Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Подъемная сила

Подъемная сила

Lift

Пилот может управлять подъемной силой. Всякий раз перемещая на себя или от себя штурвал изменяется УА. Увеличение угла атаки приводит к увеличению подъемной силы (при прочих равных факторах). Когда самолет достигает максимального УА, подъемная сила начинает резко уменьшаться. Это — угол сваливания, также известный как критический угол атаки (CL-MAX). Посмотрите, как на рисунке 4-9, происходит увеличения CL до критического значения УА, а затем быстро уменьшаются с дальнейшим увеличением УА.

Прежде, чем продолжить тему подъемной силы и способами ее управления, необходимо сделать заметку о скорости. Крыло или ротор будет эффективным, если оно непрерывно будет находится в набегающем потоке воздуха («нападать» на воздух). Если самолет должен продолжать лететь, крыло, производящее подъемную силу должно постоянно перемещаться в воздухе. В вертолете или автожире это достигается вращением лопастей винта. Для других типов летательных аппаратов, таких как самолеты, дельталеты или планеры, воздух должен проходить по поверхности, создающей подъемную силу. Это достигается за счет движения самолета. Подъемная сила пропорциональна квадрату скорости самолета. Например, у самолета при скорости в 200 узлов подъемная сила будет в четыре раза больше чем у того же самого самолета но на скорости в 100 узлов, если УА и другие факторы остаются постоянными.

Фактически, самолет не может продолжать двигаться в горизонтальном полете на постоянной высоте и поддерживать тот же самый УА, если скорость была увеличена. При таких условиях подъемная сила увеличится, и самолет будет набирать высоту в следствие увеличения подъемной силы. Поэтому, чтобы поддержать подъемную силу и вес самолета, и удержать самолет в горизонтальном полете (без набора высоты) в состоянии равновесия, при увеличении скорости, подъемная сила должна быть уменьшена. Это обычно достигается за счет уменьшения УА, опуская нос самолета. И наоборот, если самолет замедляется, уменьшающаяся скорость требует, чтобы было произведено увеличение УА, чтобы производить достаточную подъемную силу для поддержания полета. Существует, конечно, предел угла атаки до которого его можно увеличивать чтобы избежать сваливания.

При постоянстве прочих факторов, для каждого значения УА существует определенная скорость самолета при которой возможно поддерживать заданную высоту полета при неускоренном полете (верно только если поддерживается «горизонтальный полет»). Если вес самолета увеличится, то и подъемная сила должна быть увеличена, но при увеличении угла атаки может быть достигнуто его критическое значение. Если значение угла атаки близко к критическому значению сваливания, то единственный способ увеличить производство подъемной силы — увеличить скорость полета.

Подъемная сила и сопротивление также изменяются непосредственно с плотностью воздуха. Плотность зависит от нескольких факторов: давление, температура и влажность. На высоте 18,000 футов плотность воздуха в два раза меньше плотности воздуха на уровне моря. Чтобы поддержать соответствующую подъемную силу на большей высоте, самолет должен лететь с большей истинной скоростью полета для любого заданного УА.

Теплый воздух менее плотен, чем прохладный воздух, и сырой воздух менее плотен, чем сухой воздух. Таким образом, в жаркий влажный день, самолетом нужно управлять с большей истинной скоростью полета для любого заданного УА, чем в прохладный, сухой день.

Если фактор плотности воздуха уменьшается, а величина подъемной силы должна оставаться равной весу самолета, чтобы продолжать горизонтальный полет, то, следовательно, какой-то другой фактор должен быть увеличен. Обычно таким фактором является скорость полета или УА, потому что ими может управлять непосредственно пилот.

Подъемная сила изменяется прямо пропорционально площади крыла, при одинаковой форме крыла в плане. Крыло с определенными пропорциями и аэродинамическими секциями с площадью 200 квадратных футов будет производить подъемную силу вдвое больше чем такое же крыло, но с площадью 100 квадратных футов.

Два главных аэродинамических фактора для пилота — подъемная сила и скорость, потому что ими можно управлять быстро и точно. Конечно, пилот может также управлять плотностью воздуха, регулируя высоту, и может управлять площадью крыла, если у самолета есть закрылки, которые увеличивают область крыла. Однако, в большинстве случаев пилот управляет подъемной силой и скоростью, чтобы маневрировать самолетом. Например, в горизонтальном неускоренном полете на постоянной высоте, высота поддерживается с помощью регулирования подъемной силы, которая должна соответствовать скорости полета самолета, чтобы сохранять состояние равновесия, в котором подъемная сила равняется весу самолета. При заходе на посадку, когда пилот хочет приземлиться максимально плавно, необходимо увеличить подъемную силу почти до максимума, чтобы сохранять равенство веса и подъемной силы.

The pilot can control the lift. Any time the control yoke or stick is moved fore or aft, the AOA is changed. As the AOA increases, lift increases (all other factors being equal). When the aircraft reaches the maximum AOA, lift begins to diminish rapidly. This is the stalling AOA, known as CL-MAX critical AOA. Examine Figure 4-9, noting how the CL increases until the critical AOA is reached, then decreases rapidly with any further increase in the AOA.

Before proceeding further with the topic of lift and how it can be controlled, velocity must be interjected. The shape of the wing or rotor cannot be effective unless it continually keeps “attacking” new air. If an aircraft is to keep flying, the lift-producing airfoil must keep moving. In a helicopter or gyro-plane this is accomplished by the rotation of the rotor blades. For other types of aircraft such as airplanes, weight- shift control, or gliders, air must be moving across the lifting surface. This is accomplished by the forward speed of the aircraft. Lift is proportional to the square of the aircraft’s velocity. For example, an airplane traveling at 200 knots has four times the lift as the same airplane traveling at 100 knots, if the AOA and other factors remain constant.

Actually, an aircraft could not continue to travel in level flight at a constant altitude and maintain the same AOA if the velocity is increased. The lift would increase and the aircraft would climb as a result of the increased lift force. Therefore, to maintain the lift and weight forces in balance, and to keep the aircraft straight and level (not accelerating upward) in a state of equilibrium, as velocity is increased, lift must be decreased. This is normally accomplished by reducing the AOA by lowering the nose. Conversely, as the aircraft is slowed, the decreasing velocity requires increasing the AOA to maintain lift sufficient to maintain flight. There is, of course, a limit to how far the AOA can be increased, if a stall is to be avoided.

All other factors being constant, for every AOA there is a corresponding airspeed required to maintain altitude in steady, unaccelerated flight (true only if maintaining “level flight”). Since an airfoil always stalls at the same AOA, if increasing weight, lift must also be increased. The only method of increasing lift is by increasing velocity if the AOA is held constant just short of the “critical,” or stalling, AOA.

Lift and drag also vary directly with the density of the air. Density is affected by several factors: pressure, temperature, and humidity. At an altitude of 18,000 feet, the density of the air has one-half the density of air at sea level. In order to maintain its lift at a higher altitude, an aircraft must fly at a greater true airspeed for any given AOA.

Warm air is less dense than cool air, and moist air is less dense than dry air. Thus, on a hot humid day, an aircraft must be flown at a greater true airspeed for any given AOA than on a cool, dry day.

If the density factor is decreased and the total lift must equal the total weight to remain in flight, it follows that one of the other factors must be increased. The factor usually increased is the airspeed or the AOA, because these are controlled directly by the pilot.

Lift varies directly with the wing area, provided there is no change in the wing’s planform. If the wings have the same proportion and airfoil sections, a wing with a planform area of 200 square feet lifts twice as much at the same AOA as a wing with an area of 100 square feet.

Two major aerodynamic factors from the pilot’s viewpoint are lift and velocity because they can be controlled readily and accurately. Of course, the pilot can also control density by adjusting the altitude and can control wing area if the aircraft happens to have flaps of the type that enlarge wing area. However, for most situations, the pilot controls lift and velocity to maneuver an aircraft. For instance, in straight-and- level flight, cruising along at a constant altitude, altitude is maintained by adjusting lift to match the aircraft’s velocity or cruise airspeed, while maintaining a state of equilibrium in which lift equals weight. In an approach to landing, when the pilot wishes to land as slowly as practical, it is necessary to increase lift to near maximum to maintain lift equal to the weight of the aircraft.


Система Orphus