Почему и как летает планер без мотора?

Поиск и аренда частных самолетов

Полет в воздухе возможен двумя способами. Во-первых, в воздух могут подниматься аэростаты, т.е. – воздушные суда, которые легче воздуха, такие как воздушные шары и дирижабли. Сама конструкция воздушного шара может быть достаточно тяжелой, но внутри находится несколько тысяч кубических метров газа, более легкого чем воздух.

dla009 - Почему и как летает планер без мотора?

Типичный современный планер

Один кубометр воздуха весит примерно один килограмм, поэтому при его замещении внутри аэростата легким газом вся конструкция уносится в верх и может поднять несколько тонн груза. Достаточно, чтобы только на один килограмм заполненная конструкция оказалась легче воздуха. Подобным образом пустой футбольный мяч тонет в воде, но стоит добавить в него немного воздуха, как он поднимается вверх.

Второй способ воздухоплавания заключается в перемещении воздуха вниз. По этому принципу, динамично отталкиваясь от воздуха передвигаются в нем птицы, планеры, самолеты, парапланы, вертолеты, автожиры, листья клена и другие подобные воздушные суда. Хотя каждое из них делает это по своему, но принцип у всех одинаков – отталкиваться от воздуха, устремляясь в высь. При этом они все обладают крылом (подвижным или неподвижным), которое перемещается относительно воздушной массы.

Есть еще третий способ, менее популярный, который используют суда на воздушной подушке и экранопланы. С их помощью можно перемещаться над самой землей, на не толстой подушке из сжатого воздуха. Правда, этот эффект не позволяет подниматься высоко.

Чтобы лететь стабильно, не допускания снижения в направлении земли, крыло должно создавать такую подъемную силу, которая сможет уравновесить силу притяжения земли. Планеры передвигаются в воздухе без силовой установки, которая сообщала бы им поступательную скорость, поэтому они всегда скользят вниз относительно поднимающейся вверх воздушной массы, но удерживаются состояние равновесия между силой тяжести и подъемной силой.

Для снижения затрат энергии, то есть в данном случае – высоты, они конструируются таким образом, чтобы создавать наименьшее сопротивление и завихрения в воздухе. Спортивные планеры имеют тщательно «зализанные», плавные обводы и форма, а также длинные и узкие крылья. Они позволяют двигаться с большой скоростью, отталкивая воздух вниз, при этом не создавая больших завихрений. Такое аэродинамическое совершенство позволяет планер, весящий в пол тонны, тянуть и удерживать за буксирный трос одной рукой, либо приводить в движение и летать с помощью двигателя в несколько лошадиных сил, т.е. не более мощным, чем у газонокосилки.

Иначе ведет себя в воздухе, например, вертолет, крылья которого (т.е. лопасти ротора), тоже постоянно перемещаются в воздухе, но вокруг своей оси, поэтому делают возможным полет с очень малой скоростью, либо даже зависать на одном месте. Однако это создает огромные завихрения и требует огромной мощности получаемой за счет сжигания сотен литров топлива.

Смотрите также:  Список авиакомпаний - последних пользователей легендарного Boeing B747

Благодаря своему аэродинамическому совершенству планеры опускаются очень медленно относительно масс воздуха – всего несколько десятков сантиметров в секунду, при этом достигая скорости около 100 км/ч. Скользя под небольшим углом он меняет высоту на большое расстояние. Современные планеры имеют аэродинамическое качество, достигающее более 1:60, это означает, что на один километр потери высоты он может спланировать на расстояние 60 км, в идеальных и неизменных атмосферных условиях. В реальности полет планера представляет собой циклический набор высоты на восходящих потоках и затем плавное снижение.

Самостоятельный (без буксировки или применения автономной силовой установки) набор высоты и продолжительные полеты происходят благодаря тому, что атмосфера не является неподвижной и в ней происходят постоянные перемещения воздушных масс. Воздух все время перемещается из-за энергии, отдаваемой ему солнцем, тёплым морем или нагретой землей и даже вращением самой Земли. Происходят горизонтальные ветры и вертикальные потоки, которые позволяют планеристам и птицам набирать высоту и перелетать на сотни и даже тысячи километров. Самые подходящие условия для полетов создаются над мощными горными цепями или на выжженных солнцем необжитых территориях. Поэтому планеризм часто практикуется там, где трудно встретить даже самых выносливых туристов.

Таким образом планер без использования и грамма топлива, пользуясь только энергией, которую солнце передало Земле, может абсолютно чисто и бесшумно преодолевать тысячи километров исследуя нашу планету.

На планерах уже состоялись полеты в стратосферу на высоту 16 500 м, где требуется использовать скафандр как у космонавтов, чтобы выжить в разреженном воздухе и сильном морозе. Планер в течение одного дня может пролететь расстояние более 3000 км, а рекордная средняя скорость полета на дистанцию 500 км превысила 300 км/ч. И все это без двигателя, при помощи сил природы, знаний и умения пилота.

В атмосфере происходит множество явлений, вызывающих вертикальное движение воздуха, которые используются для полета планеров. Чаче всего планеристы используют термальные восходящие потоки. В солнечный день Земля поглощает энергию с нашей ближайшей звезды и нагревает слой прилегающего к ней воздуха. Немного по-другому прогревается голая скала, темные песочные поверхности, и совсем иначе – мокрый луг или лес. Возникает разница температур. Воздух является хорошим теплоизолятором, поэтому не сразу передает свое тепло верхним слоям, а вместо этого поднимется в верх точно также, как шар братьев Монгольфьер подогреваемый снизу горящим костром.

Смотрите также:  Аэропорт в Радоме будет одним из основных в Польше? Удивительная идея босса PPL

Когда разница температур велика и объем нагретого воздуха достаточно большой, образуются мощные восходящие потоки, называемые планеристами термиком. Вместо уходящего воздуха приходят более холодные массы, и поэтому в хороший солнечный день образуются порывы ветра. Иногда мы наблюдаем вихри, уносящие листья, пыль или мусор. Гигантские виды таких явлений вызывают бури и ураганы.

В европейском климате восходящие термальные потоки обычно поднимаются со скоростью 3-5 м/с, т.е в несколько раз быстрее, чем опускается свободно парящий планер. Поэтому достаточно кружиться в данном термике, чтобы подняться на большую высоту – к основанию или даже вглубь тучи, возникающей на вершине восходящего потока. Подобным образом летают большие птицы. Аисты в при подходящих условиях перемещаются на сотни километров практические не взмахивая крыльями, а хищные птицы таким образом могут часами планировать, высматривая неосторожного кролика. Аисты хорошо знакомы с аэродинамикой, поэтому для снижения сопротивления воздуха впереди, складывают ноги вдоль тела.

Другим явлением, используемым для поднятия в воздух с самого начала авиации, являются динамические потоки или потоки обтекания. Ветер, дующий в склон горы обтекает его, чтобы миновать препятствие. Таким образом он начинает дуть вверх. Достаточно, чтобы такая скорость была равно или превышала скорость снижения планера (парапланера, дельтаплана, парашюта и т.п. примитивных летательных аппаратов), чтобы он начал подниматься в верх и летать над наветренным склоне горы до тех пор, пока ветер не стихнет. Пока планеристы не научились использовать термические потоки, это был основной способ полетов.

Достаточно было сделать несколько шагов вниз по склону, чтобы найти возносящийся поток и оторваться от земли, и даже набрать высоту. Поэтому первые полеты на безмоторных летательных аппаратах происходили в горах. Изначально планерные центры возникали в таких местах, где были горные цепи, создающие препятствие для ветра. Они оказывались и наиболее зрелищными. К сожалению полеты на динамических потоках зависят от формы местности и полет пожен закончится, как только пилот отдалится от склона.

Если ветер сильный, то массы воздуха поднимаются высоко вверх. Над цепями гор образуются тонкие облака, сформированные ветром и напоминающие форму стоящих на одном месте линз. Это признак образования волнового потока. Ветер, который вызывает это явление иногда достигает скорости, превышающей 100 км/ч и представляет опасность для неопытных пилотов. К счастью, это происходит достаточно высоко и не создает больших трудностей.

Серфинг на таких волнах позволяет планеристам достигать большой высоты и преодолевать огромные расстояния. Во всем мире есть несколько таких мест, где волновые потоки образуются достаточно часто, благодаря форме местности. В Новой Зеландии это – Скалистые горы, в Южной Америке – цепь Анд, в Турции – Таврские горы.
Но именно в Андах в настоящее время совершаются самые рекордные полеты на планерах. Огромный потенциал с этой точки зрения есть в Гималаях, однако из-за политически проблем он пока полностью не используется.

Смотрите также:  Бизнес-джет вместо филиала в Силиконовой долине

Планеризм прошел путь от примитивных конструкций типа этажерок до современных, тщательно проработанных аппаратов из композитных материалов, которые летают куда быстрее, чем их предшественники на рубеже 19-го и 20-го веков. По мере развития тяжелых планеров их уже нельзя было взвалить просто на спину и перенести на нужное место, как это делали пионеры планеризма. Тогда было достаточно стартовать «с ног» по склону горы или сообщить планеру горизонтальное ускорение при помощи резинового троса по принципу рогатки. Современному планеру для взлета уже нужна скорость не менее 100 км/ч. Поэтому применяются другие способы поднять его в воздух.

Такая потребность возникла именно тогда, когда стали совершаться полеты на восходящих термических потоках над равнинами. В этом случае планер нужно каким-то образом поднять на начальную высоту. Для этой цели использовались автомобили, тянущие планер тросом. Потом появились специальные лебедки, которые могли тянуть трос с большой скоростью. Но наибольшее распространение получило буксирование самолетом. Это позволяет поднять планер на большую высоту и с меньшим расстоянием пробега.

В свою очередь мотопланеры оснащены небольшим двигателем, который позволяет взлететь, а затем, выключив его, планировать в свободном полете. На большинстве таких конструкций двигатель с пропеллером убирается внутрь фюзеляжа после взлета для снижения аэродинамического сопротивления. Обычно двигатель можно запустить при потере высоты, чтобы можно было вернуться на исходную взлетно-посадочную полосу. На мотопланерах используются как двигатели внутреннего сгорания, так и электрические и даже реактивные от летающих моделей.

Андрей Бочкарев