Почему и как летает самолет

Рис. 30. Фигурный полет самолета: а) боевой разворот, б) петля Нестерова.

Для боевого разворота летчик накреняет машину элеронами и одновременно сильно увеличивает угол атаки. Самолет с креном круто взмывает вверх, причем по мере подъема крен увеличивается, а радиус разворота уменьшается. Затем летчик выравнивает самолет и берет нужное направление полета.

Самая эффектная фигура — петля Нестерова (рис. 30, б). Первым в мире ее выполнил замечательный русский летчик П. Н. Нестеров в 1913 году. В прежние времена в цирках показывали очень интересный номер. Акробат на велосипеде или на тележке съезжал по крутому настилу, изгибавшемуся затем в виде вертикальной петли. Вершину петли акробат проезжал вниз головой. Этот номер именовался «мертвой петлей».

Подобием ее и является петля, выполняемая на самолете, — с той лишь разницей, что разгон самолета достигается тягой силовой установки.

Для выполнения петли летчик в горизонтальном полете энергично берет ручку рулевого управления на себя.

Поэтому угол атаки крыла сильно увеличивается, подъемная сила резко возрастает и становится больше силы веса, то есть появляется некоторый излишек подъемной силы. Под действием излишка подъемной силы траектория полета круто изгибается вверх. Самолет описывает первую половину петли при работе двигателя на полном газе. На вершине петли машина оказывается вверх колесами, а летчик — вниз головой. Всегда сопутствующая центростремительной силе центробежная сила как бы прижимает самолет к воздуху, находящемуся выше его, а летчика — к сидению. Когда самолет переходит за вершину петли, летчик уменьшает тягу винта до самой малой и ставит ручку управления в среднее положение, а за-тем выбирает ее на себя, чтобы перевести самолет из пикирования в нормальный полет.

Действие центростремительной и центробежной сил можно легко проверить на опыте с вращением камня, если последний заменить ведерком с водой. При вращении вокруг некоторого центра ведерко будет описывать «мертвую петлю» и вода из него не выльется. Центробежная сила будет отбрасывать ведерко от центра к окружности, прижимать воду к донышку, как прижимает и летчика к сидению.

Форма петли, выполняемой на самолете, получается не круглой, а несколько вытянутой вверх. Это объясняется тем, что при подъеме на вершину петли скорость падает, и радиус кривизны траектории уменьшается. Во второй половине петли (при пикировании) скорость снова нарастает, и радиус опять увеличивается.

Кроме петли Нестерова и боевого разворота, на самолете можно выполнять и другие фигуры — так называемую горку, переворот через крыло, двойной переворот, называемый «бочкой» и т. д.

Фигурный (высший) пилотаж играет большую роль в подготовке летчиков. Цель его — научить летчика маневрировать в полете и развивать в нем уверенность в своих силах, выносливость, самообладание, бесстрашие.

Эту цель и ставил себе основоположник высшего пилотажа П. Н. Нестеров. Советские летчики — его достойные последователи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вся история развития самолета — от его рождения до наших дней — это история борьбы за скорость полета. Дальнейшее развитие авиации, несомненно, будет также тесно связано с ростом скорости полета.

Полвека назад максимальная скорость полета была всего лишь около 100 километров в час, а в наше время она превышает 2000 километров в час. Как был достигнут этот замечательный успех авиации?

Сначала скорость росла благодаря непрерывному улучшению аэродинамических форм самолета и увеличению мощности его силовой установки. Однако к 40-м годам нашего века аэродинамические формы самолета были доведены уже до такого совершенства, что дальнейшее улучшение их могло дать лишь незначительный выигрыш в скорости. Увеличение мощности силовой установки также не сулило большой выгоды, так как с увеличением мощности возрастают вес и размеры поршневого двигателя, а это ведет к повышению веса самолета и его лобового сопротивления — в результате скорость увеличивается незначительно.

Мешали и другие причины, лежащие в самой природе полета с большими скоростями.

Воздух, как и всякий газ, легко подвергается сжатию. Сжимаемость воздуха мы часто наблюдаем в быту. Например, волейбольный мяч приобретает значительную твердость, когда в него накачивают много воздуха. Еще большую твердость приобретает автокамера, в которую воздух накачивают под большим давлением. Следовательно, сжатие воздуха получается тем больше, чем больше давление.

При сравнительно небольших скоростях полета (до 400–500 километров в час) давление воздуха перед самолетом хотя и повышается, но незначительно. Поэтому и сжатие воздуха тоже невелико. Но при больших скоростях, близких к скорости звука и тем более превышающих ее, давление и сжатие воздуха сильно возрастают[16].

Появляется дополнительное, так называемое волновое сопротивление, которое в несколько раз увеличивает лобовое сопротивление самолета. Для преодоления большого лобового сопротивления обычная силовая установка оказывается малопригодной.