Войти
Планерный полет тяжелее воздуха Полет без использования тяги ; термин volplaning также относится к этому способу полета у животных. Он используется планирующими животными и самолетами, такими как планеры. Этот режим полета включает в себя полет на значительное расстояние по горизонтали по сравнению с его спуском, и поэтому его можно отличить от в основном прямого спуска вниз, как с круглым парашютом.
Хотя человеческое применение планирующего полета обычно относится к самолетам, предназначенным для этой цели, большинство самолетов с двигателем способны планировать без мощности двигателя. Как и в случае продолжительного полета, планирование обычно требует применения аэродинамического профиля, например, крыльев самолетов или птиц, или скользящей мембраны планирующий опоссум. Однако скольжение может быть достигнуто с помощью плоского (неуклонного ) крыла, как с простым бумажным самолетиком, или даже с помощью бросания карточек. Однако некоторые летательные аппараты с подъемными телами и животными, такими как летающая змея, могут осуществлять планирующий полет без каких-либо крыльев, создавая под ними сплющенную поверхность.
Большинство крылатых самолетов могут в некоторой степени планировать, но есть несколько типов самолетов, предназначенных для планирования:
Основное применение человека в настоящее время носит рекреационный характер, хотя во время Второй мировой войны военные планеры использовались для перенос войск и техники в бой. Типы самолетов, которые используются для спорта и отдыха, классифицируются как планеры (планеры), дельтапланы и парапланы. Эти два последних типа часто запускаются с ног. Конструкция всех трех типов позволяет им многократно подниматься, используя восходящий поток воздуха, а затем скользить, прежде чем найти следующий источник подъемной силы. Когда это делается на планерах (планерах), этот вид спорта известен как планирование, а иногда и как парение. Для самолетов, запускаемых с ног, это известно как дельтаплан и параплан. Радиоуправляемые планеры с неподвижным крылом также пользуются популярностью у энтузиастов.
Помимо моторных планеров, некоторые летательные аппараты с двигателем предназначены для обычного планирования во время части своего полета; обычно при посадке после периода полета с двигателем. К ним относятся:
Некоторые летательные аппараты не предназначены для планирования, за исключением чрезвычайных ситуаций, таких как отказ двигателя или выработка топлива. См. список рейсов авиакомпаний, на которых требовался планер. Планирование в вертолете называется авторотацией.
Ряд животных много раз эволюционировали отдельно, планируя без единого предка. В частности, птицы используют планирующий полет, чтобы свести к минимуму потребление энергии. Крупные птицы особенно хорошо умеют летать, в том числе:
Подобно самолету-туристу, птицы могут чередовать периоды планирования с периодами парить в восходящем воздухе, и поэтому проводить значительное время в воздухе с минимальными затратами энергии. большая фрегатная птица, в частности, способна совершать непрерывные полеты до нескольких недель.
Патагия на белке-летягу Для облегчения планирования некоторые млекопитающие развили структуру, называемую патагиум. Это перепончатая структура, растянутая между различными частями тела. Наиболее развито у летучих мышей. По тем же причинам, что и птицы, летучие мыши могут эффективно летать. У летучих мышей кожа , образующая поверхность крыла, является продолжением кожи живота, которая идет до кончиков каждого пальца, соединяя переднюю конечность с телом. Патагиум летучей мыши состоит из четырех отдельных частей:
Другие млекопитающие, такие как скользящие опоссумы и белки-летяги, также скользят, используя патагиум, но с гораздо меньшей эффективностью, чем летучие мыши. Они не могут набрать высоту. Животное запускается с дерева, раздвигая конечности, чтобы обнажить скользящие мембраны, обычно для перехода от дерева к дереву в тропических лесах как эффективное средство как для поиска пищи, так и для уклонения от хищников. Эта форма древесного передвижения распространена в тропических регионах, таких как Борнео и Австралия, где деревья высокие и широко расставленные.
У белок-летягов патагий простирается от передних до задних конечностей по длине каждой стороны туловища. В сахарном планере патагия простирается от пятого пальца каждой руки до первого пальца каждой стопы. Это создает аэродинамическое крыло, позволяющее им скользить на 50 и более метров. Этот планирующий полет регулируется изменением кривизны перепонки или движением ног и хвоста.
Помимо млекопитающих и птиц, особенно других животных летающие рыбы, летающие змеи, летающие лягушки и летающие кальмары также летают.
Взлет летучей рыбы Полет летучей рыбы обычно составляет около 50 метров (160 футов), хотя они могут использовать восходящие потоки на переднем крае волн, чтобы преодолевать расстояния до 400 м (1300 футов). Чтобы выскользнуть из воды, летучая рыба перемещает хвост до 70 раз в секунду. Затем он раздвигает свои грудные плавники и слегка наклоняет их вверх, чтобы обеспечить подъем. В конце полета он складывает грудные плавники, чтобы снова войти в море, или опускает хвост в воду, чтобы оттолкнуться от воды, чтобы подняться для следующего полета, возможно, меняя направление. Изогнутый профиль «крыла» сравним по аэродинамической форме с птичьим крылом. Рыба может увеличивать время пребывания в воздухе, летя прямо или под углом к направлению восходящих потоков, созданных комбинацией воздушных и океанских течений.
Змеи из рода Chrysopelea также известны под общим названием «летающая змея». Перед тем как взлететь с ветки, змея делает J-образный изгиб. Оттолкнув свое тело вверх и от дерева, он втягивает его брюшко и раздувает ребра, превращая свое тело в «псевдовогнутое крыло», при этом совершая непрерывное змеиное движение боковое волнообразное движение параллельно земле для стабилизации направления в воздухе и безопасного приземления. Летающие змеи умеют скользить лучше, чем белки-летяги и другие планирующие животные, несмотря на отсутствие конечностей, крыльев или каких-либо других крыльевидных выступов, скользящих по лесу и джунглям Обитает на расстоянии до 100 м. Их назначение в основном предсказывается баллистикой ; тем не менее, они могут в полете управлять положением, «скользя» в воздухе.
Планирующий полет развился независимо у 3400 видов лягушек из обоих Нового Света (Hylidae ) и Старого Света (Rhacophoridae ) семей. Эта параллельная эволюция рассматривается как приспособление к их жизни на деревьях, высоко над землей. Характеристики видов Старого Света включают «увеличенные руки и ноги, полную перепонку между всеми пальцами рук и ног, боковые кожные лоскуты на руках и ногах.
Силы на скользящем животном или самолет в полете При планировании на самолет и животных действуют три основные силы:
Когда самолет или животное спускается, воздух, движущийся над крыльями, создает подъемную силу. Подъемная сила действует немного вперед по сравнению с вертикальной, потому что он создается под прямым углом к воздушному потоку, который идет чуть ниже при спуске планера, см. угол атаки. Этого горизонтального компонента подъемной силы достаточно, чтобы преодолеть сопротивление, и позволяет планеру ускоряться вперед. Даже если вес заставляет самолет опускаться, если воздух поднимается быстрее, чем скорость чернил, будет набор высоты.
Полярная кривая, показывающая угол скольжения для наилучшего планирования Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, или отношение L / D, представляет собой величину подъемной силы, созданной на крыло или транспортное средство, разделенное на сопротивление, которое оно создает при движении по воздуху. Более высокое или более благоприятное отношение L / D обычно является одной из основных целей при проектировании самолетов; поскольку необходимая подъемная сила конкретного самолета определяется его весом, обеспечение этой подъемной силы с меньшим сопротивлением напрямую ведет к лучшей экономии топлива и характеристикам набора высоты.
Влияние воздушной скорости на скорость снижения может быть изображено полярной кривой. Эти кривые показывают воздушную скорость, при которой можно достичь минимального снижения, и воздушную скорость с наилучшим соотношением L / D. Кривая представляет собой перевернутую U-образную форму. По мере уменьшения скорости подъемная сила быстро падает примерно до скорости сваливания. Пик буквы U соответствует минимальному сопротивлению.
Поскольку подъемная сила и сопротивление пропорциональны коэффициенту подъемной силы и сопротивления, соответственно умноженным на один и тот же коэффициент (1/2 ρ воздух vS), отношение L / D можно упростить до коэффициент подъемной силы, деленный на коэффициент лобового сопротивления или Cl / Cd, и поскольку оба они пропорциональны воздушной скорости, соотношение L / D или Cl / Cd обычно строится в зависимости от угла атаки.
Индуцированное сопротивление вызывается созданием подъемной силы крылом. Подъемная сила, создаваемая крылом, перпендикулярна относительному ветру, но поскольку крылья обычно летают под некоторым небольшим углом атаки, это означает, что составляющая силы направлена назад. Задний компонент этой силы (параллельный относительному ветру) рассматривается как сопротивление. На малых скоростях самолет должен создавать подъемную силу с большим углом атаки, что приводит к большему индуцированному сопротивлению. Этот член доминирует на низкоскоростной стороне графика лобового сопротивления, левой стороне U.
Профильное сопротивление вызвано попаданием воздуха на крыло и другие части самолета. Эта форма сопротивления, также известная как сопротивление ветру, изменяется в зависимости от квадрата скорости (см. уравнение сопротивления ). По этой причине сопротивление профиля более выражено на более высоких скоростях, образуя правую сторону U-образной формы графика сопротивления. Сопротивление профиля снижается в первую очередь за счет уменьшения поперечного сечения и обтекаемости.
Кривая сопротивления По мере того, как подъемная сила постоянно увеличивается до критического угла, обычно это точка, в которой совокупное сопротивление является самым низким, и крыло или самолет демонстрируют наилучшие характеристики L / D.
Конструкторы обычно выбирают такую конструкцию крыла, которая обеспечивает пик L / D при выбранной крейсерской скорости для самолета с двигателем с неподвижным крылом, тем самым максимизируя экономичность. Как и все в авиационной технике, отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению - не единственный фактор, который учитывается при проектировании крыла. Также важны характеристики при высоком угле атаки и плавном срыве.
Сведение к минимуму лобового сопротивления представляет особый интерес при проектировании и эксплуатации высокопроизводительного планера (планера) s, самый большой из которых может иметь отношение глиссады, приближающееся к 60: 1, хотя многие другие имеют более низкая производительность; 25: 1 считается подходящим для тренировочного использования.
При полете с постоянной скоростью в неподвижном воздухе планер перемещается на определенное расстояние вперед на определенное расстояние вниз. Отношение расстояния вперед к расстоянию вниз называется качеством скольжения. Качество скольжения (E) численно равно коэффициенту аэродинамического сопротивления в этих условиях; но не обязательно равняется во время других маневров, особенно если скорость не постоянна. Коэффициент глиссирования планера зависит от скорости полета, но часто указывается его максимальное значение. Качество скольжения обычно мало меняется в зависимости от загрузки автомобиля; более тяжелое транспортное средство скользит быстрее, но почти сохраняет его качество.
Качество скольжения (или «ловкость») - это котангенс нисходящего угла, угла скольжения (γ). В качестве альтернативы это также скорость движения вперед, разделенная на скорость снижения (самолет без двигателя):
Число скольжения (ε) является обратной величиной качества полета, но иногда это сбивает с толку.
| Летный артикул | Сценарий | Соотношение L / D /. Качество полета |
|---|---|---|
| Эта (планер) | Планирующий | 70 |
| Большой фрегат | Парение над океаном | 15-22 на стандартной скорости |
| Дельтаплан | Планирование | 15 |
| Air Canada Flight 143 (Gimli Glider ) | a Boeing 767 -200 со всеми двигателями, отказавшими из-за истощения топлива | ~ 12 |
| British Airways Flight 9 | a Boeing 747-200B со всеми двигателями из-за вулканического пепла | ~ 15 |
| US Airways Flight 1549 | и Airbus A320-214 со всеми двигателями, отказавшими из-за столкновения с птицей | ~ 17 |
| Paraglider | Высокие характеристики модель | 11 |
| Вертолет | Автоповорот | 4 |
| Парашют с приводом | Прямоугольный / эллиптический парашют | 3,6 / 5,6 |
| Спейс Шаттл | Подход | 4,5 |
| Вингсьют | Планирующий | 3 |
| Гиперзвуковой аппарат 2 | Оценка равновесного гиперзвукового планирования | 2,6 |
| Северная летяга | Планирующий | 1,98 |
| Сахарный планер | Планирование | 1,82 |
| Спейс Шаттл | Гиперзвуковой | 1 |
| Аполлон СМ | Вход в атмосферу | 0,368 |
Хотя наилучшее качество планирования важно при измерении характеристик планирующего самолета, его качество планирования в диапазоне скоростей также определяет его успех (см. Статью о планирующем ).
Пилоты иногда летают с наилучшим L / D, точно контролируя воздушную скорость и плавно управляя средствами управления для уменьшения лобового сопротивления. Однако сила вероятного следующего подъема, минимизация времени, проведенного в сильно опускающемся воздухе, и сила ветра также влияют на оптимальную скорость для полета. Пилоты летают быстрее, чтобы быстрее пройти через тонущий воздух, а при движении против ветра - оптимизировать угол планирования относительно земли. Чтобы достичь более высокой скорости по стране, планеры (планеры) часто загружают водой балластом, чтобы увеличить скорость полета и быстрее достичь следующей зоны подъема. Это мало влияет на угол планирования, поскольку увеличение скорости снижения и воздушной скорости остается пропорциональным, и, таким образом, более тяжелый самолет достигает оптимального L / D при более высокой воздушной скорости. Если в день подъемы сильные, преимущества балласта перевешивают более медленную скорость подъема.
Если воздух поднимается быстрее, чем скорость опускания, дрон будет набирать высоту. На более низких скоростях самолет может иметь худшее качество планирования, но также и меньшую скорость снижения. Низкая воздушная скорость также улучшает его способность круто поворачиваться в центре поднимающегося воздуха, где скорость подъема наибольшая. Скорость снижения примерно 1,0 м / с - это максимум, который может иметь практический дельтаплан или параплан до того, как он ограничит возможности набора высоты только при сильном восходящем воздухе. Планеры (планеры) имеют минимальную скорость снижения от 0,4 до 0,6 м / с в зависимости от класса. Летательные аппараты, такие как авиалайнеры, могут иметь лучшую качество планирования, чем дельтаплан, но редко будут иметь возможность термообразования из-за их гораздо более высокой скорости движения и гораздо более высокой скорости снижения. (Обратите внимание, что самолет Boeing 767 в инциденте с планером Gimli Glider достиг качества планирования только 12: 1).
Потеря высоты может быть измерена на нескольких скоростях и нанесена на «полярную кривую » для расчета наилучшей скорости для полета в различных условиях, например при полете против ветра или тонущий воздух. Другие полярные кривые могут быть измерены после загрузки планера водяным балластом. По мере увеличения массы лучшее качество скольжения достигается на более высоких скоростях (качество не увеличивается).
Парящие животные и самолеты могут чередовать планирование с периодами парения в восходящем воздухе. Используются пять основных типов подъема: термический, гребневой подъем, подветренная волна, конвергенция и динамическое парение. Динамическое парение используется преимущественно птицами и некоторыми моделями самолетов, хотя в редких случаях оно также достигалось пилотируемыми самолетами.
Примерами парящего полета птицы являются использование:
Для людей парение является основой трех воздушных видов спорта : планеризм, дельтаплан и параплан.
