В полете самолет и его экипаж подвергаются перегрузкам, различным по величине, продолжительности и направлению. В горизонтальном установившемся полете подъемная сила У уравновешена весом самолета G, а сопротивление воздуха Q — тягой двигателя F. Перегрузка равна единице и направлена сверху вниз (фиг. 1).

Фиг. 1. Силы, действующие на самолет в установившемся горизонтальном полете. У—подъемная сила, С—вес самолета. F—тяга двигателя, Q—сопротивление воздуха

Криволинейный полет самолет совершает при выполнении почти всех маневров. Полет по кривой может возникнуть также помимо желания летчика в случае полета в неспокойном воздухе с горизонтальными и вертикальными порывами. В действительности ни один самолет не летает с такой перегрузкой, так как ни самолет, ни летчик, сидящий в самолете, не в состоянии ее перенести. Самолет рассчитывается на разрушающую нагрузку, т. е. если в полете силы, действующие на самолет, достигнут такой же величины, как и принятые в расчете, то самолет разрушится. Но, еще не начиная разрушаться, самолет начнет деформироваться, в силу чего нарушится его регулировка и он станет непригодным к дальнейшим полетам. Следовательно, допустимые в полете нагрузки должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы самолет не мог получить остаточных деформаций. Это достигается путем введения коэффициента безопасности, представляющего собой отношение расчетной нагрузки к эксплуатационной. Обычно его берут равным 1,5—2. Основное назначение коэффициента безопасности — обеспечить выбор такой расчетной нагрузки, чтобы в эксплуатации в силовых элементах конструкции не появились остаточные деформации. Чем больше коэффициент безопасности, тем надежнее конструкция, но не вызванное необходимостью увеличение этого коэффициента приведет к перетяжелению конструкции, а следовательно, к снижению летных качеств самолета. Рассмотрим некоторые пилотажные фигуры и возникающие при их выполнении ускорения и перегрузки.



Пикирование — сложная фигура, элементами которой являются:
— ввод самолета в пикирование;
— пикирование (иногда отвесное под углом 90° к горизонту);
— вывод самолета из пикирования.
Все три участка полета характеризуются различными перегрузками, причем направление действия этих перегрузок также различно (фиг. 2). При вводе самолета в пикирование подъемная сила крыла меньше веса самолета и, следовательно, перегрузка меньше единицы и даже может стать отрицательной. В этом случае летчик удерживается на сиденьи привязными ремнями. На режиме отвесного пикирования перегрузка в направлении «голова—таз» равна 0. При выводе самолета из пикирования возникают значительные перегрузки. Перегрузка направлена по радиусу кривизны траектории и действует в направлении «голова—таз». Самым эффективным мероприятием, уменьшающим перегрузку при выходе из пикирования, будет уменьшение скорости полета и увеличение радиуса кривой. Однако на практике возможны положения, при которых недостаточная высота полета диктует необходимость вы хода из пикирования с таким небольшим радиусом, при котором действующая на летчика перегрузка достигает предельно допустимой величины. Для существующих маневренных самолетов величина допустимой перегрузки при выходе из пикирования обычно не должна превышать 8 единиц.






Рассмотрим теперь один из наиболее типичных случаев криволинейного полета — вираж самолета. Правильным виражем называется криволинейный полет самолета, совершаемый в горизонтальной плоскости, с постоянной скоростью и отсутствием скольжения. Траекторией такого полета будет окружность. Для современных самолетов предельное значение угла крена установившегося виража составляет 70—75°. При этом наибольшее значение коэффициента эксплуатационной перегрузки достигает 3—5. Какие силы действуют на тело летчика при выполнении виража? (Фиг. 3). Прежде всего сила тяжести G, которая всегда направлена по вертикали (т. е. к центру земли) независимо от положения тела, затем центробежная сила Nцб. При правильно выполненном вираже равнодействующая этих двух сил Np всегда будет направлена по вертикальной оси самолета.

Фиг. 3. Перегрузка при вираже

Петля Нестерова

Посмотрим теперь, какие перегрузки возникают при совершении еще одной фигуры — петли, которая, как известно, впервые в мире была выполнена русским летчиком П. Н. Нестеровым в 1913 г. Теоретически возможность выполнения петли была доказана Н. Е. Жуковским еще в 1891—1892 гг. в статье «О парении птиц». С точки зрения пилотирования фигура эта достаточно проста и для выполнения ее требуется определенный запас скорости (фиг. 4).

фиг. 4. Перегрузки при петле Нестерова

В начале петли перегрузка возрастает до максимальной величины, затем постепенно падает (вследствие уменьшения скорости) и доходит до минимума в верхней части петли. Затем, по мере роста скорости, перегрузка вновь возрастает и доходит до второго максимума перед самым окончанием петли. Перегрузка при петле с предварительным разгоном бывает больше 5. Петля без разгона совершается под действием избытка тяги, следовательно, с меньшей скоростью. Мы рассмотрели три фигуры: пикирование, вираж и петлю Нестерова. Существуют и другие фигуры, при выполнении которых возникают значительные перегрузки. На фиг. 5 показан пилотажный комплекс, состоящий из различных фигур. Такой комплекс выполняется квалифицированными летчиками-спортсменами.

Фиг. 5. Пилотажный комплекс. 1—двойная бочка, 2—правый переворот на горке, 3—вертикальная восьмерка, 4—левый боевой разворот с бочкой, 5—петля Нестерова с штопорной бочкой, 6—колокол с падением на нос, 7—восходящая левая бочка с правым поворотом на горке, в—нисходящая правая бочка, 9—левая полупетля Нестерова

Маневр самолета для получения специальной фигуры «параболы невесомости» выполняется следующим образом. Из установившегося горизонтального полета летчик переводит самолет на подъем. При достижении самолетом заданного угла подъема (тангажа) ф дачей руля высоты «от себя» летчик уменьшает перегрузку до нуля (фиг. 6). В таком положении самолет будет двигаться как брошенное в пустоте тело по траектории, приближающейся к баллистической кривой, находясь в состоянии невесомости.

Фиг. 6. Схема полета самолета в состоянии невесомости. а—вход в режим невесомости, б—выход из режима невесомости

Чем больше скорость полета самолета, тем в течение более длительного времени может наблюдаться состояние невесомости. Обычно оно не превышает 40— 50 сек. Полет в неспокойном воздухе. При полете в неспокойном воздухе на самолет действуют горизонтальные и вертикальные воздушные порывы, которые искривляют траекторию полета и создают значительные продольные колебания. Воздушные токи и порывы воздуха возникают главным образом вследствие неравномерного нагрева поверхности земли и влияния рельефа местности. Особенно сильные токи бывают вблизи грозовых туч. С точки зрения создания перегрузки опасными являются вертикальные потоки (фиг. 7). Скорость вертикального потока практически равна 10—12 м/сек, но иногда достигает 35 м/сек и выше. Численное значение коэффициента перегрузки при полете в неспокойном воздухе может доходить до 6. В зависимости от направления потока перегрузка действует в направлении «голова—таз» или «таз—голова».

Фиг. 7. Полет в неспокойном воздухе. Вертикальный поток подбросил самолет вверх. Направление перегрузки «голова-таз».