Тесленко Олег Германович : другие произведения.

Экранный эффект и реверс для взлета и посадки самолетов

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Каким должен быть лучший самолет для местных авиалиний? Большинство людей не разбирающихся в авиации ошибочно думают, будто хороший самолет должен хорошо летать, но это ваше всеобщее заблуждение! Все совсем наоборот- хороший самолет в первую очередь должен хорошо садиться! А летать - дело второстепенное... Возможность создания самолетов способных взлетать и приземляться на пятачке за счет экранного эффекта и реверса. ​
​ кошелек яндекс моней 4100118427675534
  Каким должен быть лучший самолет для местных авиалиний? Большинство людей не разбирающихся в авиации ошибочно думают, будто хороший самолет должен хорошо летать, но это ваше всеобщее заблуждение! Все совсем наоборот- хороший самолет в первую очередь должен хорошо садиться! А летать - это дело второстепенное...
  
  Дело в том, что вопреки обывательскому мнению - скорость для небольших пассажирских самолетов не имеет почти никакого значения, потому, что она все равно больше, чем у любого автомобиля. Это из-за того, что Самолет имеет шанс лететь строго по прямой линии - от точки А до точки Б, а как всем известно прямая линия - есть наикратчайшее расстояние. В противоположность этому дороги для автомобилей далеко не всегда бывают прямыми, и очень часто получается так, что между двумя пунктами автомобильная дорога может быть раза в полтора длиннее, чем воздушная трасса. таким образом условную скорость автомобиля надо уменьшить примерно в 1,5 по сравнению с самолетом. А если еще учесть что скорость легких пассажирских самолетиков от 200 - до 400 км/час. А автомобили нередко ездят по плохим разбитым проселочным дорогам со средней скоростью порядка 60 км/ч. Причем если поделить эти несчастные 60 км/ч в 1,5 за счет криволинейных дорог, то реальная скорость автомобилей по условно прямолинейному пути порядка 40 км/ч, а у самолета примерно в 5-10 раз больше. И поэтому скорость даже низковысотного самолета все равно во много раз больше автомобиля, и с какой скоростью летает небольшой пассажирский самолет - совершенно неважно. Зато возможность приземлиться в любом месте - это огромное преимущество. Потому, что аэродромов в Росии довольно мало - примерно в сто раз меньше чем например в США, и пока пассажир доедет до аэродрома на автомобиле - он потеряет уйму времени. И поэтому идельным самолетом для России, да и для всех стран в мире мог бы стать только такой самолет, который может приземлиться у любой деревни.
  
  Например у фашистской Германии был такой самолет: "Шторьх" (переводится как "Аист"). Он имел уникальные взлетно-посадочные качества - за счет автоматических предкрылков занимавших 55% размаха крыла и выдвигающихся закрылков этот самолет имел посадочную скорость 50 км/ч. Но дело в том, что в зависимости от погоды иногда дует ветер, конечно скорость ветра может быть разной - от штиля, до например 10 м/с ( а это 36 км/ч), то если направить самолет Шторьх против ветра, то из собственной скорости 50 км/ч - надо вычесть примерно 36 км/ч, и тогда получится совсем смешная скорость движения вперед 14 км/ч - меньше чем у велосипедиста! А из-за этого Шторьх мог взлетать и садиться почти вертикально - как вертолет! И поэтому ему требовалась взлетно-посадочная площадка минимального размера - он мог взлетать и садиться даже в горах. Например известный разведчик Отто Скорцени вывез из Альпийских гор фашистского лидера Муссолини. И во время второй мировой войны было множество случаев сбитых фашистских летчиков, когда за ними прилетал Шторьх и приземлялся на каком-нибудь пятачке у самой линии фронта, и увозил немецкого пилота из под огня. Официальная длина разбега при взлете у"Шторьха" составляла всего 65 метров, а пробег после посадки - 22 метра. При ветре 13км/ч разбег был 50 м, а пробег 18 м. Во время испытаний при среднем ветре "Шторьх" сел на вспаханное поле с пробегом в пять метров. При хорошем встречном ветре он садился с пробегом девять (ДЕВЯТЬ!!!) метров.
  
  
  Тут многие читатели ошибочно подумают, что этот немецкий "Шторьх" был просто замечательный самолет (некоторые знатоки называют его просто "Крылатое чудо"), и лучше которого будто бы придумать было нельзя. А вот это заблуждение. Потому, что конструктор "Шторьха" не использовал еще несколько возможностей для уменьшения взлетно посадочной скорости и длины разбега и пробега. Например в авиации существует так называемый экранный эффект - то есть полет самолета или экраноплана вблизи поверхности земли или воды. Дело в том, что при таком полете слой воздуха между крылом и поверхностью как бы тормозится и создает дополнительную подъемную силу, которая может быть раза в два больше, чем у самолета летящего на большей высоте. Так например во время второй мировой воны у одного британского истребителя был поврежден мотор - то есть из простреленного радиатора вытекла вся вода, и мотор остался без охлаждения, и через некоторое время перегретый мотор должен был остановиться, а этот истребитель упал бы в пролив Ла-Манш. Но летчик убавил мощность мотора до самого минимума, так, что он едва тянул, но выделяющееся небольшое количество теплоты поглощалось маслом, и мотор на минимуме продолжал работать. Но скорость истребителя уменьшилась меньше обычной посадочной, и он вплотную приблизился к поверхности воды. Однако истребитель тут же встретился с экранным эффектом, и этот эффект экрана стал поддерживать самолет, вплоть до того, как он долетел до английского берега.
  
  Но большая подъемная сила все равно не нужна, поскольку вес самолета в точности должен быть равен подъемной силе его крыла, то за счет этого эффекта можно просто уменьшить взлетно-посадочную скорость, и например для "Шторьха" взлетная скорость с использованием экранного эффекта могла бы стать примерно 36 км/ч, а длина разбега - порядка 20-30 метров! И вообще - широкое применение экранного эффекта могло бы принести в авиации огромную пользу, так как у всех самолетов бывают трудности при разбеге. Дело в том, что взлетный вес самолета иногда бывает довольно велик, и перегруженному самолету трудно оторвваться от поверхности. Особенно с учетом того, что у самолетов с убирающимся шасси их стойки и щитки в выпущенном положении создают большое аэродинамическое сопротивление, и этим затрудняют разгон и отрыв самолета. А кроме того, это для современных самолетов строятся бетонные взлетно-посадочные полосы, а в довоенное время почти все аэродромы были земляными, и намокшая от дождей земля превращалась в кашу, и затрудняла разбег самолета. Точно так же и взлет самолетов зимой, как в прошлые времена, так и сейчас, если недавно прошел снег, и его не успели очистить, то даже тонкий слой снега немного увеличивает силу трения колес по снегу, и этим затрудняет взлет. Аналогично и для гидросамолетов: в случае перегруженного самолета или присутствия даже небольшого волнения, снижающего скорость разбега, гидросамолету трудно оторваться от воды, и если бы действовал экранный эффект, то взлет всех самолетов происходил бы легче и быстрее.
  
  Однако конструктор этого самолета намеренно сделал так, что у "Шторьха" экранный эффект практически полностью отсутствовал. Дело в том, что экранный эффект возникает только когда крыло самолета почти вплотную приближается к поверхности - идеальное соотношение - когда длина хорды крыла самолета в 10 раз больше расстояния крыла от поверхности, а это очень низко. Значит самолет использующий экранный эффект должен быть низкопланом, причем с очень низким шасси. А Шторьх наоборот был высокопланом, и с очень высокими стойками шасси, поэтому экранный эффект у него почти напрочь отсутствовал - как впрочем и у подавляющего большинства всех других самолетов.
  
  Но почему же конструктор Шторьха - Физелер отказался от использования столь полезного экранного эффекта - может быть он не знал о его существовании? Нет, Знал, отлично знал! Но он знал еще и об отрицательной стороне экранного эффекта, что он приносит большой вред приземляющимся самолетам. Дело в том, что вот это увеличение подъемной силы перед самой посадкой создает так называемую динамическую воздушную подушку (это и есть эффект экрана), которая затрудняет приземление любого самолета. Дело в том, что при посадке пилоты почти всегда приземляются с работающими на самом малом газу двигателями - чтобы была возможность сразу увеличить мощность и уйти на второй круг, если на взлетной полосе или в самолете возникнет что-то непредвиденное. Например иногда бывали случаи, когда летчик перед посадкой забывал выпустить шасси, и могла бы произойти авария, но тогда аэродромная команда из полотнищ белой ткани срочно выкладывала крест (вместо посадочного "Т"), и тогда летчик мгновенно прибавив газу уходил на второй круг. А если бы он перед посадкой просто заглушил мотор, то наверняка произошла бы авария. Однако, даже на самом малом газу винт двигатель самолета создает тягу, и если у самолета есть значительный экранный эффект, то он мешает самолету прижаться к земле. И тогда такой самолет долго будет лететь над самым аэродромам, не в силах прижаться к нему, и в 20 годы, когда не знали причин этого явления из-за экранного эффекта происходили аварии. Я помню рассказ одного пилота планера, у которого в полете отказали интерцепторы. У современных самолетов для уменьшения подъемной силы при посадке используют специальные отклоняемые поверхности - так называемые интерцепторы. А у этого планериста они отказали. И когда он стал приземляться, то его планер не пожелал прижиматься к земле, а так и пролетел над всем аэродромом на ничтожной высоте, но окончательно потерял скорость только за границей аэродрома.
  
  
  Таким образом в авиации существует неприятная дилемма: с одной стороны экранный эффект очень полезен при разбеге и взлете самолета, а с другой стороны этот же эффект очень вреден и может даже привести к аварии или к катастрофе при посадке самолетов. И вот все авиаконструкторы стали бороться с экранным эффектом разными способами, которые только приходили им в голову. Первый способ - это установка крыла поверх фюзеляжа - то есть создание самолетов высокопланов. Второй способ - высокие стойки шасси. Третий способ, который стал применяться только с появлением реактивных самолетов - это интерцепторы, уменьшающие подъемную силу крыла на пробеге. И четвертый способ (о котором никто не знает) - это применение реверса. То есть я хочу сказать, что конечно об применении реверса известно всем, но вот только все ошибочно думают, будто реверс применяется только для уменьшения скорости самолета, а то, что одновременно с этим исчезает и экранный эффект - неизвестно почти никому. Просто об экранном эффекте никто не задумывается, так как у большинства самолетов он уничтожен почти полностью.
  
  Но как реверс борется с экранным эффектом? Да очень просто. Как и обычная подъемная сила крыла экранный эффект сильно зависит от скорости самолета - чем скорость самолета меньше, тем меньше и экранный эффект. и при определенной минимальной скорости, и тем более полной остановке и обычная подъемная сила и экранный эффект полностью исчезают - становятся равными нулю. То есть, если самолет летит очень низко над землей - на высоте нескольких сантиметров, то достаточно включить реверс, как его скорость уменьшится до нуля, и экранный эффект исчезнет, а сам самолет тут же приземлится. Таким образом, для того, чтобы самолет имел как можно меньшую длину разбега и посадки, надо чтобы у него на разбеге действовал бы как можно более сильный экранный эффект, а на пробеге наоборот - этот же экранный эффект мгновенно уничтожался бы с помощью включения реверса.
  
  Но в авиации сейчас существуют три принципиально отличающихся друг от друга типа двигателей: обычные поршневые, турбовинтовые, и турбореактивные (обычно двухконтурные, но по сути все равно реактивные). И если у последних реверс тяги осуществляется специальными добавочными устройствами - решетками реверса, то у турбовинтовых двигателей таких решеток вообще нет, а реверс осуществляется повотором лопастей винтов на нулевую тягу. То есть когда турбовинтовой самолет неподвижно стоит на земле, перед началом движения при включении своих турбовинтовых моторов лопасти их винтов стоят на нулевом угле атаки, и вообще не создают тяги до тех пор, пока командир самолета не подаст команду механику: "Винты на упор!". Есть даже песня у Визбора: "Я бы летчиком стал, и команду: "Винты на упор!- отдавал бы холодной домодедовской ночью..." Но разница между обратной тягой турбореактивного и турбовинтового двигателя в том, что при реверсе турбореактивного, создается обратная тяга назад даже в том случае, если самолет неподвижно стоит на земле, и с включенным реверсом турбореактивный самолет может тихонько ехать по бетону даже задним ходом. В противоположность этому, лопасти винтов турбовинтового двигателя не поворачиваются на отрицательный угол, а только на нулевой - во флюгерное положение. Поэтому обратная тяга у турбовинтового самолета образуется только когда он на пробеге катится по взлетной полосе, а на минимальной скорости, близкой к скорости остановки и обратная тяга у турбовинтовых приближается к нулю.
  
  Цитата "Как такового реверса нет - лопасти всегда стоят на положительный угол (хотя, законцовки, за счёт крутки, могут и иметь его, но в целом винт не создаст отрицательной тяги). Но у старых ТВД есть "режим реверса" - на скоростях, близких к посадочным, за счёт набегающего потока, угол атаки лопастей может быть отрицательным, что и создаёт обратную тягу - самолёт тормозит. По мере уменьшения скорости самолёта, угол атаки становится положительным и эффект реверса пропадает."
  
  Может ли это же делать Ил-18, ну и Ан-12 тоже?
  
  Да. Режим реверса есть у любого винта с изменяемым шагом. Винты снимаются с упора и переходят на крайне малый шаг (для АИ-24 с Ан-24 это, ЕМНИП, 9? вместо обычных 19?) и самолёт, как выразился SSS, тормозит винтами.
  
  Но большинство самолетов малой авиации, вообще оборудованы даже не турбовинтовыми, а поршневыми моторами (как например Ан-2, имеющий мотор 1930 годов, аналогичный мотору истребителя И-16). У самолетов с этими моторами возможен только один вид реверса - применять винты изменяемого шага, и при реверсе устанавливать лопасти винтов на отрицательный угол атаки. Автору известно, что в пятидесятые или шестидесятые годы проводились опыты по применению реверса на поршневых пассажирских самолетах типа Ил-12. По рассказу летчика, сразу после включения реверса самолет будто уперся в бетонную стрену - настолько сильным было торможение. Испытания в НИИ ГВФ продолжались и после завершения ГИ.
  
  
  "В одном из полетов, когда самолет пилотировали А.И. Восканов и недавно назначенный на должность заместителя начальника Института известный полярный летчик И.П.Мазурук, проверялась работа новых воздушных винтов на различных режимах. При проведении последнего эксперимента самопроизвольно включился реверс винтов, и машина как будто остановилась в воздухе. От неминуемого срыва в штопор спасло только то, что летчики сидели не пристегнутыми, их при резком торможении бросило на штурвалы и самолет стал пикировать. С огромным трудом его удалось вывести и посадить с убранным шасси на огороды у деревенской околицы. На борту никто не пострадал. Самолет был восстановлен, но реверсивные винты на нем больше не применялись."
  
  Реверс мог бы очень сильно уменьшить длину пробега, и свести ее почти до нуля, а значит дать самолету возможность садится даже на очень маленькие площадки - фигурально говоря на поляны в лесу. Но видимо из-за косности авиационных начальников в реальной эксплуатации реверс самолетов с поршневыми моторами практически никогда не применялся. Так например, автору только недавно стало известно, что последняя серия фронтовых истребителей Як-9 была оборудована винтом с реверсом. но Великая Отечественная война к тому времени уже кончилась, и это свойство не нашло полезного применения. А ведь во время войны советские летчики неоднократно производили посадки за линией фронта. Если был подбит какой-нибудь самолет из группы, то нередко бывало так, что какой-нибудь другой самолет быстро приземлялся рядом с подбитым, и спасал подбитого летчика. И поэтому применение реверса на самолетах времен ВОВ могло быть огромной пользой, но инженеры-конструкторы не додумались до этого, а потом началась эпопея с реактивными самолетами, у которых принципиально иной тип двигателя, и о реверсе воздушных винтов напрочь все забыли, а о реверсивных винтах Як-9 и Ил-12 вообще нигде нет никаких упоминаний.
  
  
  Однако, реверсивные винты давно и успешно применяются на самых обычных Ан-2, правда только в их поплавковом варианте - то есть на гидросамолетах. Дело в том, что если любой обычный сухопутный самолет при посадке тормозит в основном колесами шасси, создавая этим очень большую силу трения, то поплавки гидросамолетов имеют очень маленькую силу трения. и поэтому если не тормозить принудительно гидросамолет, то после посадки он по инерции проплывет довольно большое расстояние, и может врезаться в каменистый берег. И поэтому все без исключения гидросамолеты Ан-2 имеют реверсивные винты.
  
  Но реверс может принести огромную пользу не только для гидросамолетов, но так же и чисто сухопутных самолетов малой авиации. К сожалению, никто из авиаконструкторов этого не понимает, и все сухопутные самолеты с поршневыми моторами не имеют реверсивных винтов изменяемого шага. Дело в том, что при посадке любой самолет обязан уменьшить свою скорость до нуля. То есть с физической точки зрения - ему надо полностью погасить кинетическую энергию своей массы. У современных самолетов большой авиации для уменьшения этой кинетической энергии в начальной стадии пробега применяется реверс турбореактивных двигателей, а в конечной стадии пробега - торможение колесами. Но почему не применяют торможение реверсом до полной остановки самолета? Дело в том, что любой турбореактивный двигатель - это по своей сути аналог пылесоса, но только громадной мощности. То есть турбореактивный двигатель неподвижно стоящего самолета засасывает в себя не только песок, но даже и мелкие кусочки асфальта или бетона. А при включенном реверсе обратная струя воздуха от двигателя обгоняет самолет, и поднимает пыль перед двигателем, которая тут же засасывается в его воздухозаборник, и дальше летит внутрь двигателя, постепенно изнашивая его абразивным износом частиц песка. Но на большой скорости - от 240 до 160 км/ч самолет обгоняет обратную струю реверса.А вот при скорости меньше 160 км/ч запрещено применять реверс. Причем это правило действует для пассажирских самолетов Боингов и Аэробусов, у которых низкорасположенные двигатели. Тогда как для советских самолетов типа Ту-154, у которых двигатели значительно выше - реверс разрешено применять до скорости примерно 100 км/ч. А при такой скорости кинетическая энергия совсем невелика. Ведь все должны знать формулу кинетической энергии - ее главная составляющая это квадрат скорости. То есть разница скоростей 160-100 километров в час дает на самом деле двукратное уменьшение кинетической энергии, которую каждый самолет обязан погасить при торможении, которое в конечной стадии осуществляется колесами, за счет силы трения о посадочную полосу. Но из обывателей мало кто знает, что колеса турбореактивных самолетов быстро изнашиваются от такого торможения. И их ресурс разный у разных самолетов. Например у Б-737 в среднем 250 посадок, у Ил-76 в среднем 80 посадок, после чего колеса приходится менять. А ведь это очень дорогое удовольствие поменять 8 или 12 огромных колес через каких-то несколько месяцев! При этом разумеется и тормоза изнашиваются тоже. А вот вопрос: кто платит за это раззорительное безобразие? Глупые пассажиры даже не догадываются, что все ремонты пассажирских самолетов производятся за их счет - просто увеличивается цена билетов. Конечно, можно было бы легко убрать эту часть расходов, хотя бы тем, что реверс двигателями производить вплоть до полной остановки самолетов, но тупые авиаконструкторы не догадываются, что для этого надо просто установить турбореактивные двигатели как можно выше - не ПОД крылом, а НАД крылом (или еще выше - в хвостовой части самолетов), чтобы не засасывать песок в воздухозаборники.
  
  
  Примерно такая же глупость широко распространена и в малой авиации. Там торможение осуществляется только и исключительно колесами. Никакого реверса! И о том, что воздушный винт изменяемого шага легко сделать реверсивным как у Як-9 никто даже не догадывается. И автору нельзя даже подать заявку на патент - поскольку все давным-давно изобретено - реверс винта у Як-9 был изобретен еще 70 с лишним лет тому назад. Но никто из летчиков авиаконструкторов и всех других работников авиации даже не догадывается насколько полезным могло быть применение реверса для всех самолетов поршневой авиации, и особенно времен второй мировой войны.
   На мой взгляд авиаконструкторов надо ставить рядами к стенке, и из пулемета быстро делать их всех умнее.
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"