Бочка - фигура пилотажа, поворот летательного аппарата вокруг продольной оси на 360° и более без изменения направления движения. По типу выполнения может быть быстрой и медленной, по числу оборотов - одинарная, полуторная и многократная, по наклону траектории полёта - горизонтальная, восходящая и нисходящая.
Техника выполнения
Выполняется бочка при скорости минимум 300 км/час. Предварительно необходимо придать самолёту угол кабрирования 15–20°. На одномоторных винтовых самолётах бочка против направления вращения винта выполняется более вяло и требует энергичных движений ручкой.
Для самолета ЯК-52 горизонтальная управляемая бочка выполняется на скорости 230 км/ч при частоте вращения коленчатого вала двигателя 82 % и полном наддуве. В горизонтальном полете наметить впереди самолета ориентир, относительно которого будет выполняться бочка. На заданной скорости взятием ручки управления на себя создать угол кабрирования 10-15° и зафиксировать это положение. После чего энергичным движением ручки управления в сторону бочки начать вращение самолета вокруг продольной оси, помогая вращению незначительным отклонением педали в ту же сторону. После прохода крена 45° начать отдавать ручку управления от себя, не замедляя вращения. В первый момент это необходимо для предупреждения разворота, а затем, когда самолет будет в перевернутом положении - для предупреждения опускания капота самолета ниже линии горизонта. В положении «на ноже» необходимо незначительно отклонить верхнюю педаль для удержания капота выше линии горизонта. В перевернутом положении педали должны стоять нейтрально, чтобы самолет не уходил в сторону от ориентира. За 30–20° до завершения бочки ручка управления подтягивается на себя для удержания самолета от разворота и от опускания капота ниже линии горизонта. Как только самолет будет подходить к положению горизонтального полета, ручку управления дать на вывод в противоположную сторону вращения, а после прекращения вращения - поставить нейтрально.
| Штурмовик |
Что общего у истребителя с тарой для хранения жидкости и машиной Голдберга? Казалось бы только то, что самолет и бочка могут оказаться частями бесполезного, но завораживающего механизма, ан нет. Фигура пилотажа бочка объединяет все эти вещи и не только.
Выполнение бочки никак не помогает гражданскому самолету довезти своих пассажиров до места назначения или истребителю в бою, но требует, при правильном выполнении, задействовать все органы управления самолетом: элероны, руль высоты и руль направления.
В данной публикации изложено описание процесса поворота самолета на 360 градусов вокруг продольной оси без снижения с точки зрения такой науки, как динамика полета, и приведено описание того, как можно заставить ваш самолет сделать бочку правильно.
Введение
После завершения активной фазы очередного проекта у меня с коллегой по беспилотной деятельности возник вопрос, чем заняться пока новые проекты не заняли все свободное время. В ответ на вопрос, заданный пустоте, мы получили очень конкретный ответ «сделай бочку (do a barrel roll)». И правда: бочка это машина Голдберга в авиации, одновременно сложная, практически (в воздушном бою) бесполезная и приносящая исключительно эстетическое удовольствие фигура пилотажа. Так почему бы не научить авиамодель делать бочку в автоматическом режиме, даже её делает.Прежде чем начать практическую реализацию мы решили изучить это процесс с привлечением компьютерных моделей, и вот что из этого получилось.
Немного теории
Для начала немного о том, почему самолеты летают и о том, как положение самолета описывается относительно поля тяготения. Самолет держит в воздухе подъемная сила, назовем ее Y, которая создается на крыле, но вот какая штука, эта сила появляется только при обдуве крыла набегающим потоком воздуха, соответственно, нужно самолет разогнать. Можно, конечно «разбежавшись прыгнуть со скалы», потратить часть потенциальной энергии поля тяготения земли на разгон и даже зависнуть на мгновенье, но неразрывно с подъемной силой возникает аэродинамическое сопротивление, назовем эту силу X, которое будет самолет тормозить, и подъемная сила будет падать, а вместе с ней и мы. Падать мы будем под действием силы тяжести G. Для противодействия силе сопротивления у всех нормальных самолетов есть двигатель, он создает силу тяги P, которую можно использовать для преодоления силы сопротивления. Простейшая кинематическая модель самолета описывает его движение как перемещение материальной точки в поле тяготения земли. В горизонтальном полете с постоянной скоростью сила тяжести уравновешена подъемной силой крыла Y = G, а сила сопротивления - тягой двигателя X = P.Если посмотреть на материальную точку под микроскопом, она превратится в материальное тело. Оно и к лучшему: мы можем разглядеть у самолета фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, которое состоит из горизонтального стабилизатора и вертикального киля. На левой и правой консолях крыла расположены элероны, на горизонтальном хвостовом оперении - руль высоты, на вертикальном - руль направления. Если всем этим усиленно вертеть, аппарат начнет маневрировать, и задача сделать бочку сведется к тому, по какому закону изменять положение органов управления для достижения необходимой траектории движения аппарата в пространстве и относительно его собственных осей.
Описание систем координат, используемых при описании движения летательных аппаратов.
В российской/советской традиции система координат (СК), жестко связанная с летательным аппаратом, вводится следующим образом. Ось х направляется продольно в плоскости симметрии самолета, от хвоста к носу. Перпендикулярно этой оси по направлению вверх вводится ось y. Эти две оси дополняются до правой тройки векторов осью z. Получается, что ось z пройдёт вдоль правого крыла.
Движение аппарата в пространстве невозможно описать только при помощи связанной с самолетом системой координат, ведь нам интересно положение аппарата относительно земли. Для этого вводится система координат, которая называется «местная земная система координат». Ось X этой системы находится в горизонтальной плоскости и направлена на географический север. Oсь Y направлена вертикально вверх. Ось Z дополняет их до правой тройки векторов. Расположение связанной системы координат относительно местной земной системы определяется углами крена, тангажа и рыскания. Угол между продольной осью самолета (в нашем случае ось x связанной СК) и горизонтальной плоскостью XZ называется углом тангажа, он изменяется при отклонении руля высоты. Угол между осью z связанной СК и осью Z местной земной СК, повёрнутой так, что угол рыскания равен нулю, называется углом крена, он изменяется при отклонении элеронов. Угол между осью X местной земной СК и проекцией оси x связанной СК на горизонтальную плоскость XZ называется углом рыскания, отсчитывается против часовой стрелки от оси X местной земной СК. Такой формализации нам должно быть достаточно для описания движения самолета при выполнении бочки, и пусть, мы не воспользуемся далее буквенными обозначениями осей, всегда полезно повторить основы.
Инструментарий
Для моделирования движения аппарата мы используем инструментарий, который предоставляет программа для моделирования динамики летательных аппаратов с открытым исходным кодом JSBSim . Вывод графиков доверим gnuplot , а визуализацию маневров самолета FlightGear . В качестве базовой динамической модели возьмем истребитель North American P-51 Mustang : его маневренности будет достаточно для выполнения бочки. Для визуализации будем использовать менее агрессивный, спортивный самолет ЯК-53 .Описание процесса настройки программы и вывода результатов.
Все файлы, необходимые для запуска скриптов, находятся в Github репозитории . Для повторения действий, приведенных в статье, нам понадобится установить JSBSim , FlightGear и gnuplot . Все действия буду приведены для операционной системы Windows. За основу взята инструкция отсюда . Скачиваем и устанавливаем последнюю версию FlightGear с www.flightgear.org и gnuplot с www.gnuplot.info . Собираем JSBSim по . После этого ищем два необходимых нам каталога. Корневые каталоги JSBSim\ и FlightGear\ . В каталоге FlightGear\data\Aircraft находятся папки с моделями самолетов: туда нужно скопировать модель, которая будет использоваться для визуализации. Я использую модель Як-53 , которую нашел на просторах Интернета. Другие модели можно найти . В каталоге FlightGear\bin находится основной исполняемый файл симулятора fgfs . Для визуализации динамики будем использовать строку запуска
Fgfs --native-fdm=socket,in,60,5500,tcp --fdm=external --timeofday=noon --aircraft=Yak-53 --disable-sound --disable-real-weather-fetch --disable-clouds3d --disable-clouds
В этой строке первые параметры указывают внешний источник данных о динамике самолета при запуске симулятора. Параметр aircraft
задает требуемую модель аппарата. Остальные параметры не обязательны, их значения можно найти . Полезные сочетания клавиш:
«V»
-изменить вид модели
Shift+Esc
– перезапуск FlightGear с сохранением параметров командной строки
Ctrl+«R»
- запуск записи полета для повторения того, что получилось.
Вот собственно и все, что нам понадобится в симуляторе FlightGear . Вернемся к программе моделирования динамики JSBSim . В каталоге JSBSim\aircraft находятся динамические модели самолетов. В каталоге JSBSim\engine находятся динамические модели двигателей и винтов. Динамические модели самолетов хранятся в отдельных каталогах в файлах вида name*.xml . В конце каждого файла есть секция, отвечающая за вид выходных данных при моделировании. Если мы хотим, чтобы вывод был в виде, подходящем для визуализации во FlightGear , то она должна выглядеть так:
Если же мы хотим сохранять данные в файл, то так:
Запускать процесс моделирования удобно при помощи пакетного файла, расположенного в корневой папке JSBSim\
, строкой
JSBtest.bat *имя_скрипта
с содержанием
Rem Remove the old result file
del /Q aircraft\p51d\Results\%1.csv
rem Run the test
Debug\JSBSim --script=aircraft\p51d\scripts\%1.xml --outputlogfile=aircraft\p51d\Results\%1.csv>JSBSim.out --realtime
rem Generate gnuplot to the screen
gnuplot aircraft\p51d\plots\%1.p
Данный файл удаляет предыдущие результаты моделирования, запускает скрипт, расположенный по адресу \JSBSim\aircraft\p51d\scripts\
, а затем запускает отрисовку полученных данных при помощи gnuplot. Параметр realtime
необходимо указывать в случае, когда данные из JSBSim
хочется получать в режиме реального времени, например, при визуализации во FlightGear
.
Посмотрим на содержание файла скрипта:
Для правильного запуска в третьей строке указывается модель самолета, который будет смоделирован, и путь к инициализационному файлу с содержанием
Осталось только рассмотреть содержание файла для построения графиков через gnuplot
:
Set autoscale # scale axes automatically
unset log # remove any log-scaling
unset label # remove any previous labels
set xtic auto # set xtics automatically
set ytic auto # set ytics automatically
set tics font "Arial, 16"
set key font "Arial, 16"
set xlabel font "Arial, 16"
set ylabel font "Arial, 16"
# If you have graphical capabilities, you can plot on your screen
# if none of the other terminals is specificed.
# This is how to output the plot in PostScript format
#set terminal postscript portrait enhanced color lw 1 "Helvetica" 14 size 8.5,11
# This is how to output the plot in PNG format
#set terminal png size 1280,960
#set output "aircraft/p51d/results/plot.png"
# This is how to output the plot in PDF format. (Not available on Mac)
#set terminal pdfcairo color size 8.5,11
#set output " aircraft/p51d/results/plot.pdf"
set multiplot title ""
set size 1,0.30
set lmargin 10
set xrange
set ytic auto
set origin 0.0,0.00
set xlabel "Время,с"
set ylabel "Высота, м"
plot \
"aircraft/p51d/results/trim-cruisep51d.csv" using 1:($43*0.3048) title "" with lines\
set origin 0.0,0.33
set ylabel "Угол тангажа, °"
set xlabel ""
plot \
"aircraft/p51d/results/trim-cruisep51d.csv" using 1:33 title "" with lines\
set origin 0.0,0.66
set ylabel "Угол крена, °"
set xlabel ""
set yrange [-180:180]
set ytics 60
plot \
\
"aircraft/p51d/results/trim-cruisep51d.csv" using 1:32 title "" with lines\
unset multiplot # exit multiplot mode
pause -1 "Press ENTER to continue"
Данный файл формирует и выводит изображение на экран трех графиков: угла крена, тангажа и высоты от времени. Данные для построения берутся из файла *имя_скрипта.csv
. Попутно, имперские единицы переводятся в привычные нам, метрические. Можно изменить файл для вывода в форматах PostScript
, PNG
или PDF
, раскомментировав соответствующие строки.
Вот, в общем-то, и весь процесс подготовки инструментов для самостоятельного моделирования и отображения движения самолета.
Моделирование и результаты
Если вообразить «сферический», а точнее идеальный самолет, у которого оси связанной системы координат совпадают с главными осями эллипсоида инерции и органы управления создают моменты каждый относительно только одной из осей, можно на качественном уровне понять, как аппарат будет двигаться при отклонении органов управления. Допустим, самолет летит в горизонтальном полете; отклоняя элероны в противоположные стороны, мы изменяем величину подъемной силы на консолях крыла, что приводит к возникновению момента сил относительно оси x, и аппарат начнет вращаться вокруг этой оси. Для выполнения бочки это как раз, то что нам нужно. Составляем скрипт, в котором элероны максимально отклонены в течение 2.45 секунд, а затем возвращаются в исходное положение:Содержание скрипта.
Результаты моделирования приведены на графике:
Видно, что самолет повернулся на 360 градусов по крену, однако, сделал этот маневр со снижением в 40 метров и наклонил нос на 14 градусов - это пример совсем не годной бочки.
И правда, если вспомнить, что самолет издалека это материальная точка, то при вращении проекция подъемной силы на направление силы тяжести уменьшается и самолет начинает снижение, а нам этого совсем не нужно, ведь мы хотим выполнить красивую бочку без снижения. Для этого, до того, как мы начали отклонять элероны, нужно создать запас вертикальной скорости. Берем штурвал на себя - отклоняется руль высоты - возникает момент силы относительно оси z. Нос самолета поднимается, и мы начинаем набирать высоту - в этот момент пора начинать вращение. Добавляем в скрипт отклонение руля высоты на 40 процентов за 0.4 секунды до начала отклонения элеронов и возвращаем его в нейтральное положение. За 0.2 секунды до окончания вращения берем штурвал полностью на себя, чтобы устранить опускание носа самолета:
Содержание скрипта.
Смотрим, что получилось:
Вот она - вполне приличная, быстрая бочка. Если бы мы вернули руль высоты в нейтральное положение немного позже, аппарат набрал бы небольшую высоту и после отклонения элеронов пошел бы в разворот. Комбинация «штурвал на себя» и «отклонение элеронов» приводит к тому, что подъемная сила крыла при наклоне аппарата начинает действовать по нормали к текущей траектории аппарата и искривляет её тем сильнее, чем более отклонен руль высоты. Можете попробовать сами и убедиться в этом.
Предыдущая бочка была выполнена без снижения, угол тангажа на выходе из бочки не сильно отличался от исходного. Однако, высота в процессе выполнения изменялась на 12 метров. Попробуем более активно применить органы управления, чтобы минимизировать заброс по высоте в процессе выполнения фигуры. Чтобы не вертеть органами управления самолетом абы как, заглянем в Википедию и посмотрим, как нам рекомендуют делать бочку. Основная мысль выполнения идеальной бочки состоит в том, что нужно сохранить продольную ось самолета в горизонтальной плоскости. Для этого попеременно используются руль высоты и руль направления. В начале бочки, как обычно, мы используем руль высоты, чтобы набрать вертикальную скорость. Отклоняем элероны – начинаем вращение. Когда самолет поворачивается вокруг продольной оси руль высоты и руль направления меняются местами. По достижению величины угла крена около 90 градусов отклонение руля направления приведет к поднятию или опусканию носа самолета в вертикальной плоскости. В связи с этим, отклоняем руль направления так, чтобы предотвратить опускание носа. Далее, когда угол крена достигает 180 градусов, нужно отклонить руль направления от себя чтобы в перевернутом полете удержать нос самолета в горизонтальной плоскости. При дальнейшем повороте повторяем отклонения руля направления с противоположным знаком при угле крена вблизи – 90 градусов и завершаем бочку небольшим отклонением руля высоты «на себя». Все эти этапы выражены в скрипте, приведенном ниже:
Содержание скрипта.
Запускаем и смотрим, что получилось:
По крену аппарат повернулся на 180 градусов, при этом общий размах изменения высоты составил около 2.5 м - это в пять раз меньше, чем в предыдущем случае. Можно сказать, у нас получилась почти идеальная бочка.
Вместо заключения
Итак, мы рассмотрели некоторые принципы выполнения фигуры высшего пилотажа бочка и убедились, что, действуя разумно, мы можем на симуляторе выполнить неплохую по качеству бочку. Хорошо бы перейти к практике, и вот с помощью чего мы предполагаем это сделать - авиамодель + stm32f103 + mpu9250. Все эти элементы легко доступны и дешевы, так что любой желающий сможет попробовать сделать это сам. Результаты проб, ошибок и инструкция для повторения - тема следующих публикаций.Теги:
- пилотаж
- динамика полета
- БПЛА
Различные бочки и их составные части (четверть бочки, полубочки и три четверти бочки) являются, пожалуй, наиболее распространенными и часто встречающимися фигурами любого пилотажного комплекса. Опыт проведения различных соревнований, как в нашей стране, так и за рубежом, показывает, что спортсмены-летчики часто выполняют в комплексах фиксированные бочки и их части на различных углах и линиях. В большинстве случаев эти фигуры используются как эффективное начало комплекса или в качестве связок между фигурами для набора необходимой снорости. На III и IV чемпионатах мира по высшему пилотажу большинство участников советской команды начинали произвольные комплексы с управляемой вертикальной вверх бочки, фиксированной через 90°. Часто фиксированные бочки и их части включаются в обязательные и «темные» комплексы. Например, на первенстве России по самолетному спорту в 2011 году спортсмены в «темном» комплексе выполняли со спины вертикально вверх *U бочки с фиксацией через 90 градусов.
В обязательных комплексах программы зональных, всероссийских и всесоюзных соревнований 1967 года также имеются две фиксированные фигуры: бочка, управляемая, горизонтальная, фиксированная через 90° и полубочка вниз с углом 45°, фиксированная через 90°, начало из нормального полета, выход в перевернутый полет. Что же необходимо знать спортсмену-летчику -участнику Спартакиады при отработке фиксации? Прежде всего то, что выполнять фиксированные бочки и три четверти бочки вертикально вниз запрещается, так как при этом происходит значительная потеря высоты (700 - 900 м), увеличение скорости сверх максимальной, вызывающей большие нагрузки на элероны, что, в свою очередь, может привести к их деформации и разрушению. Выполнение этих фигур вертикально вниз рекомендуется лишь после приобретения необходимых навыков фиксации. Кроме того, надо помнить, что самым важным во время выполнения фиксированных фигур является точное соблюдение угла поворота самолета вокруг продольной оси и четкость фиксаций.
Начать отработку фиксации следует через 45° в горизонтальном полете. Набрав в зоне пилотажа необходимую высоту (1000-1200 м), надо установить самолет в режим горизонтального полета. Обороты двигателя при этом должны быть 2050 в минуту, скорость по прибору 210-220 им/час. Впереди по курсу намечается характерный ориентир. Ручкой управления создается угол кабрирования самолета 10 - 15°. Следует зафиксировать это положение; педали нейтрально. Затем энергичным (но не резким) движением ручки строго в сторону необходимо создать крен 45°, зафиксировать это положение на счет «раз» небольшим, но также энергичным движением ручки в противоположную сторону. Затем энергично и четко убирается крен. Первоначальный контроль ведется по АГИ-1. При крене надо запомнить положение самолета относительно горизонта.
Рис. 1. Условная схема действий рулями управления при выполнении первой фиксации через 45°: а - моменты движения ручки управления; б - положение педалей (вид сверху).
Самолет стремится развернуться в сторону крена, поэтому одновременно с движением ручки дается обратная педаль с таким расчетом, чтобы нос самолета не смещался от выбранного ориентира. Выполнив в одном направлении 3-4 покачивания в различные стороны, спортсмен развертывает самолет на 180° (чтобы не было большого уклонения от центра зоны) и выполняет такие же покачивания в новом направлении. Очень важно отработать и запомнить движение ручки. Оно разбивается на этапы (рис. 1): жение ручки из нейтрального положения строго в сторону (создание крена 45°); второй - небольшое, но энергичное движение ручки в обратную сторону (остановка вращения и фиксация нрена 45°); третий - два-три незначительных и очень энергичных движения ручки в одну и другую стороны. Самолет как бы чуть-чуть вздрагивает и это создает зрительный эффект четкой фиксации.
На отработку покачиваний (крен 45° влево - крен убран - крен 45° вправо - крен убран) необходимо совершить 2-3 полета в зону и лишь после того, как будут освоены энергичный поворот самолета на 45°, четкая остановка его в этом положении и точный вывод из крена, следует переходить к выполнению четверти бочки с фиксацией через 45°. Для этого необходимо на скорости 220 - 230 км/час создать угол кабрирования 15 - 20°, выполнить первую фиксацию на счет «раз», а затем таким же движением ручни - вторую фиксацию. В общей сложности самолет повернется на 90° и окажется в положении «на ноже». На рис. 2 видно, что движение ручки остается таким же с той лишь разницей, что она идет в сторону немного больше, чем при первой фиксации, обратная педаль - вперед на величину, обеспечивающую удержание носа самолета на горизонте. Не следует забывать, что при полете самолета «на ноже» функции рулей поворота и высоты меняются.
При выполнении второй фиксации влево, если ручка управления дана не строго в сторону из нейтрального положения, а по диагонали, нос самолета будет перемещаться по горизонту за ручкой. Это приведет к ошибке в выполнении фигуры.
Сделав несколько полетов в зону на фиксации в одну и другую стороны и получив необходимые навыки ведения ориентировки и действия рулями управления, необходимо произвести контрольный полет над точкой. Если, по мнению наблюдающего с земли, фиксации выполняются энергично и четко, можно приступать к отработке целой бочки. На скорости по прибору 260 - 270 км/час создается угол кабрирования 15 - 20° и выполняются восемь фиксаций.
Движение педалей при выполнении горизонтальной левой бочки, фиксированной через 45°, так же, как и ручки, прерывистое и энергичное. Цифры на схеме (рис. 3) соответствуют порядку (или очередности) фиксаций: первая фиксация - крен 45°, правая педаль вперед; вторая - крен 90°, правая педаль еще вперед; третья - правая педаль назад в положение первой фиксации; четвертая - самолет на спине, педали нейтрально; пятая - левая педаль вперед; шестая - левая педаль еще вперед; седьмая - левая педаль в положении пятой фиксации; восьмая - педали нейтрально.
При выполнении четвертой фиксации ручку управления давать не строго в сторону, а по диагонали «от себя». Это необходимо для того, чтобы самолет не опустил капот ниже горизонта. Подобное положение относится и к выполнению последней (восьмой) фиксации, только в данном случае ручку давать по диагонали «на себя».
Рис. 2. Условная схема действий рулями управления при выполнении левой четверти бочки, фиксированной через 45°. Цифрами 4, 5 и 6 показано движение ручки при выполнении второй фиксации.
Горизонтальная бочка, фиксированная через 90°, выполняется на такой же снорости, что и предыдущая фигура. Но теперь движение рулей управления будет более размашистым. Это вполне естественно. Ведь чтобы быстро повернуть самолет на угол 90% надо больше отклонить ручку управления в сторону. Педаль при выполнении первой фиксации, минуя положение 1-3, перемещается в положение 2 (рис. 3). Закончив отработку горизонтальных фигур, можно переходить к отработке фигур на угле набора 45°. Начальная скорость по прибору при этом равняется 310 - 350 км/час. В конце выполнения фигур следует непременно проследить за сохранением заданного угла набора. Винт облегчается полностью.
Бочка, фиксированная через 90°, вертикально вверх выполняется на снорости 350 - 360 км/час. Обязательно выбираются характерные площадные ориентиры. Фиксация только одной ручкой. Действие педалями не требуется, необходим лишь небольшой нажим в ту или другую сторону для балансировки самолета на вер-тинали. В конце выполнения бочки винт полностью облегчен. Так как скорость самолета на вертикали быстро падает, нельзя запаздывать с вводом в бочку. В начале тренировки трудности возникают в пространственной ориентировке с точным поворотом вокруг продольной оси на 90°, 180° и 270°. Поэтому очень важно соблюдать последовательность в отработке четвертей бочек, полубочек и т. д.
Выполняя четверть бочки, перед выходом на вертикаль спортсмен намечает ориентиры впереди по курсу и под углом 90° справа при левой бочне и под углом 90° слева при правой бочке. Контроль за ориентирами осуществляется вместе с контролем за вертикалью и ходом вращения. Точная остановка самолета на каждой фиксации придает фигуре четкость и изящество. После завершения фигуры можно выполнить поворот на горке или зафиксировать горизонтальную площадку. Для этого на скорости 110 км/час ручна энергично и почти полностью отдается от себя, а как только положение капота станет соответствовать горизонтальному полету, энергично берется на себя.
Выполнение бочек, фиксированных через 90°, на угле 45° вниз следует начинать на скорости 130-140 км/час. Газ убран полностью. Шаг винта в положении, соответствующем Н - 2050 об/мин. Спортсмен обязан следить за тем, чтобы скорость не превышала максимальную величину. Основной ошибкой при выполнении данной фигуры является увеличение угла снижения при положении самолета «на спине», а также рост скорости и перегрузок. Если спортсмен испытывает значительные перегрузки или неожиданно почувствовал неуверенность в положении «на спине», необходимо плавно дать ручку «от себя» (газ убран полностью), вывести самолет в режим горизонтального полета и, плавно выполнив полубочку, перевести его в нормальный полет.
Вертикально вниз рекомендуется выполнять лишь четверть бочки и полубочки с фиксацией через 45 и 90°. Начинать фигуры следует на скорости 120- 110 км час. Газ убран. Винт на малом шаге. Самолет надо переводить на вертикаль энергично, затем быстро начинать вращение. Фиксация осуществляется только ручкой. Педали нейтрально. Основная ошибка - уменьшение угла пикирования. Необходимо следить за скоростью. Выход в горизонтальный полет производить плавно. Методика выполнения фиксированных бочек и их частей из перевернутого полета та же, что и для фигур, выполняемых из нормального полета.
Управляемая бочка - фигура пилотажа, при выполнении которой самолет поворачивается относительно продольной оси на 360° с сохранением общего направления полета (Рис. 2).
Управляемые бочки различают по скорости вращения на быстрые и замедленные. Бочки, выполняемые на больших скоростях и околокритических углах атаки, называют штопорными бочками.
Бочки по положению оси вращения относительно горизонта подразделяют на горизонтальные, восходящие, нисходящие; по количеству вращении - одинарные, полуторные, двойные, тройные , многократные. При вращении управляемой бочки возможна фиксация в любом положении (через 45°, 90°, 180°, 120°). Управляемая бочка выполняется за счет отклонения элеронов, при помощи которых летчик имеет возможность регулировать угловое вращение. Отклоняя элероны, летчик создает разность подъемных сил полукрыльев. Создается момент Мх, который начинает вращать самолет относительно оси Х (Рис. 3).
Основное условие прямолинейности выполнения бочки является равенство подъемной силы самолета и его веса (yb=g). Подъемная сила yb самолета является суммой проекций подъемной силы Y1 и боковой силы Z, создаваемой фюзеляжем и вертикальным оперением на ось Y. Для того чтобы это условие сохранялось при повороте на 90° и 270°, необходимо отклонением соответствующей педали отклонить ось самолета от оси направления выполнения бочки на величину р.
При этом будет сохраняться равенство Z=G. В перевернутом положении необходимо отклонить ручку управления от себя, тем самым сохранять равенство yb=g. При разворотах на 45° относительно оси выполнения бочки необходимо отклонить ручку управления и педаль в соответствующую сторону, сохраняя равенство
Перегрузка при выполнении управляемой бочки имеет небольшую величину, она знакопеременна.
Рис. 2
Рис. 3 Схема сил, действующих на самолет при выполнении управляемой горизонтальной бочки
Рис. 4
Штопорная бочка представляет собой энергичное вращение самолета на большой скорости и околокритических углах атаки. При этом создается лобовое сопротивление значительной величины, что приводит к значительной потере кинетической энергии движения (скорость резко падает). Вследствие этого после многократного вращения самолет переходит из штопорной бочки в штопор. Поэтому скорость ввода в штопорную бочку выбирается из условия безопасного вывода из нее.
Энерговооруженность и аэродинамическая компоновка самолета Як-55 позволяют выполнять в горизонте многократные вращения с малой потерей скорости. Для сохранения скорости после ввода необходимо ручку управления несколько отдать на себя, тем самым уменьшить углы атаки полукрыльев и, как следствие, лобовое сопротивление. Схема расположения сил при выполнении бочки показана на Рис. 4.
Траектория штопорной бочки представляет собой винтовую линию, которая отклоняется от оси бочки на расстояние, зависящее от количественного движения ручки управления на себя и от скорости выполнения, а также от количества вращений.
При выполнении штопорных бочек предъявляются следующие требования: прямолинейность и равномерность вращения. Для того чтобы самолет начал выполнять штопорное вращение, необходимо вывести его на большие углы атаки отклонением ручки управления на себя, затем создать скольжение отклонением соответствующей педали и отклонить элероны в сторону заданного вращения.
В результате этих действий рулями управления создается скольжение, самолет выходит на большие углы атаки, происходит резкое увеличение подъемной силы на внешнем полукрыле и ее резкое уменьшение на внутреннем полукрыле. Создается момент сил относительно оси X:
где Мхб - момент, вращающий самолет относительно оси X;
Мх ЭЛ- момент от элеронов;
МхСК - момент от скольжения;
Mxz - момент, создаваемый проекцией подъемной силы на ось X.
Реющие над аэродромом ласточки самолюбиво проделывали фигуры высшего пилотажа…
Посетители авиационных праздников всегда с замиранием следят за виражами, петлями, разворотами, выполняемыми высшего . Российские спортсмены – пилотажники занимают призовые места на международных соревнованиях. Это не удивительно, поскольку родоначальником пилотажного искусства считается российский пилот Петр Нестеров. Многие фигуры высшего пилотажа названы в честь их исполнителей-авиаторов. Итак, представляем сложнейшие из них:
1
Название «мертвая петля» эта фигура высшего пилотажа получила потому что долгое время существовала в чертежах, то есть «на бумаге». Первым продемонстрировал ее мастер пилотажа Петр Нестеров 09 сентября 1913 года над Сырецким полем в Киеве. Кстати, к 100 –летию со дня рождения «петли Нестерова» Национальный банк Украины выпустил юбилейную монету номиналом в 5 гривен.
2
Впервые была продемонстрирована Евгением Фроловым. Выполнил он эту фигуру высшего пилотажа на самолете Су-37 в 1995 году. Напоминает разворот повисшего в воздухе самолета на 3600 вокруг своей оси.
3
В 1987 году пилот самолета Су-27 Игорь Волк впервые изобразил эту фигуру высшего пилотажа, напоминающую положение змеи в агрессивном состоянии.
4
Сложная и довольно опасная фигура высшего пилотажа. Впервые была выполнена Анатолием Квочуром в 1988 году.
«Бочка» — фигура пилотажа, при которой самолет совершает поворот относительно продольной оси на 3600, не меняя при этом общего направления полета.
6
Более сложная вариация предыдущей пилотажной фигуры. Представляет собой фиксацию самолета в любом положении в момент выполнения бочки.
7
Противоположная пикетированию фигура. Выполняется в разных вариантах: по прямой траектории, по винтовой линии – спиральная горка. Спирали, в свою очередь, могут быть восходящими и нисходящими.
8
Представляет энергичное вращение самолета по резкой спирали. Впервые такую фигуру случайно продемонстрировал Уилфред Парк на биплане Avro- G в 1912 году.
9
При выполнении этой фигуры пилот, увеличивая скорость, разворачивает самолет в горизонтальной плоскости на 3600.
10
Полет в горизонтальной плоскости (угол полета близок к 900). При этом направление полета остается неизменным.
Это интересно! 19 июня 2013 года летчик-испытатель А. Павлов поднял в небо самолет Су-27, который в воздухе продемонстрировал комплекс фигур высшего пилотажа в автоматическом режиме.