Віртуальна аерокосмічна школа

 





Планери

Планери. 

Якщо розглянути класифікацію керованих ЛА апаратів важчих за повітря, то окремо стоїть планер. Його особливість полягає у відсутності двигуна.Планер ( від франц. planer – ширяти, літати) – важчий за повітря ЛА, в якого немає будь-яких бортових джерел енергії для зльоту і польоту.  
 
Схема сил, які діють на планер при польоті 
Політ планеру відбувається за рахунок накопиченої (або наданої йому) потенційної енергії, яку він отримує з під¢йомом на висоту. Складова частина сили ваги G2 викликає відносний рух планера щодо навколишнього середовища – повітря. В результаті на крилі планера буде виникати аеродинамічна сила R. Одна з складових частин цієї сили буде під¢йомна сила Y. Таким чином, планер може летіти тільки зі зниженням висоти.
Але якщо планер буде знаходитися в потоці повітря, яке підіймається, то він буде підійматися разом з ним. І якщо вертикальна швидкість потоку буде більшою за швидкість зниження планеру, то планер буде набирати висоту (накопичувати енергію). І цей процес накопичення та витрати потенційної енергії (тобто політ) може тривати досить довго. Це залежить від інтенсивності та розмірів вертикальних потоків повітря, які, в свою чергу, залежать від рельєфу місцевості, часу доби, кліматичних умов та ін. 
Вкажемо основні агрегати, частини і елементи планеру .  
 
Планер: 1 – елерон, 2 – обтічник, 3 - горизонтальне оперення (стабілізатор) 4 – вертикальне оперення (кіль), 5 – кермо напряму, 6 – кермо висоти, 7 – хвостовий костиль, 8 – фюзеляж, 9 – лижа,  10 - крюк запуску, 11 – приймач повітряного тиску, 12 – ліхтар кабіни пілота, 13 - крило  
Основна частина планеру – нерухоме крило. Воно створює умови для виконання основної вимоги для можливості польоту - наявність під¢йомної сили. Крило кріпиться до корпусу (фюзеляжу), який може мати ту чи іншу форму, але по можливості з мінімальним аеродинамічним опором. Для цього йому надають зручно обтічну каплеподібну форму. У фюзеляжі в його носовій частині розміщується кабіна пілота, а в задній – так зване хвостове оперення (про яке було згадано при розгляді дирижабля). Оперення служить для надання планеру стійкості і керованості у польоті. Так як двигун відсутній, то для врівноваження ваги оперення кабіна пілота розташовується в носовій частині фюзеляжу.
Горизонтальне оперення складається з нерухомої частини - стабілізатору (від  лат. stabilis - стійкий) і рухомої – керма висоти. Стабілізатор служить для надання стійкості планеру відносно його поперечної осі. Якщо ніс планеру опуститься, то відповідно хвостова частина фюзеляжу разом з оперенням підніметься догори. У цьому випадку тиск повітря на верхній поверхні стабілізатора збільшиться. Цей тиск поверне стабілізатор, а, відповідно, і фюзеляж, у вихідне положення.
При під'йомі носу фюзеляжу догори тиск потоку повітря збільшиться на нижній поверхні стабілізатору, і він знову повернеться у вихідне положення. Таким чином забезпечується автоматичне (без втручання пілоту) стійкість ЛА у його поздовжній  площині відносно поперечної осі.
Вертикальне оперення також складається з нерухомої частини - кіля (від гол. kiel) і рухомої – керма напряму. Кіль надає стійкість руху ЛА відносно його вертикальної осі в горизонтальній площині. Принцип дії кіля подібний до дії стабілізатору – при відхилені носу планера вліво кіль відхиляється вправо, тиск на його правій площині збільшується і повертає кіль (і весь фюзеляж) у попереднє становище.
Треба зауважити, що вказані відхилення ЛА розглядаються відносно його центру мас (точки, в якій прикладена рівнодіюча всіх масових сил, які діють на апарат).
Таким чином, відносно двох осей стійкість польоту планеру забезпечується його оперенням. Але лишилася ще одна вісь – поздовжня. Для надання автоматичної стійкості руху планеру відносно цієї осі (у поперечній площині) консолі крила планера розміщують не горизонтально, а під деяким кутом одної до іншої так, що кінці консолей відхилені догори. Таке розміщення нагадує літеру V, тому таке розташування крил має назву поперечного “V“.
Чому таке розташування консолей крила забезпечує стійкість руху в поперечній площині ЛА, розглянемо спрощено, без викликання на допомогу аеродинаміки. Наприклад, фюзеляж повернеться відносно поздовжньої осі так, що ліва консоль опуститься, а права, відповідно, підніметься (при вигляді спереду на ЛА він повернеться за годинниковою стрілкою). У цьому випадку ліва консоль стане більш близькою до горизонтального положення, а права, навпаки, ще більш віддалиться від нього. При цьому під¢йомна сила лівої консолі  збільшиться, а правої зменшиться (доведеться повірити на слово). Збільшення під¢йомної сили лівої консолі викличе обертання ЛА проти годинникової стрілки, тобто, поверне фюзеляж у вихідне положення.
Отже, стійкість (визначення терміну стійкість буде наведено далі) руху планера забезпечена. Але тепер ще треба надати керованості (визначення теж потім) його руху. Для цього на планері є кермові поверхні – елерони, кермо висоти і кермо напрям. Керування забезпечується відносно тих же трьох осей в тих же трьох площинах.
Кермо висоти – це, як вказано, рухлива задня частина стабілізатору. Якщо стабілізатор складається з двох консолей, то відповідно є і два керма висоти, які відхиляються донизу або догори, обидва синхронно. Як випливає з самої назви, за допомогою керма висоти пілот може змінювати висоту польоту ЛА. Наприклад, пілот бажає збільшити висоту польоту. Для цього за допомогою спеціальних командних важелів і системи керування він відхиляє кермо висоти догори. При цьому аеродинамічна сила збільшиться на верхній поверхні стабілізатору, хвіст планеру відносно центру мас опуститься, а ніс, відповідно, підніметься. І знову доведеться поки повірити на слово, що у цьому випадку під¢йомна сила ЛА збільшиться, і він буде підніматися. При відхиленні керма висоти донизу ніс планеру опуститься, під¢йомна сила ЛА зменшиться, і він теж опуститься.
Кермо напряму  (рухлива задня частина кіля) діє більш просто. При його відхилені в той чи інший бік на ньому виникає аеродинамічна сила, яка обертає ЛА відносно його вертикальної осі, яка проходить через центр мас, в протилежний бік від напряму відхилення керма. Обертання відбувається до тих пір, доки пілот не поверне кермо в нейтральне (не відхилене положення), і ЛА буде здійснювати рух вже в новому напрямі.
Елерони (від франц. aile - крило) – рухомі частини консолей крила. Призначені для управління ЛА відносно поздовжньої осі (в поперечній площині). Так як консолей крила дві, то і елеронів також два. Вони теж працюють синхронно, але на відміну від керм висоти відхиляються не в один  бік, а в різні – якщо один елерон відхиляється догори, то інший донизу.
На консолі крила, де елерон відхилено догори, під¢йомна сила зменшується, а де донизу – збільшується. І фюзеляж ЛА обертається в бік піднятого елерона. Звичайно, можна управляти і одним елероном. Але в цьому випадку ефективність управління зменшується. І що більш важливо, аеродинамічний опір на лівій і правій консолях при відхилені елерону буде різний. А це буде викликати обертання ЛА відносно вертикальної осі, яке треба парирувати  вже відхиленням керма напряму.    Загальний вигляд планеру (Slingsby T 51 “Dart”) В найпростіших, так званих балансирних планерах керма відсутні. Керування ЛА виконується пілотом шляхом зміни положення свого тіла відносно апарата, тобто переміщенням центру мас. Для польоту планера його потрібно доставити на певну висоту – за допомогою літака-буксирувальника або гумового амортизатора. Для кріплення троса буксирувальника або амортизатора на фюзеляжі є  запускний гак. Для руху по землі під час запуску або після посадки потрібне шасі (від франц. chasis – основа, рама). В самому простому випадку – це лижа. Для запобігання пошкодження хвостової частини фюзеляжу при зльоті чи посадці тут встановлюється костиль – хвостова допоміжна опора