КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ
Кристина Черницкая, 16 лет
г. Москва
Мечта о полете сопровождает нас с детства. Кто не летал во сне? Кто не мечтал научиться летать и
парить в вышине неба? Извечную мечту человека о полете пытались осуществить с помощью
деревянных крыльев, воздушных шаров и дирижаблей. Но полеты стали по-настоящему доступны
только тогда, когда был изобретен самолет. Сначала профессия летчика была окутана завесой
тайны и романтики. Пилотов считали чуть ли не сверхчеловеками, девушки теряли контроль над
собой при одном виде человека в кожаной куртке и с гордым отрешенным взглядом. Сейчас не
только летчик, но и космонавт - уже профессия обычная, не представляющая собой никакой
мистической тайны. Самолеты напичканы таким количеством умной электроники, что вести их
может и ребенок. По крайней мере пилотирование самолета сегодня представляется намного
меньше сложным и опасным, чем вождение автомобиля по оживленному городу в час пик.
Попробовать же себя в роли пилота может каждый пользователь персонального компьютера. Для
этого достаточно установить на компьютер программу симуляции полета на самолете. Таких
программ много. Но самой популярной стала программа Microsoft Flight Simulator. Программа
действительно замечательная по точности имитации поведения самолета в воздухе, по красоте и
реалистичности окружающих ландшафтов. Давайте и мы с вами попробуем себя в роли пилота. А
вдруг получится, понравится и полеты станут вашей профессией, жизнью, судьбой. Начнем с
самого начала.
Как вообще летает самолет?
В простейшем случае ситуацию можно
представить себе так: двигатель
самолета, снабженный пропеллером,
тянет самолет вперед. На крыло
набегает поток встречного воздуха,
обтекая крыло. И именно в форме
крыла заключен секрет той силы,
которая поднимает самолет в воздух.
Если мы посмотрим на крыло самолета в разрезе,
то увидим, что верхняя его часть более
выпуклая, чем нижняя. Нижняя - практически
плоская. Значит, потоку воздуха, огибающему
верхнюю часть крыла, понадобится пройти
намного больший путь, чем потоку, который
проходит снизу крыла. Причем за одно и то же
время. Понятно, что скорость потока, обтекающего крыло сверху, больше, чем скорость потока,
обтекающего крыло снизу.
Из школьного курса физики нам знаком закон
Бернулли, который говорит о том, что чем больше
скорость потока, тем меньше давление, которое
этот поток оказывает на окружающее. Стало быть,
возникает ситуация, при которой сверху крыла
давление ниже, чем снизу. Низкое давление сверху
втягивает крыло на себя, а более высокое снизу
подталкивает его вверх. Крыло поднимается. И
1
если подъемная сила превышает вес самолета, то и сам самолет зависает в воздухе. Самолету
перед взлетом надо разбежаться по взлетной полосе и достичь взлетной скорости.
Чем больше скорость самолета, тем больше подъемная сила крыла. Поэтому самолет может
взлететь, только если скорость его превышает критическую взлетную скорость. Эта скорость не
постоянна, а зависит от массы самого
самолета, залитого топлива и количества
загруженных
в
него
пассажиров
с
чемоданами. Чем больше масса самолета, тем
большую скорость при разбеге надо развить,
прежде чем самолет пойдет вверх.
На практике самолет поднимается не
горизонтально. Для того чтобы быстро
набрать высоту и не зацепить стоящие вокруг
аэродрома деревья и дома, надо опустить
хвост, поднять нос и подниматься в небо под
большим углом. Для того чтобы управлять углом подъема самолета, в хвосте самолета сделано
горизонтальное оперение, снабженное рулями высоты. Руль высоты представляет собой
небольшую площадку в задней части хвостового оперения, которая может отклоняться вверх или
вниз, подчиняясь движениям штурвала пилота. Когда руль высоты отклоняется вверх, подъемная
сила хвостового оперения уменьшается, хвост опускается вниз, а нос, наоборот, задирается вверх.
Когда самолет задирает нос, он как бы взбирается на воздушную горку, скользя по подъему
крыльями. Взбираться в горку тяжелее, чем лететь по горизонтали. Поэтому скорость падает, и
может оказаться недостаточной для полета. Чтобы скомпенсировать потерю скорости, надо
увеличить мощность двигателя, сделать так, чтобы пропеллер
крутился быстрее и сильнее тянул самолет вперед.
А вот когда рули высоты отклонены вниз, подъемная сила хвоста
увеличивается, нос самолета опускается вниз и самолет начинает
скользить "с горки", быстро наращивая скорость. Тут уже надо
уменьшать мощность двигателя.
Пилот управляет положением руля высоты с помощью штурвала. Чтобы поднять нос самолета,
тянем ручку штурвала на себя. Чтобы опустить нос, толкаем штурвал от себя. В случае джойстика
соответственно наклоняем джойстик на себя или от себя.
На вертикальном оперении хвоста имеется
руль направления. Отклоняя его вправо
или
влево,
можно
соответственно
поворачивать самолет в горизонтальной
плоскости. Пилот управляет рулями
направления с помощью педалей. Педали
также притормаживают колеса. Правая
педаль притормаживает правое колесо,
левая - левое. Это помогает круче
повернуть при рулении на земле. Одновременное нажатие на обе педали тормозит самолет.
Например, после посадки.
Механизация крыла еще сложнее. Если мы покачаем штурвал или джойстик в стороны, то легко
заметить, как на задней части крыла отклоняются элероны. Причем элероны отклоняются поразному. Если повернуть штурвал вправо, то на правом крыле элерон отклонится вверх, уменьшая
подъемную силу, а на левом вниз. При этом правое крыло опустится, а левое поднимется, и
самолет наклонится вправо. В полете наклон самолета используется для компенсации порывов
ветра, раскачивающих самолет, а также для выполнения точных пологих разворотов. Ведь если
2
наклонить самолет, то он будет постепенно
разворачиваться в сторону наклона. Если на
спортивном самолете штурвал резко отклонить
в сторону, то самолет может даже начать
вращаться вокруг продольной оси корпуса,
выполняя так называемую "бочку" - фигуру
высшего пилотажа с переворотом.
Для более крутых разворотов с небольшим
радиусом используется одновременный наклон
штурвала и отклонение руля направления в ту же сторону.
Помимо элеронов, крыло снабжено
закрылками, которые выдвигаются,
резко увеличивая подъемную силу и
сопротивление
крыла.
Закрылки
используются при посадке, чтобы
самолет подходил к земле на
минимальной скорости. При взлете
тяжело
нагруженного
самолета
закрылки также выдвигаются примерно
до половины. Это уменьшает взлетную скорость и помогает сократить разбег.
Для того чтобы быстро сбросить скорость, в верхней части крыла выдвигаются щитки воздушных
тормозов - спойлеров. Они увеличивают сопротивление крыла набегающему потоку воздуха и
применяются как для уменьшения скорости при крутом снижении, так и на последнем этапе
посадки, при касании самолетом полосы, для предотвращения незапланированного подъема в
воздух. Так называемого "козления".
Механизация крыла больших транспортных лайнеров еще сложнее. Но для нас пока важно просто
попробовать подняться в воздух и "почувствовать" управление самолетом. Поэтому ограничимся
возможностями легкого "частного" самолета. Садимся за штурвал и взлетаем.
Взлетаем!
При первом запуске симулятора
полетов наш самолет стоит на
34-ой правой полосе аэродрома
в Сиэтле. Номер полосы не
означает, что на этом аэродроме
есть еще 30 взлетно-посадочных
полос
(ВПП).
ВПП
сложнейшее
инженерное
сооружение, набитое бетоном,
светотехникой и электроникой.
ВПП стоит бешеных денег и ни
один аэродром не сможет
позволить
себе
построить
тридцать полос. Просто в
номере полосы шифруется ее направление. Полоса 34 идет по направлению примерно 340
градусов. Если за нуль принимать направление на север, 90 - восток, 180 - юг, 270 - запад.
Взлетно-посадочные полосы аэродромов располагаются, как правило, с учетом преобладающих в
этой местности ветров, чтобы при взлете и посадке самолет не оказался под сильным боковым
ветром. С этой же целью часто делают несколько полос под углом друг другу. Если одна полоса
находится в неблагоприятных ветровых условиях, то аэродром работает с другими полосами.
3
Итак, стоим на полосе и двигатель уже включен.
Для уменьшения взлетной скорости
немного выдвигаем закрылки. В нашем
примере на 10 градусов. Полностью
выдвигать закрылки не имеет смысла,
поскольку
они
будут
оказывать
сопротивление
набегающему
потоку
воздуха и самолет будет разгоняться
слишком
медленно.
Полностью
выдвинутые закрылки необходимы только
при посадке, когда самолет скользит вниз и
его нужно притормаживать. Если бы полоса
была короче, можно было бы выдвинуть
закрылки на 20 градусов. Но эта полоса
рассчитана на взлет тяжелых транспортных
самолетов и нашей легкой Сессне вполне
хватит времени разогнаться даже при 10
градусах. Закрылки управляются с клавиатуры. Клавиша F8 полностью выдвигает закрылки.
Клавиша F5 полностью убирает их. Клавиши F6 и F7 перемещают закрылки в промежуточные
положения.
Сектора газа подаем вперед. На джойстиках управление дросселями обычно расположено слева от
рукоятки. Небольшой рычаг, который можно перемещать вперед и назад. Чем больше мы
переместим рычаг газа в положение "вперед", тем большую мощность двигателя получим. В
момент разгона и взлета нам нужна максимальная мощность двигателя. Ведь самолету предстоит
тянуть свою массу вверх. Поэтому даем
полный газ. Если в настройках
симулятора отключено автоматическое
управление углом наклона лопастей
винта, то нужно выставить еще и
максимальный угол. Чтобы винт с
максимальной силой вкручивался в
окружающий воздух и обеспечивал
самое большое усилие, которое может
развить. В таком режиме двигатель
быстро изнашивается и может работать
очень недолго. Но нам и не нужно
чтобы он перетруждался слишком
долго. Всего пару минут работы на
износ, пока самолет не поднимется.
Потом мы переведем его в более
спокойный
режим
работы.
Двигатель выходит на максимальные обороты. Отпускаем тормоза клавишей "." (точка). Самолет
разгоняется по полосе. Наша задача - удержать его на оси полосы и не дать свалиться с нее.
Отслеживаем скорость по спидометру. Когда стрелка достигает зеленого сектора, можно начинать
подъем. Но лучше иметь небольшой запас. Ведь в момент отрыва от земли скорость непременно
упадет. Будет очень неприятно катиться, подскакивая, на двух колесах. Не говоря уж о том, что
поднятое переднее колесо делает самолет совершенно неуправляемым, и как раз в момент
неуверенного отрыва мы можем либо слететь с полосы, либо накренить самолет так, что крыло
зацепит за бетон. Так что лучше немного подождать.
Тянем ручку на себя. Тянем аккуратно. Это все же не истребитель и свечкой вверх не пойдет.
Штурвалом вообще надо пользоваться мягко и аккуратно. Ведь за спиной пассажиры.
4
А пассажиры не всегда готовы к воздушной
акробатике и могут запачкать салон. Земля
проваливается вниз. Из пассажирского
салона доносятся восхищенные вздохи.
Самолет в воздухе. Теперь спокойными
движениями штурвала можно попробовать
управление. Необходимо "почувствовать"
самолет. Возможно, что в первый раз полет
закончится быстро и непредсказуемо. Чтобы избежать аварии, не дергайте штурвал резко. Все
движения при управлении должны быть плавными. Непременно учитывайте инерцию машины.
Посадка
Мы с вами рассмотрели принципы полета самолета и самостоятельно взлетели из аэропорта в
Сиэттле. Сейчас попробуем совершить посадку.
Летим на легком гражданском самолете Сессна. Это надежный и легкий в управлении самолет, не
требующий особого искусства пилотирования. Поэтому при благоприятной погоде и хорошей
видимости можно совершить посадку вручную, не прибегая к современным системам
автоматизации полета. С помощью элеронов и рулей направления направляем самолет на полосу
так, чтобы полоса была прямо по
курсу. Начинаем снижение.
При посадке скорость самолета
должна
быть
минимальной.
Чтобы уменьшить скорость, не
потеряв способности летать, нам
необходимо резко увеличить
подъемную силу крыла. Для
этого
выдвигаем
закрылки
клавишей
F8.
Закрылки
увеличивают
не
только
подъемную силу крыла, но и
сопротивление
набегающему
потоку
воздуха.
Скорость
самолета резко падает. Чтобы она
не перешла критическую черту,
после которой самолет просто свалится в "штопор", необходимо увеличить обороты двигателя.
5
Ручку регулировки газа на джойстике подаем вперед. И сам джойстик тоже плавно наклоняем
вперед, чтобы нос самолета опустился и мы начали скользить по невидимой линии, соединяющей
самолет с началом взлетно-посадочной полосы - глиссаде. Визуально и интуитивно регулируем
наклон таким образом, чтобы самолет в конце снижения попал точно на начало полосы.
Скорость самолета держим равной примерно 75
узлам. При спуске вниз самолет разгоняется.
Поэтому, возможно, придется несколько
уменьшить обороты двигателя. Посадка - самое
сложное. При этом маневре приходится держать
под контролем множество параметров и
"танцевать джигу" на клавишах. Необходимо
подравнивать самолет по оси полосы, следить за
точностью угла снижения, выдерживать скорость
и не реагировать на упреки, доносящиеся из
пассажирского салона. Посадка - тяжелый стресс
для ваших спутников. Постарайтесь сделать так,
чтобы доставить им наименьшие неудобства. Управляйте самолетом плавно и без акробатических
трюков. Вообще, чем мягче и спокойнее ваши движения, тем больше шансов совершить
успешную посадку. Если вы видите, что самолет подходит к земле не под теми углами, лучше не
играть в истребитель, а зайти на второй
круг.
До земли остается несколько метров.
Самый ответственный этап
приземления. От него зависит, поедете
ли вы из аэропорта к тетушке Марте,
или прямиком в реанимацию. Ручку
газа на джойстике берем полностью на
себя, уменьшая обороты двигателя до
минимума. Ручку джойстика очень
плавно тянем тоже на себя. Нос
самолета поднимается. Скорость падает,
подъемной силы крыльев не хватает для
того чтобы удержать самолет в воздухе
и он проседает, касаясь полосы
колесами. Очень важно выравнивать
самолет над полосой так, чтобы первое
касание приходилось на два основных
колеса под крыльями. Если нос будет наклонен чуть больше вниз, то самолет коснется земли
передним колесом. Стойка переднего колеса может подломиться и произойдет авария. Если вы
слишком задерете нос вверх, то скорость снизится слишком сильно и самолет просядет с большой
вертикальной скоростью. И тогда подломятся стойки основных шасси. При выравнивании самолет
должен лететь почти горизонтально. Нос чуть выше горизонтальной линии.
Коснулись полосы? Не спешите давить на педали тормозов! Колеса еще крутятся слишком
быстро, чтобы можно было безнаказано притормаживать. Тормозные колодки на колесах от
сильного трения могут привести к неровному торможению и даже к заклиниванию колеса. Тогда
не миновать беды. Подождите, пока выпущенные закрылки, сопротивляясь потоку воздуха,
затормозят самолет до приемлемой скорости. Тогда уже можно убирать закрылки,
притормаживать или, напротив, добавлять газ, и съезжать с полосы на рулежку. Запрашиваем у
наземного диспетчера маршрут на стоянку и звоним тетушке Марте, предупреждая, что мы скоро
будем.
6
Сложно? Вовсе нет. Сложно, когда вы за штурвалом громадного "Боинга". А "Сессну" часто
называют "самолетом для домохозяек". Она прощает многие ошибки. Тем не менее, посадку
можно значительно упростить, если воспользоваться системой инструментальной посадки (ILS).
Эта хитрая система заключается в том, что в начале взлетно-посадочной полосы устанавливается
передатчик радиоволн. Антенна передатчика имеет специальную конструкцию и выпускает узкий,
направленный пучок излучения. Излучение направляется вверх под углом, оптимальным для
снижения. Передатчик системы инструментальной посадки как бы создает луч глиссады, по
которой должен скользить самолет, заходящий на посадку. В самолете же ставится сложный
электронный комплекс, принимающий этот луч и отслеживающий его смещение относительно
направления полета самолета. Таким образом, появляется возможность автоматически направлять
траекторию снижения точно по радиолучу. Пилоту,
поймавшему луч системы ILS, не требуется следить за
траекторией снижения. Самолет сам будет
направляться точно по глиссаде. Остается только
следить за скоростью. Правда, в конце снижения все же
придется выполнить маневр выравнивания. Но в целом
задача подхода к полосе и снижения значительно
упрощается.
Первое, что надо сделать при подходе к полосе - выяснить частоту, на которой работает
передатчик системы ILS. Проще всего это сделать, открыв карту. Щелкаем по аэродрому, в списке
полос смотрим, оборудована ли эта полоса системой инструментальной посадки и какова частота
передатчика. Затем закрываем карту и настраиваем навигационную радиосистему на эту частоту.
Если мы достаточно близко от передатчика, то в наушниках услышим бодрую "морзянку" системы
ILS.
Теперь можно заходить на полосу даже под любым
углом. Держим курс не на начало полосы, а на точку
входа в глиссаду. Активируем систему
инструментальной посадки нажатием кнопки "APP".
Включился режим подхода. Как только система
подхватит луч, бортовой компьютер сообразит, куда
поворачивать. Выпускаем закрылки, устанавливаем скорость в 75 узлов и откидываемся на спинку
кресла. Время от времени контролируя скорость, разумеется.
И только у самой земли клавишей "Z" отключаем автопилот, сбрасываем газ и выравниваем
машину.
Счастливого пути!
Иллюстрации сняты автором из программы MS Flight Simulator
7