Поляра крыла
Часть 1. Определения
Листая литературу по аэродинамике, весьма часто можно встретить такой интересный термин как поляра крыла, или профиля. Естественно, возникает простой вопрос - что это такое, и зачем этот термин нужен? Если приглядеться и разобраться, то можно сделать весьма любопытные и (что особенно интересно) полезные практические выводы. Причем эти выводы имеют настолько непосредственное отношение к полетам, что свободно летающие пилоты могут проявить к этому простому и незамысловатому термину самое пристальное и неотрывное внимание. С какой целью? Все очень просто - поляра крыла достаточно полно и, что самое главное, весьма наглядно показывает почти все основные планирующие свойства интересующего нас крыла. Теперь давайте разберемся с определением самого термина.
Как известно, в свободном планирующем полете крыло летит вперед и немного вниз. При этом "вперед" - это в действительности горизонтальная скорость крыла, а то, что называется "немножко вниз" - это, соответсвенно, вертикальная скорость (как правило - снижения). Любого пилота всегда будет интересовать взаимосвязь между этими двумя величинами, так как от этого напрямую все то, ради чего он поднимается в небо (ну, или почти все). Так вот, именно эту взаимосвязь и показывает поляра крыла или точнее: Поляра показывает зависимость скорости вертикального снижения крыла от его горизонтальной скорости в стабильном прямолинейном полете.
Давайте уточним детали: стабильный полет - это установившийся режим планирования с постоянной скоростью. Опытный пилот может сделать замечание — а как же нагрузка на крыло? Да, такая зависимость есть: скорость крыла напрямую зависит от нагрузки приходящейся на единицу площади. То есть: больше нагружаем - быстрее летим, и наоборот. Но мы можем исключить эту зависимость по очень простой причине - при изменении нагрузки на крыло форма поляры и ее расположение относительно осей остаются прежними, изменится только масштаб скоростей по осям. Если у нас есть поляра крыла, то можно отложить по горизонтали нашу скорость, точнее - ее горизонтальную составляющую и получаем нашу скорость снижения на данной горизонтальной скорости. Если правильно сложим обе скорости (то есть векторно, или если проще, в нашем случае, по теореме Пифагора), то получим полную скорость, ту самую скорость, с которой мы свистим относительно воздуха - именно эту скорость покажет ваш прибор (если к нему подключен датчик скорости). Все это при условии того, что воздух спокоен и никуда не движется (штиль и полное отсутствие каких-либо термических потоков).
В итоге, получим график, подобный представленному ниже:
Весьма нужный и полезный график - Пример поляры на которой представлена произвольная скорость с соответствующей вертикальной и горизонтальной скоростью.
На первый взгляд — мало, что говорящая кривая. Однако уже здесь можно сделать ряд выводов. Первое — из графика видна минимальная и максимальная горизонтальная скорость крыла. Минимальная скорость соответствует скорости, до которой можно максимально затормозить крыло, — у параплана триммера зажаты до упора, клеванты задавлены до максимально допустимого предела — еще чуть-чуть и получим срыв потока ("задний свал"), у других планирующих летальных аппаратов аналогичные действия по достижению минимальной горизонтальной скорости — отдача ручки у дельтапланов, выпуск закрылков и увеличение угла планирования у планеров. Соответственно, на максимальной скорости триммера и клеванты полностью отпущены, при этом акселератор зажат до предела.
Поляра, на которой показаны скорости, соответствующие режимам
максимальной и минимальной горизонтальной скорости.
Также из графика поляры можно сделать вывод о двух наиболее интересных для практики режимах: это режим максимального аэродинамического качества (используется на экономичных переходах, когда с данной высоты необходимо улететь на максимально возможное расстояние) и режим минимальной вертикальной скорости (особенно актуален при обработке слабых восходящих потоков). Режим максимального качества определяется следующим образом — из начала координат проводится касательная к поляре. В общей точке касательной и поляры мы получим скорость максимального качества. На практике этому режиму соответствует, как правило, полностью отпущенные триммера, отпущенные клеванты и, иногда, немного задавленный акселератор.
Режим максимального качества
Режим минимального снижения определяется аналогично - проводится горизонтальная касательная к поляре. Ввиду того, что поляра в верхней своей части достаточно полога, то затруднительно определить конкретную точку (в этом вообще-то нет необходимости), в результате получаем, что скорости минимального снижения соответствует набор горизонтальных скоростей. То есть — вертикальной скорости, на которой аппарат снижается меньше всего, соответствует некоторый промежуток горизонтальных скоростей. Получается, что на этом режиме можно в узком диапазоне изменять общую скорость без изменения вертикальной составляющей. На практике — немного задавленные триммера, поджатые клеванты. Именно здесь, при обработке слабых потоков, в первую очередь проявляется опыт пилота и его знание конкретного купола.
Часть 2. Применение
Теперь рассмотрим полеты в условиях, когда у нас есть восходящие и нисходящие потоки, а также полеты по направлению ветра и, соответственно, против ветра. Все эти условия можно промоделировать на поляре, но только при следующем условии — все скорости будут относительно поверхности земли. То есть в начале мы рассматривали поляру как показатель движения крыла относительно воздуха, а теперь относительно земли. При этом форма поляры остается прежней, меняется только ее расположение относительно осей. Рассмотрим более подробно каждый случай.
2.1 Восходящий поток
Поляра поднимается равномерно вверх на значение, соответствующее скорости вертикального потока. Если скорость потока 5 м/с, то и поднимаем на 5 м/с. При этом режим максимальной скороподъемности весьма близок к режиму минимального снижения в спокойном воздухе - и, что особенно интересно, весьма далек от режима минимальной горизонтальной скорости. Таким образом, если вы летели в спокойном воздухе без потоков на режиме максимального качества и встретили поток, то необходимо перейти на режим минимального снижения. То есть чуть поджать триммера, поддавить клеванты, а не задавливать триммера и клеванты до максимума, как поступают начинающие пилоты в надежде добиться минимального снижения. Хотя есть варианты - все зависит от размеров потока, свойств крыла и опыта пилота, но описание этих вариантов выходит за границы данной статьи.
2.2 Нисходящий поток
Поляра перемещается вниз на величину, соответствующую скорости потока. При этом скорость наибольшего качества приближается к максимальной скорости крыла.
2.3 Встречный ветер
Поляра смещается влево. При скорости ветра превышающего минимальную скорость крыла поляра переходит за вертикальную ось скоростей, соответственно, на режиме минимальной горизонтальной скорости крыло начинает лететь назад. При этом скорость наибольшего качества также, как и при нисходящем потоке, приближается к максимальной скорости крыла.
2.4 Попутный ветер
Поляра смещается вправо. При увеличении скорости ветра скорость максимального качества приближается к скорости минимального снижения. Получаем ситуацию аналогичной режиму полета в восходящем потоке.
Пожалуй, на этом можно остановится, так как изложенного материала вполне достаточно для того чтобы пилоты смогли сами проанализировать множество режимов которые они встречают в своей летной практике и сделать выводы которые помогут им летать чуть-чуть дальше, немного выше и, в конечном итоге, гораздо интереснее!
Часть 3. Примеры поляр
Несколько поляр от Wills Wing (кликабельно):
Aeros Combat L 13 (подробности):
Aeros Discus 15 (подробности):
