Алексей Жабров - Почему и как летает самолет [Изд. 2-е]

Перед сидением каждого летчика находится ручка рулевого управления 1; с ее помощью летчик действует рулем высоты и элеронами. Под ногами расположены педали 2; с их помощью летчик движет рулем направления.

Посмотрим, как летчик действует рулями (работу рулей объясним дальше).

Ручка рулевого управления с помощью кронштейна 3 соединена шарнирно с продольной вращающейся трубой 4 (расположенной на полу кабины). Благодаря этому летчик может наклонять ручку назад и вперед, вправо и влево. Когда он наклоняет ее назад, как говорят «берет ручку на себя», нижний конец ее отклоняется вперед и прикрепленным к нему тросом 5 при посредстве качалки 6 тянет верхний конец рычажка 8 руля высоты. В результате руль отклоняется вверх, и самолет поднимает нос; когда же летчик «дает ручку от себя», происходит обратное: руль высоты отклоняется вниз и самолет опускает нос.

Когда летчик отклоняет ручку вправо, продольная труба 4, к которой прикреплена ручка, вращается тоже вправо; это движение передается через качалки и тяги 9, 10 и 11 на элероны 12, причем правый элерон поднимается, а левый опускается, и самолет кренится вправо. Если летчик отклоняет ручку влево, то левый элерон поднимается, а правый опускается, и самолет кренится влево.

Педали 2 соединены тросами 7 с рычажком 13 руля направления. Когда летчик нажимает правую педаль, руль отклоняется вправо, и самолет начинает разворачиваться вправо. При нажиме на левую педаль руль отклоняется влево, и самолет начинает разворот влево.

На тяжелых самолетах вместо ручки рулевого управления обычно устанавливают штурвал. Как и ручку, летчик отклоняет штурвал на себя и от себя, и таким образом действует рулем высоты. Вращая же штурвал вправо и влево, он управляет элеронами.

Тяжелые самолеты имеют и другие конструктивные особенности. Например, на двухвинтовых и четырехвинтовых самолетах силовые установки помещают на крыльях, кабину пилота и штурмана располагают в носовой части фюзеляжа и т. д.

Самолет летает в воздухе. Воздух служит опорой для его крыльев. Поэтому прежде чем разобраться в том, почему и как летает самолет, познакомимся с физическими свойствами воздуха.

Как известно, воздух представляет собой смесь нескольких газов. Воздушную оболочку земного шара мы называем атмосферой; она простирается приблизительно до высоты 2000 километров. Но, строго говоря, верхней границы атмосферы не существует, так как с высотой воздух становится все разреженнее и постепенно атмосфера сменяется безвоздушным пространством [5] Подробнее об атмосфере см. научно-популярные брошюры Гостехиздата: Беляков, Атмосфера, и Честнов, Ионосфера. .

Воздух кажется нам невесомым, но это неверно. У поверхности земли, на уровне моря, один кубический метр воздуха весит приблизительно 1,3 килограмма (подсчитайте вес воздуха в вашей комнате и вы убедитесь, что воздух — довольно тяжелый газ). На высоте 5 километров один кубический метр воздуха весит уже 0,7 килограмма, на высоте 10 километров — только 0,4 килограмма и т. д.

Поскольку воздух имеет вес, он давит на тела, на всякую площадку, с которой соприкасается (подобно тому как вода давит на погруженное в нее тело со всех сторон).

Атмосферное давление можно измерить прибором, который называется барометром [6] От греческих слов «барос» — тяжесть и «метрон» — мера. . В простейшем виде он изображен на рис. 5.

Рис. 5. Ртутный барометр. Величина столбика ртути (Р) в трубке показывает величину давления воздуха (В) на поверхность ртути в чашке.

Идея прибора состоит в том, что давление воздуха уравновешивается столбом ртути в трубке, в которой воздуха нет, то есть над уровнем ртути в трубке пустота.

Высота столба ртути на уровне моря бывает равна в среднем 760 миллиметрам.

Когда атмосферное давление увеличивается, часть ртути из чашки вдавливается в трубку и уровень ртути в трубке повышается. При уменьшении атмосферного давления происходит обратное. Измеряя высоту столба ртути по шкале, можно всегда узнать величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

Если площадь поперечного сечения трубки барометра равна одному квадратному сантиметру (1 см 2 ), то вес ртутного столба, а значит и давление воздуха, равен приблизительно 1,03 килограмма. Следовательно, на уровне моря каждый квадратный сантиметр поверхности тела (сверху, снизу, с боков) испытывает давление воздуха, равное 1,03 килограмма, а каждый квадратный метр — давление в 10 000 раз большее, т. е. 10 300 килограммов.

Мы не замечаем этого громадного давления по той причине, что давление воздуха (как и жидкости) передается во все стороны с одинаковой силой. Поэтому всякое тело, находящееся в воздухе, испытывает давление со всех сторон (а также изнутри, когда воздух проникает в поры тела).

Атмосферное давление можно обнаружить очень простым опытом. Наполните стакан водой до краев, прикройте его листком плотной бумаги, затем, придерживая листок ладонью, опрокиньте стакан и отнимите руку: листок как бы при липнет к краям стакана, и вода не выльется. Сила давления воздуха, действующая на листок снизу, будет больше силы давления воды, то есть ее веса.

При изучении аэродинамических сил, действующих на самолет в полете, приходится измерять не атмосферное давление, а разность между двумя давлениями, из которых одно, скажем, равно атмосферному, а другое больше или меньше атмосферного. Для этой цели служит особый прибор — манометр. Принцип его действия такой же, как и барометра. Манометр изображен на рис. 6.

Рис. 6. Ртутный манометр. Разность уровней (Д) показывает разность давлений воздуха (В) на поверхность ртути (Р) в коленах трубки.

На поверхность ртути в обоих коленах трубки действует одинаковое давление — атмосферное; поэтому ртуть стоит в них на одном уровне. Если же одно колено, скажем, левое, соединить с пространством, в котором давление меньше атмосферного, то уровень ртути в этом колене повысится.

Столбик ртути между уровнями ртути в коленах трубки и покажет разность давлений в миллиметрах ртутного столба.

Аэродинамические силы, действующие на тело при его движении в воздухе, зависят только от его скорости относительно воздуха. Поэтому движется ли тело, а воз-дух неподвижен или, наоборот, тело неподвижно, а движется воздух, — суть дела не меняется. Как в первом, так и во втором случае мы вправе говорить о воздушном потоке, набегающем на тело. Поэтому можно представить, что самолет, летящий, например, со скоростью 200 километров в час (рис. 7, а), неподвижен, а на него набегает поток воздуха, с той же скоростью 200 километров в час (рис. 7, б ) [7] Скорость принято изображать стрелкой, длина которой показывает в масштабе величину скорости. .