Наука і життя // Ілюстрації
Наука і життя // Ілюстрації
Наука і життя // Ілюстрації
Наука і життя // Ілюстрації
Наука і життя // Ілюстрації
Мал. 1. Поздовжній розріз крила параплана.
Мал. 2. Поперечний розріз крила параплана.
Так виглядає крило сучасного параплана "Танго".
Парапланеристи люблять групові польоти.
Завдяки довгим стропам на кайте можна здійснювати запаморочливі стрибки на десятки метрів.
<
>
Якби хтось років двадцять тому став стверджувати, що існує літальний апарат вагою 10 кілограмів і на ньому можна пролетіти без особливих зусиль 300 кілометрів, то в кращому випадку його б визнали великим диваком. І тим не менше такі апарати існують і називаються парапланах.
Датою народження параплана можна вважати той день, коли була зроблена перша спроба польоту з гори з використанням планує парашута-крила. Такі спроби робилися в Закавказзі ще в 70-х роках ХХ століття. Низький аеродинамічний якість парашутного крила не дозволяла в повній мірі насолодитися польотом. В кінці 80-х років в Європі з'явилися перші крила для польотів з гір. За своєю конструкцією вони нагадували парашути. По суті, це і були ті ж парашутні крила, з невеликими відмінностями. Для зменшення вертикальну швидкість зниження вони мали велику, ніж парашути, площа, порядку 28-30 м2 (планують парашути того часу - 20-24 м2). В результаті дещо впала і горизонтальна швидкість (ці параметри пов'язані між собою), але це вже більше нагадувало політ. З того часу почався активний розвиток і парапланеризму як технічного виду спорту, і техніки для нього. Крила все більше і більше ставали дійсно крилами. Виросло від 3 до 6 одиниць їх подовження, з'явилися моделі навіть і з великим подовженням, але через складність пілотування, меншою стійкості крила і відповідно меншою надійності вони не знайшли широкого поширення. У міру того як зростала кількість прихильників нового виду спорту, росло і виробництво парапланів. Спочатку їх робили, копіюючи один у одного найбільш вдалі моделі, але з часом з'явилися спеціалізовані конструкторські бюро, була розроблена інженерна методика розрахунку, і параплани з простої забави перетворилися в цілком серйозні літальні апарати. Їх можна використовувати як для спорту і відпочинку, так і для проведення різноманітних спостережень, наприклад, для контролю пожежної обстановки в лісах, для контролю водосховищ, проведення обліку тварин і для вирішення безлічі інших цілком серйозних завдань.
Розвиток парапланерного техніки зараз йде за трьома напрямками: вдосконалення аеродинамічної якості, підвищення безпеки, зручність пілотування. Останній критерій хоча і суб'єктивний і не має яких-небудь кількісних оцінок, але тим не менш є важливою властивістю параплана. Тут доречна аналогія з музикою: людина може сприймати її за принципом "подобається - не подобається". Можна будь-які звуки уявити в цифровому вигляді і намагатися їх аналізувати. І напевно можна зробити висновки, що краще, а що гірше, але емоції в цих оцінках присутні не будуть. І як для музиканта важливо вміти відчувати музику, так і для авіатора важливо відчувати в польоті апарат: наскільки легко він відгукується на дії пілота, як виконує той чи інший маневр, як веде себе на початку маневру, як входить в нього і як його закінчує.
Параплани, як і всі літальні апарати, піддаються обов'язковій сертифікації. Але на відміну від великих літаків або вертольотів у них оцінюються (нормуються) не численні льотні характеристики, а основні параметри, що визначають безпеку польоту. І оцінює їх пілот-випробувач, виконуючи конкретні маневри і маніпуляції з крилом. Випробувач штучно створює складні і навіть аварійні ситуації, які можуть виникнути в польоті через складання крила під впливом турбулентних потоків або зриву потоку, викликаного діями пілота. По тому, як крило веде себе, і роблять висновок про його надійності і відповідності одній з встановлених категорій.
Однак для спортсменів-професіоналів, так і для любителів поряд зі стійкістю, керованістю і безпекою не менш важливі і хороші аеродинамічні характеристики параплана, оскільки від них багато в чому залежать дальність і швидкість польоту. Що ж стосується висоти польоту, то для парапланів, втім, як і для планерів, вона визначається не стільки характеристиками апарату, скільки станом атмосфери, зокрема висотою інверсії.
Конструкція парапланів розвивається поступово, без різких стрибків і революцій. Але процес іде проте досить динамічно. "Матрасоподобние" за формою крила перших парапланів поступово еволюціонували в крила з більш гладкими поверхнями, форма і конструкція яких дозволяє мінімізувати всі види опорів.
Форма крила і його характеристики вдосконалюються в якійсь мірі за рахунок оптимізації геометрії застосовуються профілів. З іншого боку, використовуються нові конструктивні рішення, які теж поліпшують аеродинамічні властивості м'яких крил.
Спеціальні легкі, щільні і дуже міцні тканини, з яких шиють параплани, практично не пропускають повітря. Завдяки цьому крило як би надувається зустрічним потоком. Саме крило складається з двох великих шматків тканини, зшитих, в свою чергу, з більш дрібних елементів, і великої кількості нервюр, які діляться на силові і проміжні. До силовим кріплять стропи, а проміжні - потрібні для додання крила правильної аеродинамічної форми.
У ранніх конструкціях кількість нервюр було відносно невеликим (відповідно крило поділялося на невелику кількість секцій), при цьому силові нервюри чергувалися з проміжними (рис. 1а). На схемі добре видно, що і верхня і нижня поверхні крил ранніх конструкцій були вельми нерівними і нагадували складені рядком диванні валики. Така форма погіршувала аеродинамічні характеристики крила (в тому числі профільне опір), знижувала його швидкість і керованість.
Щоб зробити обидві поверхні крила більш гладкими, стропи стали кріпити і до проміжних нервюрам (рис. 1б). Крім того, кількість секцій крила збільшили до 60-70. В результаті поверхні вирівнялися і профільне опір зменшилася. Але через збільшення кількості строп дещо зросла загальний опір параплана.
Наступним кроком у вдосконаленні конструкції стало зменшення відносної товщини проміжної нервюри. Її величина характеризується відношенням довжини нервюри до середньої ширині (рис. 1в). Це дозволило зменшити кількість строп, але зберегти досить рівну верхню поверхню купола. При цьому, правда, стала менш рівною його нижня поверхня. Але оскільки швидкість потоку повітря на ній нижче, ніж на верхній, таке рішення в підсумку дало позитивний ефект.
Помітно просунутися вперед вдалося, ввівши в конструкцію новий елемент - діагональну нервюру. Це відразу ж дозволило, з одного боку, згладити поверхню крила, а з іншого - зменшити кількість строп (рис. 1г).
Застосування в цій схемі проміжних нервюр зробило поверхню крила ще більш гладкою (рис. 1д). На сучасних крилах проміжні нервюри роблять у вигляді легких "косинок", які своїми гострими кінцями сходяться в місцях кріплення строп, а широкими - кріпляться до верхньої поверхні (рис. 2).
Перші моделі крил при розрахунках представляли як набір плоских панелей. У більш пізніх конструкціях стали враховувати, що при польоті в оболонці виникають значні напруження і деформації. Це дозволило робити більш точні розрахунки і в результаті сприяло поліпшенню реальної форми крила.
Нарешті, ще один важливий момент - зменшення аеродинамічного опору строп і пілота. Опір строп становить до чверті від загального опору параплана. При проектуванні завжди прагнуть зменшити їх кількість і сумарну довжину. При цьому використовують багатоярусне розгалуження, намагаються підбирати номінали по навантаженню з мінімальним діаметром. На спортивних парапланах для відповідальних змагань часто застосовують стропи без захисної обплетення. Вони значно тонше звичайних, їх діаметр - від 0,6 до 1,2 мм. Але, на жаль, служать вони не більше одного сезону. Пілотам, щоб зменшити власне аеродинамічний опір, все частіше доводиться використовувати різні еластичні обтічники.
Еволюція м'яких крил триває, з'являються нові напрямки їх використання, наприклад мотопараплани і вітрила-крила (кайти). Якщо у крила мотопараплана всі зміни, в порівнянні зі звичним парапланом, продиктовані особливостями моторного польоту, то крила для кайтинга відрізняються від класичних вельми значно. Це пов'язано з абсолютно іншими завданнями, які ставляться перед такими крилами.
Крило мотопараплана, як правило, має велику питому навантаження (кількість польотної маси, що припадає на одиницю площі крила) і відповідно має мати більш міцні або посилені елементи конструкції. Зліт на мотопарапланах проходить найчастіше з абсолютно рівного майданчика і в повний штиль, отже, підйом крила при старті повинен проходити легко, просто і контрольовано. Тому серед моторних крил дуже мало моделей з великим подовженням, яким для зльоту потрібен досить сильний зустрічний потік повітря.
Кайт - крило, схоже на парапланерного, з його допомогою можна буксируватися на лижах чи сноуборді по снігу, на серфінгу по водних просторах або на візку-баггі по землі.
Завдяки довгим стропам - 10-30 метрів - і особливостям динаміки руху кайт дозволяє не тільки буксируватися з великою швидкістю, але і здійснювати стрибки, пролітаючи по повітрю десятки метрів. Зараз кайтінг став самостійним видом спорту, за яким проводяться міжнародні змагання аж до рангу чемпіонату світу.
Словничок ДО СТАТТІ
Аеродинамічний якість літального апарату визначається відношенням підйомної сили до сили опору або відношенням коефіцієнта підйомної сили до коефіцієнта опору.
Подовження для прямокутного крила - це відношення розмаху крила до його хорді, для крила складної форми - відношення квадрата розмаху до його площі.
Складання крила - втрата крилом своєї форми.
Турбулентний потік - потік, в якому вектор швидкості руху повітря в різних його точках відрізняється за величиною і напрямком.
Зрив потоку - явище, коли протягом відривається від обтічної поверхні, при цьому різко падає підйомна сила і зростає сила опору.
Висота інверсії - висота, на якій припиняється дія термічних потоків.
Профільне опір - опір, залежне від форми обтічного тіла і не пов'язане зі створенням підйомної сили.
