Как поворачивает самолет в воздухе

Наверняка многим пассажирам приходилось становиться свидетелем того, как пилот разворачивает в воздухе их самолет. Однако чаще всего этот процесс не слишком заметен для людей, не разбирающихся в устройстве авиасудна, ведь нам просто кажется, что полет продолжается так же, как и до этого. Правда, пилоты в это время проделывают трюк с элеронами — частями крыла, которые могут двигаться. Ниже мы рассказываем, для чего же самолеты нужно разворачивать в небе и как на это влияют элероны.

Зачем необходима способность поворота

С земли нам кажется, что сама возможность совершать поворот для лайнера в воздухе как-то нелогична, ведь создается впечатление, что он всегда всегда летит по прямому маршруту. Однако такая способность очень важна, так как она влияет на множество аспектов в управлении самолетом.

2958148c1c-5143479

Лайнер в процессе поворота

Так, в воздухе чаще всего разворот авиасудна происходит по аварийным причинам. Например, если на борту случается какая-либо чрезвычайная ситуация, то может потребоваться экстренная посадка рейса. Сюда относятся проблемы со здоровьем у человека, находящегося на борту, когда работники рейса не в состоянии ему помочь. Тогда пилот направляет лайнер к ближайшему аэропорту, где человеку оказывают медицинскую помощь.
Также часто можно наблюдать, как самолет долгое время может просто кружить в воздухе над посадочной полосой. Это значит, что пилот по каким-либо причинам пока что не может совершить посадку. Так, он может просто дожидаться разрешения на это действие, либо же сжигать специально топливо, наличие которого не позволяет начать спуск. Во всех этих случаях пилоты так или иначе разворачивают лайнер в воздухе.

a347482a29-3767722

Во время разворота лайнер немного наклоняется в одну из сторонФизика решает все

То, как происходит поворот, объясняет физика. Так, на лайнер всегда действуют некоторые силы. Когда он движется прямо и с постоянной скоростью, то само продвижение обеспечивается силой тяги. А чтобы повернуть судно, необходима сила, действующая перпендикулярно относительно направления его движения. В этом как раз и выручают элероны.

043370fa06-8290644

Элероны помогают совершать повороты

Они представляют собой части крыла, которые расположены на самих кромках. Они могут двигаться в зависимости от того, в какую сторону нужно сделать разворот. Так, если поднять один, а другой опустить, то на последнем подъемная сила увеличится, и лайнер начнет как бы закручиваться вокруг своей оси.

У этого термина существуют и другие значения, см. Реверс.

Реверс — режим работы авиационного двигателя, при котором вектор тяги двигателя направлен против направления движения летательного аппарата. Технически реверс реализуется: для реактивных двигателей — отклонением части воздушной или реактивной струи вперёд по направлению движения, а для винтовых двигателей — реверсом воздушного винта.

300px-klm_f100_ph-kle_arp-5079709

Створки реверсивного устройства двигателя самолёта Fokker 100 задействованы и перенаправляют реактивную струю в направлении движения самолёта

300px-boeing_737-200_thrust_reverser-7099303

Реверс применяется в основном на пробеге после посадки или для аварийного торможения при прерванном взлёте. Реже — на рулении, для движения самолёта задним ходом без помощи буксировщика. Небольшое число самолётов допускает включение реверса в воздухе. Наиболее широко реверс применяется в коммерческой и транспортной авиации. Характерный шум можно часто услышать при пробеге самолёта по ВПП после посадки.

Реверс применяют совместно с основной (колёсной) тормозной системой самолёта. Его применение позволяет снизить нагрузку на основную тормозную систему самолёта и сократить тормозную дистанцию, особенно при малом коэффициенте сцепления колёс с ВПП, а также в начале пробега, когда остаточная подъёмная сила крыла уменьшает нагрузку на колёса, снижая эффективность тормозов. Вклад реверсивной тяги в общее тормозное усилие может сильно различаться для разных моделей самолётов.

Реверс реактивного двигателя

Реверс реализуется путём отклонения части или всей струи, исходящей из двигателя, при помощи разнообразных затворок. В разных двигателях реверсивное устройство реализовано различным способом. Специальные затворки могут перекрывать струю, создаваемую только внешним контуром турбореактивного двигателя (например, на Airbus A320), или струи обоих контуров (например, на Ту-154М).

В зависимости от конструктивных особенностей самолёта реверсом могут быть оснащены как все двигатели, так и их часть. Например, на трёхдвигательном Ту-154 реверсивным устройством оснащены только крайние двигатели, а на Як-40 — только средний.

Способ, в котором для перенаправления воздушного потока используются специальные створки определённого вида, так называемые «ковшовые». Таких створок на двигателях как минимум две (Ту-154М) или более (Boeing 737) и внешне они напоминают ковши. Например в двигателе невысокой степени двухконтурности с перекрытием всего потока, например Д-30КУ-154 (в самолёте Ту-154М). В двигателе высокой степени двухконтурности, например CFM56-5В (в самолёте Airbus А320) с перекрытием холодной части потока и с сохранением прямого течения в горячей части потока (сопла).

Способ, в котором в задней части двигателя и, возможно, сопла двигателя, выполнены специальные профилированные решётки. Когда двигатель работает на прямой тяге, створки перенаправляют проход выходящих газов в решётки. Такая конструкция применяется например в двигателях невысокой степени двухконтурности с перекрытием всего потока, НК-8-2(У) (в самолёте Ту-154) или Pratt & Whitney JT8D (в самолёте Boeing 727). В двигателе высокой степени двухконтурности, например Д-436 (в самолёте Ан-148) с перекрытием холодной части потока и с сохранением прямого течения в горячей части потока (сопла).

На самолёте Ил-76 реверсивное устройство имеют все 4 двигателя, однако на практике реверс внутренних (2-го и 3-го) двигателей стараются не использовать, так как возможно повреждение обшивки фюзеляжа.

Реверс двигателя с воздушным винтом

Поворот лопастей воздушного винта.

Реверс у винтовых самолётов реализуется путём поворота лопастей винта (изменяется угол атаки лопастей с положительного на отрицательный) при неизменном направлении вращения. Таким образом винт начинает создавать обратную тягу. Такой тип реверсивного устройства может применяться как на самолётах с поршневым двигателем, так и на турбовинтовых самолётах, в том числе и одномоторных.

У самолёта Airspeed 2000, имевшего паровой двигатель, реверс винта осуществлялся изменением направления его вращения (вместе с изменением направления вращения самого двигателя).

Реверс зачастую предусматривается на гидросамолётах и амфибиях, так как предоставляет значительное удобство при рулении на воде.

Первое применение реверса тяги на винтовых самолётах можно отнести к 1930-м годам. Так, реверсом были оборудованы пассажирские самолёты Боинг 247 и Дуглас DC-2.

Самолёты без реверсивного устройства

Большое количество самолётов не нуждается в реверсе, или реверс сложно реализовать технически. Так например, в связи с особенностями механизации крыла и чрезвычайно эффективными воздушными тормозами в хвосте BAe 146 не требуется включать реверс при приземлении. Соответственно, все четыре двигателя не работают в режиме реверса. По этой же причине в реверсивном устройстве не нуждается самолёт Як-42. В то же время многие самолёты с форсажными камерами (военного назначения) не имеют реверса, в связи с чем их послепосадочный пробег велик. Данное обстоятельство вынуждает строить ВПП большей длины, в конце ВПП устанавливать аварийные устройства торможения, а на сами самолёты устанавливать высокоэффективные колёсные тормоза и тормозные парашюты. Необходимо отметить, что тормоза и пневматики таких самолётов подвержены большому износу и требуют частой замены, а в случае применения парашютов требуется организация дополнительных служб по техническому обеспечению и обслуживанию ТП.

Использование реверса в воздухе

Некоторые самолёты (как винтовые, так и реактивные, военные и гражданские) допускают возможность включения реверса тяги в воздухе, при этом его использование зависит от конкретного типа воздушного судна. В ряде случаев реверс включается непосредственно перед касанием полосы; в других случаях — на снижении, что позволяет снизить скорость торможением (при подходе по крутой глиссаде) или избежать превышения допустимых скоростей при пикировании (последнее применимо к военным самолётам); для выполнения боевых маневров; для быстрого экстренного снижения.

Так, в турбовинтовом авиалайнере ATR 72 реверс может быть использован в полёте (при снятии пилотом предохранительной пломбы); турбореактивный лайнер «Трайдент» также допускает реверс в воздухе для быстрого снижения с вертикальной скоростью до 3 км/мин (хотя эта возможность редко использовалась на практике); с той же целью мог быть включен реверс двух внутренних двигателей сверхзвукового лайнера «Конкорд» (только на дозвуковой скорости и при высоте ниже 10 км). Военно-транспортный самолёт C-17A также допускает включение реверса всех четырёх двигателей в воздухе для быстрого снижения (до 4600 м/мин). Истребитель Сааб 37 «Вигген» также располагал возможностью реверса в полёте для сокращения посадочной дистанции. Одномоторный турбовинтовой самолёт Pilatus PC-6 также может использовать реверс в воздухе при заходе по крутой глиссаде на короткие посадочные площадки.

Для примера использования реверса тяги в воздухе (непосредственно перед касанием полосы) можно привести выдержку из руководства по лётной эксплуатации самолёта Як-40:

на высоте 6-4 м уменьшить режим работающим боковым двигателям до малого газа и начать выравнивание самолёта, дав команду: Реверс.

  1.  (англ.) Полная остановка McDonnell Douglas C-17 с включённым реверсом вызвала попадение мусора в двигатель и его повреждение. Архивная копия от 25 декабря 2015 на Wayback Machine

  •  (англ.) Проверка работы реверсивных устройств Learjet 60.
  •  (рус.) «Реверс-ликбез». Фотографии различных моделей реверсивных устройств.
  •  (рус.) Ещё раз о реверсе тяги. Чуть подробнее — иллюстрированная статья с фотографиями
  •  (англ.) Посадка Ил-86 на мокрую полосу. Облака влаги хорошо иллюстрируют работу реверса. Панорамный вид.
  •  (англ.) Посадка A-380 на мокрую полосу. Облака влаги хорошо иллюстрируют работу реверса. Панорамный вид. Реверсивные устройства только на внутренних двигателях.
  •  (англ.) Посадка Boeing-747 на мокрую полосу. Облака влаги хорошо иллюстрируют работу реверса с перекрытием внешнего контура. Вид из самолёта.
  •  (англ.) Посадка Boeing-737. Иллюстрация работы реверса с перекрытием обоих контуров. Вид из самолёта.
  •  (англ.) Полная остановка McDonnell Douglas C-17 с включённым реверсом вызвала попадение мусора в двигатель и его повреждение.
  •  (англ.) Статья о технологиях сокращения пробега «Reducing Landing Distance».
  •  (англ.) Иллюстрация работы реверса на рулении. Самолёт движется назад.



У этого термина существуют и другие значения, см. Элерон (БПЛА).

220px-aileron_roll-6542670

Работа элеронов при управлении креном. Если продолжать держать элероны отклонёнными в крайнем положении, тогда достаточно манёвренный самолёт начнёт непрерывно вращаться вокруг своей продольной оси

Впервые элероны появились на моноплане, построенном новозеландским изобретателем Ричардом Перси в 1902, однако самолёт совершал только очень короткие и неустойчивые полёты. Первый самолёт, который совершил полностью управляемый полёт с использованием элеронов, был самолёт 14 Bis, созданный Альберто Сантос-Дюмоном. Ранее элероны заменяла деформация крыла, разработанная братьями Райт.

Управляющую поверхность, комбинирующую элерон и закрылки, называют флаперон (flaperon). Чтобы элероны работали как выпущенные закрылки, их синхронно опускают вниз. Для продолжения возможности управления креном, к этому отклонению элеронов добавляется обычное для элеронов дифференциальное отклонение.

Для управления креном у самолётов с данной компоновкой может также применяться руль направления, спойлеры, газовые рули, изменяющийся вектор тяги двигателей, дифференциальное отклонение рулей высоты, изменение центра масс самолёта и прочие методы и их комбинации.

Один из побочных эффектов действия элеронов — некоторый момент рыскания в противоположном направлении. Другими словами, при желании повернуть направо и использовании элеронов для создания крена вправо самолёт во время увеличения крена может немного повести по рысканию влево. Эффект связан с появлением разницы в лобовом сопротивлении между правой и левой консолью крыла, обусловленной изменением подъёмной силы при отклонении элеронов. Та консоль крыла, у которой элерон отклонён вниз, обладает большим коэффициентом лобового сопротивления, чем другая консоль крыла. В современных системах управления самолётом данный побочный эффект минимизируют различными способами. Например, для создания крена элероны отклоняют также в противоположном направлении, но на разные углы.

На скоростных самолётах с крылом большого удлинения может проявляться эффект реверса элеронов — из-за маневренной нагрузки, возникающей при отклонении элерона, расположенного близко к законцовке крыла, крыло закручивается и угол атаки на нём изменяется, что может нивелировать эффект от отклонения элерона, а то и вовсе дать обратный. Например, при отклонении элерона вниз (для увеличения подъёмной силы полукрыла) на заднюю кромку крыла действует сила, направленная вверх, крыло закручивается вперёд и угол атаки на нём уменьшается, что снижает подъёмную силу. Таким образом, действие элерона на крыле при реверсе напоминает действие триммера на элероне или руле. В той или иной степени реверс элеронов проявлялся на многих скоростных самолётах (в частности, на Ту-134), а на Ту-22 из-за этого эффекта максимальное число Маха было ограничено до 1,4. Наиболее распространённые методы предотвращения реверса элеронов — использование элеронов-интерцепторов (интерцепторы расположены ближе к центру хорды крыла и при выпуске почти не вызывают его закручивания) либо установка ближе к центроплану дополнительных элеронов, при этом внешние (расположенные близко к законцовкам) элероны, необходимые для эффективного управления на малых скоростях, отключаются при больших скоростях и поперечное управление идёт за счёт внутренних элеронов, не дающих реверса за счёт большой жёсткости крыла в районе центроплана.

  1. Элерон // Большая советская энциклопедия : в 66 т. (65 т. и 1 доп.) / гл. ред. О. Ю. Шмидт. — М. : Советская энциклопедия, 1926—1947.
  2. Элероны, Малая советская энциклопедия (2-е издание), 1947 год.
  3. крыльев — для не монопланов
  4. под самолётом можно также понимать крылатую ракету с подобной схемой компоновки
  5. включая площадь самого элерона

  • Шульженко М. Н., Конструкция самолётов. Москва, «Машиностроение», 1971



Оцените статью
RusPilot.com