Блогер собрал бумажный самолётик, который действительно летает. Мы попробовали и сломали законы физики (тоже)

Почему поднимается дирижабль

Мы знаем, что аэростаты и дирижабли поднимает в воздух сила Архимеда

. Закон Архимеда для газов гласит: «
На тело, погружённое в газ, действует выталкивающая сила, равная силе тяжести вытесненного этим телом газа»
. Эта сила противоположна по направлению силе тяжести. То есть, сила Архимеда направлена вверх.

Если сила тяжести равна силе Архимеда, то тело находится в равновесии. Если же сила Архимеда больше силы тяжести, то тело поднимается в воздухе. Так как баллоны аэростатов и дирижаблей заполняют газом, который легче воздуха, то сила Архимеда выталкивает их вверх. Таким образом, сила Архимеда является подъёмной силой для летательных аппаратов легче воздуха.

Но сила тяжести самолёта значительно превышает силу Архимеда. Следовательно, поднять самолёт в воздух она не может. Так почему же он всё-таки взлетает?

Как управляют воздушным шаром

Главный орган управления тепловым аэростатом — это газовая горелка, расположенная под оболочкой и направленная вверх. В ней горит смесь пропана и бутана, которую берут на борт в баллонах, похожих на те, что стоят у многих дачников на кухне. При помощи огня нагревается воздух в оболочке; температура растет, шар поднимается. В зависимости от объема оболочки (2-5 тыс. куб. метров воздуха), полезной загрузки и температуры окружающего воздуха температура внутри составляет 50-130 градусов Цельсия. Воздух в оболочке постоянно остывает и шар начинает снижаться, поэтому нужно периодически «поддавать жару» для сохранения постоянной высоты. В общем, все просто: больше огня — поднимаемся, меньше огня — сохраняем высоту, мало-мало-мало-мало-мало огня — снижаемся.

Впрочем, чтобы снизиться, можно не ждать, пока воздух остынет: в верхней части оболочки имеется клапан, открываемый и закрываемый веревками. Если его открыть, часть теплого воздуха выйдет наружу и шар полетит вниз.

С собой берут как минимум два баллона газа (один основной, другой запасной) —этого хватает примерно на один час полета, вариометр для измерения вертикальной скорости и рацию для связи с пилотами других шаров и автомобилей сопровождения (о них чуть ниже). И, самое главное, никаких мешком с песком нет. Они используются в качестве балласта на газовых шарах (с гелием и другими подобными газами внутри), а тепловому аэростату не нужны.

Верхний клапан открыт, шар сдувается. Обратите внимание на номер. В Турции шары имеют регистрацию вида TC-Bxx, например, ТС-BUM. В России они регистрируются в реестре авиации общего назначения и имеют номера RA-xxxxG. Каждый шар имеет сертификат летной годности, все как положено.

Подъёмная сила крыла самолёта

Возникновение подъёмной силы часто объясняют разностью статических давлений воздушных потоков на верхней и нижней поверхности крыла самолёта.

Рассмотрим упрощённый вариант появления подъёмной силы крыла, которое располагается параллельно потоку воздуха. Конструкция крыла такова, что верхняя часть его профиля имеет выпуклую форму. Воздушный поток, обтекающий крыло, разделяется на два: верхний и нижний. Скорость нижнего потока остаётся практически неизменной. А вот скорость верхнего возрастает за счёт того, что он должен преодолеть больший путь за то же время. По закону Бернулли, чем выше скорость потока, тем ниже давление в нём. Следовательно, давление над крылом становится ниже. Из-за разницы этих давлений возникает подъёмная сила

, которая толкает крыло вверх, а вместе с ним поднимается и самолёт. И чем больше эта разница, тем больше и подъёмная сила.

Но в этом случае невозможно объяснить, почему подъёмная сила появляется, когда профиль крыла имеет вогнуто-выпуклую или двояковыпуклую симметричную форму. Ведь здесь воздушные потоки проходят одинаковое расстояние, и разницы давлений нет.

На практике профиль крыла самолёта располагается под углом к воздушному потоку. Этот угол называется углом атаки

. А поток воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью такого крыла, скашивается и приобретает движение вниз. Согласно
закону сохранения импульса
на крыло будет действовать сила, направленная в противоположном направлении, то есть, вверх.

Но эта модель, описывающая возникновение подъёмной силы, не учитывает обтекание верхней поверхности профиля крыла. Поэтому в данном случае величина подъёмной силы занижается.

На самом деле всё намного сложнее. Подъёмная сила крыла самолёта не существует как самостоятельная величина. Это одна из аэродинамических сил.

Набегающий поток воздуха воздействует на крыло с силой, которая называется полной аэродинамической силой

. А подъёмная сила — это одна из составляющих этой силы. Вторая составляющая –
сила лобового сопротивления.
Вектор полной аэродинамической силы – это сумма векторов подъёмной силы и силы лобового сопротивления. Вектор подъёмной силы направлен перпендикулярно вектору скорости набегающего воздушного потока. А вектор силы лобового сопротивления – параллельно.

Полная аэродинамическая сила определяется как интеграл от давления вокруг контура профиля крыла:

где:

Y

– подъёмная сила

Р

– тяга

dΩ

– граница профиля

р

– величина давления вокруг контура профиля крыла

n

– нормаль к профилю

Паралет

Именно так называется парашют с мотором. По сути, паралет или же аэрошют – это логическое продолжение мотопараплана. Двигатель с пропеллером в данном случае крепится не на спину пилота, а на колесную тележку, изготовленную из специальных аэродинамических материалов. Такой подход позволяет обеспечить безопасность и удобство – и старт, и приземление производится на колеса, а не на ноги, исключая возможность травмирования пилота. Также на тележке могут сидеть двое пассажиров, а не один, что делает паралет идеальным для дружеских или романтических приключений. К тому же паралет более безопасен и при полетах – большая масса тележки и больший размах крыла не дают совершить опасных маневров. Да и управление им происходит куда более мягко, чем, например, на дельтаплане. При его пилотировании не требуется специальная подготовка, управление производится ногами, оставляя руки свободными для, например, фотографирования. Фото с парашюта с мотором обязательно привлекут много внимания.

Теорема Жуковского

Как образуется подъёмная сила крыла, впервые объяснил русский учёный Николай Егорович Жуковский, которого называют отцом русской авиации. В 1904 г. он сформулировал теорему о подъёмной силе тела, которое обтекается плоскопараалельным потоком идеальной жидкости или газа.

Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока, что позволило учесть скос потока и получить более точное значение подъёмной силы.

Подъемная сила крыла бесконечного размаха равна произведению плотности газа (жидкости), скорости газа (жидкости), циркуляции скорости потока и длины выделенного отрезка крыла. Направление действия подъемной силы получается поворотом вектора скорости набегающего потока на прямой угол против циркуляции.

где:

— подъёмная сила

— плотность среды

— скорость потока на бесконечности

— циркуляция скорости потока (вектор направлен перпендикулярно плоскости профиля, направление вектора зависит от направления циркуляции),

— длина отрезка крыла (перпендикулярно плоскости профиля).

Величина подъёмной силы зависит от многих факторов: угла атаки, плотности и скорости воздушного потока, геометрии крыла и др.

Теорема Жуковского положена в основу современной теории крыла.

Хранение и обслуживание аэрошюта

Аэрошют – весьма компактный аппарат. Места он занимает не больше, чем снегоход или же квадроцикл. Парашют-крыло в сложенном состоянии также весьма компактно, главное и обязательное условие – хранить его в сухом месте. В уходе паралет также неприхотлив. Из-за простоты его конструкции – все, что требуется, так это дозаправка топливом и маслом, а также замена свечей. Тот факт, что большинство аэрошютов взлетает с дистанции в двадцать-сорок метров, дает возможность подняться в воздух почти в любом месте за городом или на его окраине. Таким образом и транспортировать для полетов его далеко не придется.

Как летает самолёт

Самолёт может взлететь только в том случае, если подъёмная сила больше его веса. Скорость он развивает с помощью двигателей. С увеличением скорости увеличивается и подъёмная сила. И самолёт поднимается вверх.

Если подъёмная сила и вес самолёта равны, то он летит горизонтально. Двигатели самолёта создают тягу – силу, направление которой совпадает с направлением движения самолёта и противоположно направлению лобового сопротивления. Тяга толкает самолёт сквозь воздушную среду. При горизонтальном полёте с постоянной скоростью тяга и лобовое сопротивление уравновешены. Если увеличить тягу, самолёт начнёт ускоряться. Но и лобовое сопротивление увеличится тоже. И вскоре они снова уравновесятся. И самолёт будет лететь с постоянной, но большей скоростью.

Если скорость уменьшается, то становится меньше и подъёмная сила, и самолёт начинает снижаться.

• < Назад
• Вперёд >

Куда летит воздушный шар?

Управлять мы можем только вертикальной скоростью аэростата. Горизонтально же он летит туда, куда его несет ветер. Именно поэтому как полноценное транспортное средство воздушный шар непригоден: это все-таки прогулочное воздушное судно. Несмотря на это, полеты на шарах зарегулированы авиационными властями не меньше, чем на самолетах. Каждый шар имеет регистрацию в реестре воздушных судов и соответствующий номер на борту, а пилоты (их два) — лицензию. Полеты выполняются по правилам визуальных полетов, то есть, при хорошей видимости, обязательным условием является также отсутствие сильного ветра. Проблема еще и в том, что летать можно только рано утром на рассвете или, наоборот, на закате: днем восходящие воздушные потоки от нагретой солнцем земной поверхности делают полеты небезопасными (да и утром потоки вверх и вниз есть, просто не такие сильные). Так что можно запросто столкнуться с ситуацией, когда вы приехали, но никуда не полетели — планируйте на всякий случай сразу несколько дней!

У каждого аэростата есть свой автомобиль сопровождения: джип с прицепом-платформой размером с корзину. Джип — потому, что сядет шар, скорее всего, не на дорогу. Высший пилотаж — это посадка прямо на платформу; гораздо круче, чем сажать истребитель на авианосец.

Если шары сталкиваются друг с другом в воздухе, то… ничего не происходит, они просто отталкиваются друг от друга и летят дальше. Вообще же столкнуться шарам довольно сложно: ведь ветер несет их в одну и ту же сторону.

Как это сделано: Самолёт будущего ЮГ-1 из фильма «Призрак» Материал редакции

Первый утверждённый вариант пришлось изменить после того, как он «не вписался» в съёмочный материал. Было создано несколько концептов, прежде чем появилась та модель, которую зрители в результате увидели в фильме.

В итоговом варианте дизайнеры остановились на схеме заднего расположения двигателей: такая схема давала бы реальному самолёту возможность летать с более высокой скоростью, при этом не опасаясь засасывания посторонних предметов в сопло с поверхности взлётно-посадочной полосы, а также создаёт меньший «разнотяг» при отказе одного из двигателей. Кроме того, как заметили эксперты, в самолётах с таким расположением двигателей обычно менее шумно в пассажирской кабине.

По сюжету картины ЮГ-1 должен быть настоящим технологическим прорывом, поэтому создатели концепта попытались совместить в нём представления о футуристических транспортных средствах и вполне реальные характеристики современного летательного аппарата.

Согласно предполагаемым лётно-техническим характеристикам, ЮГ-1 требует крайне малой дистанции для разбега и может взлететь «практически из песочницы». При этом основная инновация самолёта — его кокпит (место пилота). Он практически полностью состоит из дисплеев с тачскринами, чего пока нет даже в самых современных реальных самолётах вроде Boeing 787 и Airbus A380. В действительности даже в «гласс-кокпитах» (когда вся основная информация выносится на дисплеи) пилоты оперируют тумблерами, кремальерами и кнопками.

Кокпит
Ещё одним элементом футуристического дизайна стало остекление передней кабины и иллюминаторы в виде «полосы». Ведущие производители самолётов рассматривают такие варианты, однако они пока не претворены в жизнь.

С помощью эффектов добавили «тряску» камеры. Её реализовали средствами 2-д композитинга на студии «Даго» (добавление плоского движения картинке, имитирующего движение или тряску съемочной камеры). Приём использовался в моменты взлёта-посадки и потери высоты, чтобы передать происходящее внутри самолёта.

В ранних концептах рассматривали даже прозрачную «крышу»

Промежуточный вариант: иллюминаторы-соты, необычный двигатель
Часть концептов имеет частично прозрачный фюзеляж, и ведущие мировые производители в области авиастроения действительно представляют такие проекты, но сами машины появятся по прогнозам не раньше 2050 года.

Промежуточный вариант, приближенный к финальной версии: частично прозрачный фюзеляж, классические двигатели

Финальный вариант: ЮГ-1 парит в облаках
Футуристический дизайн кабины в итоге был реализован практически без изменений и по замыслу должен был напоминать одновременно пункт управления космического корабля, салон дорогого спортивного авто и видео с игровой приставки, с помощью которой юный герой фильма учился управлению самолётом.

Декорацию кабины построили в хромакейном павильоне, а интерфейс управления самолётом был полностью создан с помощью визуальных эффектов.

Кабина пилотов, оснащённая плазменными панелями навигации и управления; штурвал, больше напоминающий джойстик, и кресло спорткара
Оценивая реальные перспективы запуска подобного самолёта, создатели фильма подчеркнули, что в целом проектирование и разработка новой модели — это годы научных изысканий и труд тысяч людей, но даже привлечение лучших экспертов не всегда гарантирует, что проект сможет выйти в серию.

Правила перевозки и парения на борту у разных авиакомпаний

Курить вейп в аэропортах в основном можно только в специальных местах, предназначенных для курильщиков. Хотя в составе электронной сигареты нет табака, пар может доставлять дискомфорт окружающим людям, поэтому такой запрет вполне обоснован.

Что касается использования вейпа на борту, практически все авиакомпании в салоне парить запрещают. Причем, как правило, вейп в самолете нельзя не только использовать, но и заряжать. Это связано с некоторыми моментами:

• в замкнутом пространстве самолета собирается большое количество пара, что может вводить в заблуждение персонал и пассажиров;
• некоторые пассажиры могут подумать, что курение на борту разрешено, и начнут курить обычные сигареты;
• пассажиры могут испугаться, подумав, что что-то не в порядке.

В случае пренебрежения правилами авиакомпании штраф может достигать 25000 долларов, иногда с последующим запретом на пользование услугами конкретного перевозчика.

Кроме того, если провоз электронной сигареты в самолете повлек за собой срабатывание датчика дыма, возможно наложение штрафа в размере до 3000 долларов.

Рассмотрим, какие существуют ограничения у разных авиакомпаний. Для наглядности представим информацию в виде таблицы.

Такие авиакомпании, как Победа и s7, также разрешают провозить при себе вейп, но использовать и заряжать его во время перелета запрещено.

Как правило, полет длится не более трех часов. Это время можно потерпеть, чтобы не создавать опасную ситуацию в самолете. Сразу после прибытия в аэропорт вы сможете использовать вейп в специальном месте, предназначенном для курильщиков.