Взлет планера с лебедки.

За последние 20 лет резко возрос интерес к старту планеров с лебедки. Причина проста. Старт с лебедки в десятки раз дешевле буксировки самолетом и в 3-5 раз производительней. Наши планеристы уже много лет не используют лебедки по причине их отсутствия. Выросло даже несколько поколений планеристов, которые слабо представляют, как выглядит лебедка. Бывая за рубежом, наши соотечественники часто наблюдают, как планеры выстраиваются в очередь на старт с лебедки, в то время как, самолеты буксировщики стоят на приколе.

Настоящая статья призвана восполнить 30-ти летнее отсутствие всякой информации в России о теории и практике взлета планера с лебедки. Физика взлета планера при помощи самолета буксировщика в основном схожа с принципом движения кобылы и телеги, и не требует специальных комментариев. Взлет с лебедки напротив, процесс весьма сложный с теоретической точки зрения. Он происходит быстро (20-25 секунд) и при постоянном изменении параметров. Для безопасного и максимально эффективного взлета абсолютно необходимо ясно представлять сущность происходящих процессов при взлете, как пилоту планера, так и оператору лебедки. Поэтому оператором лебедки может стать только летающий планерист.

Прежде чем написать эту статью, мной было изучено большое количество как отечественных, так и зарубежных публикаций по этой тематике. Большинство из них грешат однобокостью и заклинаниями различного характера. Почти в каждой вспыхивает полемика по поводу: « на сколько сантиметров, в какую сторону и через какое время после боя курантов нужно передвинуть ручку.»

Наиболее полно, последовательно и теоретически обосновано, описан взлет планера с лебедки в книге наших замечательных планеристов В.Макарова и В.Симонова «Механизированный взлет планера.» Москва ДОСААФ 1956 год.

На нашем сайте вы найдете выдержки из этой книги. Однако с момента выхода в свет этого издания прошло без малого пол века. Я попытаюсь, основываясь на этой книге, сообразуясь с реалиями наших дней выстроить картину взлета планера с лебедки кратко и убедительно.

МЕТОДИКА ВЗЛЁТА С ЛЕБЁДКИ

Прежде всего взлет с лебедки выполняют 2 человека. Это – оператор лебедки и планерист. Перед стартом пилот связывается по радио с оператором лебедки и сообщает ему о типе планера, его загрузке (1 или 2 пилота), наличие или отсутствие водяного балласта, а также о направлении и силе ветра. Оператор лебедки на основании этой информации планирует, с какими параметрами (скорость выборки троса по этапам взлета, предполагаемую загрузку двигателя) он будет производить старт.

1 Лебёдка

Рассмотрим, что из себя представляет лебедка.

Лебедка состоит из силового агрегата, в нашем случае это 8-ми цилиндровый дизель «ТАТРА» мощностью 134 л/с, гидромуфты и сматывающего барабана, снабженного датчиком скорости сматывания троса.

Двигатель «Татра» - это низкооборотный тяговый дизель, который обладает высоким крутящим моментом во всем диапазоне рабочих оборотов от малого газа до максимала. Он передает крутящий момент на сматывающий барабан через специальный агрегат, который называется гидромуфта. Гидромуфта – это дискообразный металлический сосуд диаметром около 50 см. заполненный жидким маслом. Внутри него установлены 2 крыльчатки особой формы, они расположены лицом друг к другу с небольшим зазором. Одна крыльчатка, ведущая, соединена с валом двигателя, другая, ведомая с приводраом барабана.

При малых оборотах ведущей крыльчатки крутящий момент на ведомой очень мал, однако с увеличением оборотов, масло в гидромуфте начинает вращаться и увлекает за собой ведомую крыльчатку, передаваемый момент начинает возрастать и достигает максимума на оборотах близких к максимальным.

Рис. 1

При этом обороты ведущей крыльчатки всегда больше оборотов ведомой.

Гидромуфта обеспечивает плавный разгон планера до требуемой скорости.

Однако следует понять, что скорость буксировки будет постоянной при постоянных оборотах двигателя и постоянной нагрузке на трос. При возрастании нагрузки на трос, при постоянных оборотах двигателя, скорость буксировки будет падать, а при уменьшении нагрузки расти. Например, при переходе планера в набор высоты нагрузка на трос увеличивается в несколько раз и скорость выбирания троса падает, для поддержания скорости оператор увеличивает газ до получения, требуемого крутящего момента на уменьшенной скорости буксировки троса.

Датчик скорости сматывания троса необходимый элемент, поскольку снимает скорость непосредственно с троса. Измерять скорость путем замера скорости вращения барабана неправильно из-за того, что при наматывании троса на барабан диаметр его увеличивается более чем в 2 раза.

2.Траектория взлета. Треугольник скоростей.

Траектория которую описывает планер при взлете с лебедки наматывающей трос на барабан – называется участком логарифмической спирали. Это запутывающееся в языке название отражает движение точки по спирали с постоянным и равномерным уменьшением радиуса (уменьшается длина троса). Крутизна этой траектории зависит от соотношения угла троса планера (пси) (угла между траекторией и радиусом), и скорости буксировки (скорости уменьшения радиуса),

рис.2

Из рисунков видно, что величина набираемой высоты тем больше, чем больше угол (пси) и чем меньше V- скорость сматывания троса. Если предположить, что скорость встречного ветра равна потребной скорости сматывания троса, то трос можно вообще не сматывать и планер, подобно воздушному змею взлетит по траектории окружности и достигнет максимально возможной высоты для данной длины троса.

При взлете планера с лебедки скорость движения планера равна скорости сматывания троса только на прямолинейном участке движения на разбеге и после отрыва до момента перевода в набор высоты. После перехода планера в набор высоты трос начинает действовать под углом к траектории и скорость движения планера по отношению к скорости сматывания троса возрастает.

Рис.3

Из таблицы видно, что, например в наборе высоты при угле троса 40˚ и скорости в кабине по прибору 110 км/час, скорость буксировки троса составит 110/1,31=84 км/час.

Основной методикой выполнения взлета с лебедки является создание после отрыва и разгона угла набора 45-55˚(в первоначальный момент угол набора Θ и угол троса Ψ совпадают) и выдерживание постоянным угла троса Ψ, при этом из-за подъема планера и сматывания троса угол Θ постепенно уменьшается до нулевого значения, в котором происходит отцепка планера.

Рис.4

При этом очевидно, что при достижении угла подъема троса φ (фи) значения угла троса планера Ψ, планер будет двигаться горизонтально, а при превышении значения угла φ (подъема троса) значения угла Ψ планер начнет снижаться. Поэтому оптимальным значением угла φ для отцепки является значение угла Ψ , выдерживаемого в процессе набора.

3. Схемы сил по этапам взлета.

Рис.5

1.РАЗБЕГ

Рис.6.1

2.ОТРЫВ И РАЗГОН СКОРОСТИ С НАБОРОМ ВЫСОТЫ 15-20 М

Рис 6.2

При разбеге, отрыве и разгоне скорости из-за малого угла Θ можно считать, что равна -скорости буксировки троса.

3.ПЕРЕХОД ПЛАНЕРА В НАБОР ВЫСОТЫ

Процесс перевода в набор высоты является переходным режимом. Перевод в набор высоты следует начинать при достижении планером высоты 15-20 м и значении скорости не менее . Темп перевода в набор высоты не должен превышать в секунду, т.е. угол набора должен быть достигнут не ранее, чем через 3 секунды. Это объясняется тем, что в момент перевода в набор высоты планер разгоняется для того, чтобы создать своим крылом большую подъемную силу, необходимую для набора высоты.

Исходя из того, что перевод в набор высоты начался с , соответствующей , получать дополгительную подъемную силу, увеличением опасно из-за возможности выхода на второй режим полета. Получить требуемую подъемную силу можно увеличением скорости. Известно, что на постоянном увеличение подъемной силы пропорционально квадрату прироста скорости. Для угла нам необходимо увеличить Y в 1,6 раза, при этом скорость нужно увеличить на 21 км/час, 75+21=96 км/час.

Нам известно, что скорость по траектории при угле в 1,4 раза больше скорости сматывания троса.

Расчитываем скорость буксировки =68 км/час. Следовательно, в процессе перехода в набор высоты, планер разгоняется на 28 км/час, скорость буксировки немного снижается, одновременно в 1,5 раза увеличивается потребная сила тяги троса. Для того, чтобы этот процесс прошел нормально и нужны эти самые три секунды. За это время оператор должен управлять лебедкой для достижения требуемой скорости буксировки и силы тяги троса.

Резкий перевод в набор высоты недопустим, поскольку может произойти выход планера на закритические углы атаки и срыв, сопровождающийся вращением и столкновением с землей. Или может произойти обрыв троса и аварийная посадка. Именно из-за этого, перевод в набор высоты следует начинать на высоте 15-20 метров. Эта высота нужна для безовасной посадки в случае обрыва троса.

4.НАБОР ВЫСОТЫ

Рис.7

+ Y = + - условие постоянства на локальном участке траектории.

В процессе набора высоты пилот, сохраняя заданный угол троса планера, уменьшает угол наклона траектории, при этом потребная тяга троса снижается из-за уменьшения составляющей силы веса G .