Устроил у себя в фейсбуке небольшую викторину из серии «интересная авиация». Здесь я сделаю из двух постов один ). Пускай хранится для памяти.
***
В перерывах между учёбой, детьми и работами, и в отсутствие погоды для полётов, попробуем рубрику «интересная авиация».
Дано: пилот ведёт самолёт на посадку, внезапно, у него происходит отказ двигателя. Пилот не может точно оценить, удастся ли дотянуть до полосы. В самолёте только пилот и три тяжёлых ящика в грузовом отсеке.
Внимание, вопрос. Поможет ли дотянуть до полосы, если пилот выкинет за борт весь груз? Любой ответ нужно обосновать.
-------------
Ну что, время отвечать на вопрос о том, стоит ли выкидывать груз из самолёта, чтобы пролететь подальше.
Простой ответ: нет, не стоит, пролететь дальше у вас от этого не выйдет. Всё, чего вы добьётесь выкидыванием груза, так это небольшого выигрыша времени. Точно в ту же точку на пустом самолёте вы будете лететь немного дольше, вот и всё. А теперь чуть подробнее, кому интересно.
Перво-наперво, давайте вспомним, как вообще что-то может держаться в воздухе. На самолёт действуют четыре силы: подъёмная, вес, тяга и сопротивление. Подъёмную силу создают аэродинамические поверхности, у самолёта это в основном крылья и стабилизатор (результирующая подъёмная сила, её центр, в итоге, находится на крыле, но в эти подробности мы сегодня вдаваться не будем, упростим дело до того, что подъёмную силу нам создаёт крыло). Противостоит подъёмной силе вес. То есть, масса нашего аэропланчика, умноженная на ускорение свободного падения. Грубо говоря, та сила, с которой планета неизменно желает приблизить нас в свои объятия.
Тяга — это сила, двигающая нас вперёд. Ну а сопротивление — соответственно, сила, не позволяющая нам гонять по воздуху с такой скоростью, с которой хотелось бы. Проведите рукой по воде. Та сила, которую вы создаёте мышцами, это тяга. То, что мешает вам продвигать ладонь быстрее, это сопротивление. Сопротивление сжимаемой вашей ладонью воды и завихрение за тыльной стороной ладони. Вот и в воздухе то же самое. Пропеллер (например) тянет самолёт вперёд, а воздух сопротивляется этому.
Когда все эти силы уравновешены, самолёт просто летит равномерно и прямолинейно.
Теперь давайте посмотрим на два совершенно одинаковых самолёта, которые из одной точки начинают планировать вниз. Поскольку тяга (как следствие, скорость) у нас отсутствует, то это нужно компенсировать, ведь подъёмная сила создаётся лишь при движении крыла относительно воздуха. Значит, мы будем «медленно падать», т.е., планировать вниз. Таким образом, все четыре силы будут находиться в равновесии, а самолёт будет постепенно приближаться к земле. Как быстро это будет происходить? Вот тут нам и поможет разобраться аэродинамика. Подъёмную силу создаёт не столько крыло само по себе, столько то, под каким углом нам в нижнюю его кромку попадает поток воздуха. Это определяется дизайном крыла, его формой, удлинением, стреловидностью, толщиной и много чем ещё, о чём мы сегодня не будем говорить. Есть определённый угол («угол атаки», то бишь, угол, под которым поток воздуха сталкивается с крылом), при которым значение подъёмной силы будет максимальным, а сопротивление, наоборот, минимальным. Это называется наивыгоднейшим углом планирования. Именно при этом угле самолёт будет планировать лучше всего, пролетит максимально возможное расстояние.
Теперь, мысленно загрузим наш самолёт чем-нибудь тяжёлым. Что изменится? Верно, изменится вес самолёта. Однако, это всё тот же самолёт, то же крыло. И наивыгоднейший угол, под которым поток воздуха должен набегать на крыло, чтобы мы могли улететь на максимальное расстояние, будет тем же самым углом! Но ведь мы понимаем, что дополнительная масса должна что-то изменить! И она меняет. Если бы работал двигатель, нам нужно было бы больше тяги, чтобы тащить весь этот груз. Но по условиям задачи, двигатель отказал, и наша единственная «тяга» теперь — притяжение земли. И если тяги нужно больше, притом, что остальные параметры мы старательно сохраняем, единственное, что остаётся — скорость. Именно она и вырастает. Опять же, для лучшего понимания: в случае с работающим мотором, чтобы получить больше подъёмной силы для более тяжёлого самолёта нам нужно было бы «прокачивать» через крыло больше воздуха (при условии, что угол атаки мы хотим сохранить наивыгоднейшим, конечно), то есть... да, именно: прибавить газу, т.е., в конце концов, увеличить скорость.
Вот и получается, что если мы хотим улететь на максимальное расстояние (а мы хотим, если не получается определить, дотянем ли до полосы), нам нужно сохранять наивыгоднейший угол планирования. И если мы его старательно сохраняем, то более тяжёлый самолёт будет требовать больше энергии в виде большей скорости, а такой же, но более лёгкий самолёт сможет сохранять тот же угол при меньших затратах энергии, то есть, будет лететь немного медленнее. Но оба, в итоге, окажутся в одной и той же точке. И будем надеяться, оба дотянут до полосы
.
Референтная ссылка, кому интересно ещё детальнее:
https://www.faa.gov/.../saf.../2018/media/SE_Topic_18-05.pdf
Изображения и схемы использованы из моего учебного пособия для частных пилотов «Общие технические сведения», доступно по ссылке:
https://drive.google.com/.../1Wmwe-H.../view...