Устойчивость и управляемость параплана. Параплан. Летная подготовка пилотов параплана. курсы подготовки пилотов параплана, полеты на параплане, обучение полетам, полеты в тандеме, купола, подвесные и спасательные системы.

Полеты на параплане
+7 926 2658003 Александр

На Главную >>

ПАРАПЛАН

Устройство параплана

Аэродинамика параплана

Устойчивость и управляемость параплана

ПОЛЕТЫ НА ПАРАПЛАНЕ

Полеты на параплане

Полеты на параплане в тандеме с инструктором

Полеты на параплане при помощи лебедок

Полеты на параплане в динамическом потоке

Полет на параплане в подарок

ОБУЧЕНИЕ ПОЛЕТАМ

Обучение полетам на параплане

Первоначальное обучение

Обучение парящим полетам

Обучение специальным режимам полета

СТАТЬИ ОБ ОБУЧЕНИИ

Легкий практикум

Старт на параплане

Перечень вопросов по теоретической подготовке

ФОРУМЫ

www.flycenter.ru

www.paraplan.ru

УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ ПАРАПЛАНА

	Понятия устойчивости и управляемости ЛА Устойчивость и управляемость любого летательного аппарата (ЛА), в том числе и параплана, зависит от его кинематической схемы и аэродинамических сил и моментов, которые воздействуют на конструкцию при движении с различными скоростями и углами атаки, скольжения, крена. Прежде всего – что такое устойчивость? – это способность летательного аппарата возвращаться в исходный установившийся полет после вмешательства некого внешнего воздействия (обычно рассматривается воздействие со стороны неспокойной атмосферы). Управляемость – это более тонкий процесс, связанный с воздействием пилота на органы управления летательного аппарата, реакции аппарата и восприятии этой реакции пилотом (в том числе тактильной и вестибулярной). Движения параплана могут быть выражены реакцией на крен пилота в подвеске и на вытягивание клеванты на определенную величину. Чем меньше потребуется пилоту параплана приложить усилий для создания крена и чем меньше вытянуть клеванту для совершения маневра, тем лучшую оценку управляемости данного крыла мы услышим от тест-пилота. Если купол параплана реагирует очень активно, особенно по сравнению с предыдущим, для которого у тест-пилота хорошо закрепились навыки пилотирования, то можно услышать что такой параплан «излишне резв». Посмотрев внимательно на определения устойчивости и управляемости, мы обнаружим, что по сути это противоположные вещи: устойчивость – призвана сохранить положение купола в воздухе и траекторию полета, управляемость - наоборот изменить. Что же вкладывают пилоты парапланов, когда говорят что этот купол «имеет отличную устойчивость, стабильность и управляемость»? Дело в том, что купол параплана при воздействии нестабильной атмосферы может совершать движения, которые были не запланированы пилотом, скачки, повороты, заныривания, просадки, и если они незначительны, пилоту легко их нейтрализовать, или вовсе предотвратить, воздействуя на органы управления. Однако купол может иметь разную степень реакции на внешние воздействия - как правило, учебные и любительские купола обладают мягкой и плавной реакцией на турбулентность, дают пилоту много времени на принятие решения или возвращаются к исходному полету самостоятельно; спортивные купола, («компетишены» - competition) наоборот требуют активного вмешательства для сохранения, например вертикального положения. Так же для того чтобы повернуть купол начального уровня, требуется приложить больше усилий, в том числе выраженных в большем расходе и в большем усилии на клеванте. Развернуться один или десяток раз на таком параплане – не составит большого труда, но если принять во внимание длительный подъем на параплане в термическом восходящем потоке с постоянным контролем и удерживанием клеванты, или катание тяжелого пассажира на тандемном крыле – тут более хорошая реакция крыла на ход клеванты и меньшая нагрузка станут весьма актуальны. Опытный пилот может запоминать поведение определенного крыла и свои ощущения от динамики полета, которые могут интегрироваться в субъективную оценку купола. Объективные оценки можно получить, лишь измерив динамические характеристики нескольких парапланов численно, а поскольку параплан принимает нормальное положение только при планирующем полете и представляет собой мягкую конструкцию, измерение динамических параметров (а равно аэродинамических производных) на параплане является нетривиальной задачей.
Рисунок 1 - Оси и моменты параплана. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г. Рисунок 2 - Маятниковая устойчивость и колебания купола - процесс затухания маятниковых колебаний. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г. Рисунок 3 - Распределение аэродинамических и массовых сил на куполе параплана. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г.	Движения купола параплана относительно осей координат Параплан, как и любой другой летательный аппарат может совершать вращательные и поступательные движения относительно осей координат. В российской школе динамики полета принято оси координат располагать следующим образом: ось x – вдоль движения, положительное направление от передней к задней кромке крыла, y – снизу вверх, положительное направление от нижней поверхности к верхней, z – вбок, положительное направление слева направо. В результате получим систему координат, позволяющую описать поведение параплана (Рисунок 1). Движение крыла возникает при возникновении соответствующей силы, которые описываются моментами силы относительно осей координат mx, my и mz – соответственно, наименование движений вращения «Тангаж» - вокруг оси z, «Крен» - вокруг оси x, «Рыскание» - вокруг оси y. Специфика динамики полета параплана Параплан сильно отличается от других планирующих аппаратов тем, что у него точки приложения аэродинамических и инерционно-массовых сил разнесены на очень большое расстояние, обусловленное длинной строп. Из курса классической механики известно, что вращение с наименьшими затратами энергии происходит вокруг центра масс, который для системы купол-пилот находится примерно над головой пилота. Центр масс пилота соответственно находится в районе поясницы, а центр масс купола в районе одной трети центральный секции, исходя из этого получаем наиболее вероятные оси вращения системы «пилот-купол-параплан». Кинематическая модель параплана Наличие большого плеча между точкой приложения аэродинамической силы и силы тяжести, приводят к тому, что для параплана по тангажу и крену применимо правило «маятниковой устойчивости». Если происходит случайное отклонение пилота на небольшой угол, аэродинамическая сила остается практически постоянной, а на пилота действует сила, возвращающая его в исходное положение (Рисунок 2). Это поведение подобно математическому маятнику и описывает одномерную кинематическую модель устойчивости параплана («маятниковую устойчивость»). В установившемся полете, подъемная сила крыла имеет некоторое распределение по размаху, уравновешенное весом пилота при помощи системы строп (Рисунок 2). Можно предположить, что если пилот сидит ровно, и подвесная система и свободные концы настроены симметрично, то на правую и левую консоли крыла приходится по половине веса пилота. (Рисунок 3). На рисунке вес пилота приложен к подвесной системе в одной точке, но фактически - пилот в подвесной системе не является материальной точкой, так как он имеет возможность переносить вес тела на правую или левую стороны. Тогда исходное уравновешенное состояние может изменяться, т.к. пилот при переносе веса вызывает увеличение нагрузки на загруженной стороне и разгрузку на противоположной. На разгруженной стороне крыла, аэродинамическая сила становится больше, в результате чего возникает крен и разворот в сторону загруженной консоли (). Конструкция подвесной системы будет сопротивляться движениям пилота, что обусловлено «диагональной жесткостью» подвесной системы, и чем она меньше, тем легче пилоту перенести вес тела на противоположную сторону. От чего зависит управляемость параплана? - В основном это определено конструкцией купола крыла, его арочностью, удлинением по расстилу, распределением деформации задней кромки и нагрузки по размаху при работе клевантой. А так же диагональной жесткостью подвесной системы и (или) расстоянием между основными карабинами (что в общем не одно и тоже). Фактически зависит она и от оконечной величины возникающих сил, и следовательно удельной нагрузки на купол. Незагруженное крыло (когда вес пилота ниже нижнего уровня весовой вилки) будет вяло реагировать на управление, с увеличением времени и амплитуды реакции.
Рисунок 4 - Суммирование сил на правой и левой консоли купола параплана. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г. Рисунок 5 - Обеспечение курсовой устойчивости купола. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г. Рисунок 5 - Обеспечение устойчивости купола параплана по тангажу, демпфирование тангажных колебаний. Рисунок из курса лекций по "Устойчивости и управляемости параплана". 1999г.	Устойчивость параплана по тангажу Устойчивость крыла параплана по тангажу обеспечивается профилировкой и маятниковой устойчивостью. Для обеспечения продольной устойчивости применяются нервюры имеющие профиль специальной формы, так называемые S-образные профили, обладающими повышенной продольной устойчивостью (). Ранние эксперименты применения таких профилей на параплане показали, что слишком высокая изогнутость верхней кромки приводит к потере натяжения верхней поверхности т.к. она находится под воздействием потока и проминается вниз, что приводит в свою очередь к снижению летных характеристик. Поэтому на профилях парапланов S-образность обеспечивается путем искривления средней линии профиля, верхняя поверхность купола при этом не имеет вогнутости и близка по форме к прямой линии (). Влияние пилота на угол тангажа параплана производиться интенсивным вытягиванием клевант (кабрирование) или резким отпусканием клевант (пикирование). Стоит учесть, что спикировать из установившегося режима полета на параплане практически не возможно, работа акселератором приводит к более менее равномерному разгону крыла с увеличением перепада строп, а не пикированию («заныриванию»). Заныривание крыла параплана на значительные отрицательные углы тангажа возможно, если равномерно затягивать клеванты до предсрывного режима, дождаться входа купола в сваливание а затем резко отпустить. Устойчивость параплана по крену Устойчивость параплана по крену обеспечивается формой купола параплана в проекции на вертикальную плоскость, так называемой «арочностью» и маятниковой устойчивостью параплана. Воздействие на крен параплана производится переносом веса пилота на одну из сторон подвесной системы и вытягиванием соответствующей клеванты (так осуществляется активный разворот). Если при этом задействовать инерционность массы пилота, то в результате нескольких последовательных раскачиваний можно достичь крена более 90 градусов (спец. режим полета – «винговер» - wing over). Устойчивость параплана по курсу Устойчивость по курсу у параплана устроена аналогично поведению флюгера, располагающегося по ветру. Если рассмотреть точки и величины приложения аэродинамических сил и веса пилота, мы увидим что пилот, благодаря наклону траектории полета и положению центра давления на 1/4 хорды крыла (Курс аэродинамики), находится впереди купола. Если провести плоскость через центр давления, перпендикулярно набегающему потоку, то мы обнаружим, что пилот находиться в одной (наветренной части), а основная часть купола в другой (подветренной части). Если пренебречь вертикальными силами, получиться модель установившегося полета, уравновешенного парой сил силой: сопротивления параплана X и скатывающей силой пилота Fск (). Если построить проекции консолей крыла на вертикальную плоскость, то мы увидим, что они образуют две вертикальных симметричных поверхности. Предположим что данных поверхностей есть некий обобщенный профиль, установленный под углом атаки. Благодаря системе строп, эта пара профилей, растянутая аэродинамическими силами, и удерживаются друг относительно друга. Особенность конструкции параплана в том, что на консоли крыльев не может действовать усилие, направленное внутрь купола – иначе параплан свернется. Современные парапланы обладают прямой стреловидностью, вследствие чего устойчивы по отношению к скольжению с небольшими углами. Если направление бокового потока находится в пределах 10-15град, то купол сам довернет на встречный ветер, если же величина скоса больше 20-30град и величина набегающего косого потока значительна, то на таком крыле более вероятно получить подворот наветренной консоли (или части консоли – «уха») так называемое ассиметричное сложение («ассиметрию» - asymmetric front deflection). Демпфирование колебаний на параплане С кинематической моделью маятника связано не только явления устойчивости параплана, но автоколебаний и собственных частот колебаний. Так на незадемпфированном куполе, при случайном отклонении от уравновешенного состояния возможны затухающие колебания, как по тангажу так и по крену. Затухание колебаний в основном зависит от массы и объема присоединенного воздуха, который приводится в движение при вращательном или поступательном движении крыла. Некоторую роль при раскачивании играют стропы параплана, но в современных крыльях стремятся уменьшить общий метраж стропы, с целью уменьшения силы сопротивления, и рассматривать стропы как инструмент для демпфирования не совсем корректно. Основную роль при демпфировании спортивных крыльев играют корректирующие действия пилота, они особенно необходимы, если мы увеличиваем летные характеристики купола, и как следствие снижаем демпфирующие свойства. При работе следует учесть – что пилот параплана может активно только отклонять клеванту вниз, т.е. создавать момент на кабрирование, отклонение кромки вверх не возможно. Из этого следует, что для гашения колебаний, пилот параплана должен создавать момент на кабрирование только когда купол идет на пикирование. При этом ошибочно вытягивать клеванты, когда мы видим купол на уровне горизонта, в этот момент уже требуется отпустить клеванты и дать куполу возможность набора скорости. Остановка купола перед собой может привести к прокачиванию пилота вокруг купола на стропах как на качелях, подвороту и потере формы купола. Идеальная же работа клевантами состоит в том, чтобы при выходе купола в полетное положение уравнять путевую скорость купола и свою, остановив тангажное колебание. В таком случае в верхней точке положение управляющих строп уже должно соответствовать путевой скорости пилота, и в общем случае должны быть отпущены или лишь немного поджаты. Диаграмма работы клевант при тангажном колебании приведена на Рисунке 6, при этом пунктирными линиями показаны траектории купола и свободных концов, а сплошной линией траектория хода клевант, включая энергичное затягивание и постепенное отпускание, разница в ходе между мальями свободных концов и клевантой показана заштрихованной областью. Тот же принцип распространяется и на колебания по крену.