящий полет. Однако при несовершенном балансирном управлении это было очень рискованно и привело Лилиенталя к гибели.

Автор тоже проводил опыты полета на балансирном планере. Первое впечатление при испытании было очень неожиданным. Подойдя к довольно крутому откосу при скорости ветра около 6 м/сек, я, к своему удивлению, почувствовал, что планер не хочет планировать. Благодаря наличию подъемной силы я едва стоял на земле, и не мог приложить усилия, чтобы побежать вниз по склону. Только после нескольких попыток мне удалось увеличить скорость и оторваться. Чувствовалось, что необходима дополнительная тяга; тогда к планеру привязали две веревки, за которые стали тянуть мои товарищи. С дополнительной тягой дело пошло лучше и можно было совершать подлеты с пологих склонов.