Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
О спорте парения на планерах (планерах) см. Планирование .

Планирующий полет тяжелее, чем воздух полет без использования тяги ; термин « волопланирование» также относится к этому способу полета животных. [1] Он используется планирующими животными и самолетами, такими как планеры . Этот режим полета включает в себя полет на значительное расстояние по горизонтали по сравнению с его спуском, и поэтому его можно отличить от в основном прямого спуска вниз, как с круглым парашютом.

Хотя человеческое применение планирующего полета обычно относится к самолетам, предназначенным для этой цели, большинство самолетов с двигателями способны планировать без мощности двигателя. Как устойчивый полет, скользя , как правило , требует применения к несущей поверхности , такие , как крылья на самолете или птицы, или планирующего мембрану из более скользящим опоссума . Тем не менее, скользя может быть достигнуто с плоскими ( uncambered ) крылами, а с простой плоскостью бумаги , [2] или даже с картами-метанием . Однако некоторые самолеты с подъемными телами и животные, такие как летающая змея может достичь планирующего полета без крыльев, создав ровную поверхность под ним.

Самолет ("планеры") [ править ]

Основная статья: Планер

Большинство крылатых самолетов могут до некоторой степени планировать, но есть несколько типов самолетов, предназначенных для планирования:

Основное применение человеком в настоящее время является рекреационным, хотя во время Второй мировой войны военные планеры использовались для перевозки войск и оборудования в бой. Типы самолетов, которые используются для спорта и отдыха, подразделяются на планеры (планеры) , дельтапланы и парапланы . Эти два последних типа часто запускаются с ног. Конструкция всех трех типов позволяет им многократно подниматься, используя восходящий воздух, а затем планировать, прежде чем найти следующий источник подъемной силы. Когда это делается на планерах (планерах), этот вид спорта известен как планирование, а иногда и как парение. Для самолетов, запускаемых с ног, это известно как дельтапланеризм и парапланеризм .Радиоуправляемые планеры с неподвижным крылом также пользуются популярностью у энтузиастов.

В дополнение к моторным планерам , некоторые двигательные самолеты предназначены для обычного планирования во время части полета; обычно при посадке после периода полета с двигателем. К ним относятся:

  • Экспериментальные самолеты, такие как North American X-15 , которые планировали назад, использовав свое топливо.
  • Космические корабли, такие как космические челноки , SpaceShipOne и российский Буран

Некоторые самолеты не предназначены для планирования, за исключением чрезвычайных ситуаций, таких как отказ двигателя или выработка топлива. См. Список рейсов авиакомпаний, на которых требовался планерный полет . Планирование на вертолете называется авторотацией .

Парящие животные [ править ]

Дополнительная информация: Летающие и планирующие животные и Список парящих птиц.

Птицы [ править ]

Ряд животных были отдельно эволюционировал скользя много раз, без какого - либо одного предка. В частности, птицы используют планирующий полет, чтобы свести к минимуму потребление энергии. Крупные птицы особенно хорошо умеют летать, в том числе:

  • Альбатрос
  • Кондор
  • Гриф
  • Орел
  • Аист
  • Фрегат

Подобно прогулочным самолетам, птицы могут чередовать периоды полета с периодами полета в восходящем воздухе и, таким образом, проводят в воздухе значительное время с минимальными затратами энергии. В частности, великий фрегат способен совершать непрерывные полеты до нескольких недель. [3]

Млекопитающие [ править ]

Патагия на белке-летяге

Чтобы облегчить скольжение, некоторые млекопитающие развили структуру, называемую патагиумом . Это перепончатая структура, растянутая между различными частями тела. Наиболее сильно он развит у летучих мышей. По тем же причинам, что и птицы, летучие мыши могут эффективно скользить. У летучих мышей кожа, образующая поверхность крыла, представляет собой продолжение кожи живота, которое доходит до кончика каждого пальца, соединяя переднюю конечность с телом. Патагиум летучей мыши состоит из четырех отдельных частей:

  1. Пропатагиум: патагий от шеи до первого пальца.
  2. Дактилопатагиум: часть, находящаяся в пределах пальцев.
  3. Плагиопатагиум: участок между последним пальцем и задними конечностями.
  4. Уропатагиум : задняя часть тела между двумя задними конечностями.

Другие млекопитающие, такие как планирующие опоссумы и белки-летяги, также летают с помощью патагиума, но с гораздо меньшей эффективностью, чем летучие мыши. Они не могут набрать высоту. Животное запускается с дерева, раздвигая конечности, чтобы обнажить скользящие мембраны, обычно для перехода от дерева к дереву в тропических лесах как эффективное средство как для поиска пищи, так и для уклонения от хищников. Эта форма древесного передвижения распространена в тропических регионах, таких как Борнео и Австралия, где деревья высокие и широко расставленные.

У белок-летягов патагий простирается от передних до задних конечностей по длине каждой стороны туловища. У сахарного планера патагия простирается от пятого пальца каждой руки до первого пальца каждой ноги. Это создает аэродинамическое крыло, позволяющее им скользить на расстояние 50 и более метров. [4] Этот скользящий полет регулируется изменением кривизны мембраны или перемещением ног и хвоста. [5]

Рыбы, рептилии, земноводные и другие планирующие животные [ править ]

Помимо млекопитающих и птиц, летают и другие животные, в частности, летающие рыбы , летающие змеи , летающие лягушки и летающие кальмары .

Летучая рыба взлетает

Полеты летучей рыбы обычно составляют около 50 метров (160 футов) [6], хотя они могут использовать восходящие потоки на переднем крае волн, чтобы преодолевать расстояния до 400 м (1300 футов). [6] [7] Чтобы выскользнуть из воды, летучая рыба перемещает хвост до 70 раз в секунду. [8] Затем он расправляет грудные плавники и слегка наклоняет их вверх, чтобы обеспечить подъем. [9] В конце полета он складывает грудные плавники, чтобы снова войти в море, или опускает хвост в воду, чтобы оттолкнуться от воды, чтобы подняться для следующего полета, возможно, меняя направление. [8] [9] Изогнутый профиль «крыла» сравним с аэродинамической формой крыла птицы. [10]Рыба может увеличивать время пребывания в воздухе, летя прямо или под углом к ​​направлению восходящих потоков, создаваемых комбинацией воздушных и океанских течений . [8] [9]

Змеи из рода Chrysopelea также известны под общим названием «летающая змея». Перед запуском с ветки змея делает J-образный изгиб. Оттолкнув свое тело вверх и от дерева, он втягивает его брюшко и раздувает ребра, превращая свое тело в «псевдовогнутое крыло» [11], при этом совершая непрерывное змеевидное движение с боковыми волнами [12]. параллельно земле [13], чтобы стабилизировать его направление в воздухе и безопасно приземлиться. [14] Летающие змеи умеют скользить лучше, чем белки-летяги и другие планирующие животные.Несмотря на отсутствие конечностей, крыльев или каких-либо других крыльевидных выступов, он скользит по лесу и джунглям на расстоянии до 100 м. [13] [15] Их пункт назначения в основном предсказывается баллистикой ; тем не менее, они могут осуществлять некоторый контроль ориентации в полете , "скользя" в воздухе. [16]

Планирующий полет развился независимо среди 3400 видов лягушек [17] из семейств Нового Света ( Hylidae ) и Старого Света ( Rhacophoridae ). [18] Эта параллельная эволюция рассматривается как приспособление к их жизни на деревьях, высоко над землей. Характеристики разновидностей Старого Света включают «увеличенные руки и ноги, полную перепонку между всеми пальцами рук и ног, боковые кожные лоскуты на руках и ногах.

Силы [ править ]

Силы на планирующем животном или самолете в полете

При планировании на самолеты и животных действуют три основные силы: [19]

  • вес - сила тяжести действует в направлении вниз
  • подъемная сила - действует перпендикулярно вектору, представляющему воздушную скорость
  • сопротивление - действует параллельно вектору, представляющему воздушную скорость

Когда самолет или животное спускается, воздух, движущийся над крыльями, создает подъемную силу . Подъемная сила действует немного вперед по отношению к вертикали, потому что она создается под прямым углом к ​​воздушному потоку, который идет чуть ниже при спуске планера, см. Угол атаки . Этой горизонтальной составляющей подъемной силы достаточно для преодоления сопротивления и позволяет планеру ускоряться вперед. Даже если вес заставляет самолет снижаться, если воздух поднимается быстрее, чем скорость снижения, будет наблюдаться набор высоты.

Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению [ править ]

Основная статья: Коэффициент подъемной силы к лобовому сопротивлению
Перетащите против скорости. L / DMAX происходит при минимальном общем сопротивлении (например, паразит плюс индуцированный)
Коэффициенты сопротивления и подъемной силы в зависимости от угла атаки. Скорость сваливания соответствует углу атаки при максимальном коэффициенте подъемной силы.

Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, или отношение L / D , - это величина подъемной силы, создаваемой крылом или транспортным средством, деленная на сопротивление, которое оно создает при движении по воздуху. Более высокое или более благоприятное отношение L / D обычно является одной из основных целей при проектировании самолетов; поскольку необходимая подъемная сила конкретного самолета определяется его весом, обеспечение этой подъемной силы с меньшим сопротивлением непосредственно ведет к лучшей экономии топлива и характеристикам набора высоты.

Влияние воздушной скорости на скорость снижения можно изобразить полярной кривой . Эти кривые показывают воздушную скорость, при которой можно достичь минимального снижения, и воздушную скорость с наилучшим соотношением L / D. Кривая представляет собой перевернутую U-образную форму. По мере уменьшения скорости подъемная сила быстро падает примерно до скорости сваливания. Пик буквы U соответствует минимальному сопротивлению.

Поскольку подъемная сила и сопротивление пропорциональны коэффициенту подъемной силы и лобового сопротивления, соответственно умноженным на один и тот же коэффициент (1/2 ρ air v 2 S), соотношение L / D можно упростить до коэффициента подъемной силы, деленного на коэффициент лобового сопротивления. или Cl / Cd, и поскольку оба они пропорциональны воздушной скорости, отношение L / D или Cl / Cd обычно строится в зависимости от угла атаки.

Перетащите [ редактировать ]

Индуцированное сопротивление вызывается подъемной силой крыла. Подъемная сила, создаваемая крылом, перпендикулярна относительному ветру, но поскольку крылья обычно летают под небольшим углом атаки , это означает, что компонент силы направлен назад. Задний компонент этой силы (параллельный относительному ветру) рассматривается как сопротивление. На низких скоростях самолет должен создавать подъемную силу с большим углом атаки, что приводит к большему индуцированному сопротивлению. Этот член доминирует на низкоскоростной стороне графика сопротивления, в левой части буквы U.

Сопротивление профиля вызывается попаданием воздуха в крыло и другие части самолета. Эта форма сопротивления, также известная как сопротивление ветру , зависит от квадрата скорости (см. Уравнение сопротивления ). По этой причине сопротивление профиля более выражено на более высоких скоростях, образуя правую сторону U-образной формы графика сопротивления. Сопротивление профиля снижается в первую очередь за счет уменьшения поперечного сечения и обтекаемости.

Поскольку подъемная сила неуклонно увеличивается до критического угла, обычно это точка, в которой совокупное сопротивление является минимальным, и крыло или самолет демонстрируют наилучшие характеристики L / D.

Конструкторы обычно выбирают такую ​​конструкцию крыла, которая обеспечивает пик L / D при выбранной крейсерской скорости для самолета с двигателем с неподвижным крылом, тем самым максимизируя экономичность. Как и все в авиационной технике , аэродинамическое качество - не единственный фактор, который учитывается при проектировании крыла. Также важны характеристики при большом угле атаки и плавное сваливание .

Сведение к минимуму лобового сопротивления представляет особый интерес при проектировании и эксплуатации планеров с высокими характеристиками , самые большие из которых могут иметь коэффициент глиссады, приближающийся к 60: 1, хотя многие другие имеют более низкие характеристики; 25: 1 считается подходящим для тренировочного использования.

Коэффициент скольжения [ править ]

При полете с постоянной скоростью в неподвижном воздухе планер движется на определенное расстояние вперед на определенное расстояние вниз. Отношение расстояния вперед к расстоянию вниз называется качеством скольжения . Качество скольжения (E) в этих условиях численно равно отношению подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению ; но не обязательно равняется во время других маневров, особенно если скорость не постоянна. Коэффициент глиссирования планера зависит от скорости полета, но часто указывается его максимальное значение. Качество скольжения обычно мало меняется в зависимости от загрузки автомобиля; более тяжелый автомобиль скользит быстрее, но почти сохраняет его качество. [20]

Коэффициент скольжения (или «тонкость») - это котангенс нисходящего угла, угла скольжения (γ). В качестве альтернативы, это также скорость движения вперед, разделенная на скорость снижения (без двигателя):

Число скольжения (ε) является обратной величиной качества скольжения, но иногда это сбивает с толку.

Примеры [ править ]

Статья о полетеСценарийСоотношение L / D /
качество скольжения
Эта (планер)Скольжение70 [21]
Большой фрегатПарящий над океаном15-22 на типичных скоростях [22]
ДельтапланСкольжение15
Рейс 143 авиакомпании Air Canada ( Планер Гимли )Boeing 767-200, когда все двигатели вышли из строя из-за истощения топлива~ 12
Рейс 9 British AirwaysBoeing 747-200B, когда все двигатели вышли из строя из-за вулканического пепла~ 15
Рейс 1549 US AirwaysAirbus A320-214: все двигатели вышли из строя из-за столкновения с птицами~ 17
ПарапланМодель с высокими характеристиками11
Вертолетв авторотации4
Парашют с приводомс прямоугольным или эллиптическим парашютом3,6 / 5,6
Космический шатлбеспилотный подход из космоса после повторного входа в атмосферу4,5 [23]
Вингсьютво время скольжения3
Автомобиль с гиперзвуковыми технологиями 2Оценка равновесного гиперзвукового планирования [24]2,6
Северная летягаСкольжение1,98
Сахарный планер (опоссум)Скольжение1,82 [25]
Космический шатлСверхзвуковой2 (при 2,5 Маха) [23]
Космический шатлГиперзвуковой1,8 (при 5 Махах), 1 (при 9 Махах) [23]
Аполлон СМТрансзвуковой0,50 (при 1,13 Маха) [26]
Аполлон СМВходящий в атмосферу и гиперзвуковойв среднем 0,368 (до 1-го пика g), 0,41 (при 6 Маха) [27] [26]

Важность качества планирования в планирующем полете [ править ]

Полярная кривая, показывающая угол скольжения для наилучшей скорости скольжения (наилучшее L / D). Это минимально возможный угол скольжения в спокойном воздухе, позволяющий увеличить расстояние полета. Эта воздушная скорость (вертикальная линия) соответствует точке касания прямой, начинающейся с начала графика. Планер, летящий быстрее или медленнее, чем эта скорость, преодолеет меньшее расстояние до приземления. [28] [29]

Хотя наилучшее качество планирования важно при измерении характеристик планирующего самолета, его качество планирования в диапазоне скоростей также определяет его успех (см. Статью о планировании ).

Пилоты иногда летают с наилучшим L / D самолета, точно контролируя воздушную скорость и плавно управляя средствами управления, чтобы уменьшить сопротивление. Однако сила вероятного следующего подъема, минимизация времени, проведенного в сильно опускающемся воздухе, и сила ветра также влияют на оптимальную скорость полета . Пилоты летают быстрее, чтобы быстрее преодолевать тонущий воздух, а при движении против ветра - оптимизировать угол планирования относительно земли. Чтобы достичь более высокой скорости по стране, планеры (планеры) часто загружаются водяным балластом.для увеличения скорости полета и более быстрого достижения следующей зоны подъема. Это мало влияет на угол планирования, поскольку увеличение скорости снижения и воздушной скорости остается пропорциональным, и, таким образом, более тяжелый самолет достигает оптимального L / D при более высокой воздушной скорости. Если в день подъемы сильные, преимущества балласта перевешивают более медленную скорость подъема.

Если воздух поднимается быстрее, чем скорость опускания, самолет будет набирать высоту. На более низких скоростях самолет может иметь худшее качество планирования, но также и меньшую скорость снижения. Низкая воздушная скорость также улучшает его способность круто поворачиваться в центре поднимающегося воздуха, где скорость подъема максимальна. Скорость снижения примерно 1,0 м / с - это максимум, который может иметь практический дельтаплан или параплан, прежде чем он ограничит случаи, когда набор высоты возможен только при сильном восходящем воздухе. Планеры (планеры) имеют минимальную скорость снижения от 0,4 до 0,6 м / с в зависимости от класса.. Самолеты, такие как авиалайнеры, могут иметь лучшую дальность полета, чем дельтаплан, но редко будут иметь возможность термообразования из-за их гораздо более высокой поступательной скорости и гораздо более высокой скорости снижения. (Обратите внимание, что Boeing 767 во время инцидента с планером Гимли достиг качества планирования всего 12: 1).

Потеря высоты может быть измерена на нескольких скоростях и нанесена на « полярную кривую » для расчета наилучшей скорости для полета в различных условиях, например, при полете против ветра или при опускании воздуха. Другие полярные кривые можно измерить после загрузки планера водяным балластом. По мере увеличения массы лучшее качество скольжения достигается на более высоких скоростях (качество скольжения не увеличивается).

Парящий [ править ]

Основная статья: Лифт (парящий)

Парящие животные и самолеты могут чередовать планирование с периодами парения в восходящем воздухе . Используются пять основных типов подъема: [30] термики , гребневые подъемы , подветренные волны , конвергенции и динамическое парение . Динамическое парение используется преимущественно птицами и некоторыми моделями самолетов, хотя в редких случаях оно также достигается пилотируемыми самолетами. [31]

Примеры парящего полета птиц:

  • Термики и конвергенции хищников, таких как стервятники
  • Горный подъемник чайками у скал
  • Волновой подъем перелетными птицами [32]
  • Динамические эффекты альбатросов у поверхности моря

Для человека парение является основой трех видов воздушного спорта : планеризма , дельтаплана и парапланеризма .

См. Также [ править ]

  • Дельтаплан с ножным пуском
  • Соревнования по планерному спорту
  • Список рейсов авиакомпаний, на которых требовалось планирование
  • Подводный планер

Ссылки [ править ]

  1. ^ volplane . Бесплатный словарь.
  2. ^ Блэкберн, Кен. «Аэродинамика бумажного самолета» . Бумажные самолетики Кена Блэкберна. Архивировано из оригинала на 1 октября 2012 года . Проверено 8 октября 2012 года . Раздел 4.3
  3. ^ «Беспосадочный полет: как фрегат может парить в течение нескольких недель без остановки» . Проверено 2 июля 2016 .
  4. ^ Стрейхен, Австралийский музей (1983). Рональд (ред.). Полная книга австралийских млекопитающих: Национальный фотографический указатель дикой природы Австралии (1-е изд.). Сидней: Ангус и Робертсон . ISBN 0207144540.
  5. ^ "Интересные факты о Sugar Glider" . Drsfostersmith.com . Проверено 22 июня 2010 года .
  6. ^ a b Росс Пайпер (2007), Необычные животные: энциклопедия любопытных и необычных животных , Greenwood Press .
  7. ^ Flying Fish, Exocoetidae National Geographic . Проверено 10 августа 2014.
  8. ^ a b c Кучера, У. (2005). «Управляемая хищниками макроэволюция летучих рыб, выведенная из поведенческих исследований: исторические противоречия и гипотеза» (PDF) . Летопись истории и философии биологии . 10 : 59–77. Архивировано из оригинального (PDF) 20 августа 2007 года.
  9. ^ a b c Рыба, FE (1990). «Конструкция крыла и масштабирование летучей рыбы с учетом летных характеристик» (PDF) . Журнал зоологии . 221 (3): 391–403. DOI : 10.1111 / j.1469-7998.1990.tb04009.x . Архивировано из оригинального (PDF) 20 октября 2013 года.
  10. Перейти ↑ Fish, F. (1991). «О плавнике и молитве» (PDF) . Ученые . 3 (1): 4–7. Архивировано из оригинального (PDF) 2 ноября 2013 года.
  11. ^ Гарланд, Т, младший; Лосос, Дж. Б. (1994). «10. Экологическая морфология исполнения опорно - двигательного аппарата в чешуйчатый рептилий». Экологическая морфология: интегративная биология организма (PDF) . Чикаго, Иллинойс: Издательство Чикагского университета . С. 240–302 . Проверено 14 июля 2009 .
  12. ^ Jayne, Британская Колумбия (декабрь 1986). «Кинематика передвижения земной змеи» (PDF) . Копея . 1986 (4): 915–927. DOI : 10.2307 / 1445288 . JSTOR 1445288 . Архивировано из оригинального (PDF) 30 октября 2006 года . Проверено 15 июля 2009 .  
  13. ^ a b Socha, JJ (август 2002 г.). «Кинематика - Планирующий полет в райской древесной змее» (PDF) . Природа . 418 (6898): 603–604. Bibcode : 2002Natur.418..603S . DOI : 10.1038 / 418603a . PMID 12167849 . S2CID 4424131 . Проверено 14 июля 2009 .   [ мертвая ссылка ]
  14. Перейти ↑ Wei, C. (май 2005 г.). "Внутри JEB - змеи бегут" . Журнал экспериментальной биологии . 208 (10): i – ii. DOI : 10,1242 / jeb.01644 .
  15. ^ Эрнст, Швейцария; Цуг, GR (1996). Змеи в вопросе: Смитсоновская книга ответов . Пресса Смитсоновского института . С.  14–15 .
  16. ^ «Исследователи раскрывают секреты полета змеи» . 2005-05-12 . Проверено 27 ноября 2007 .
  17. ^ Эмерсон, СО, и Кель, MAR (1990). «Взаимодействие поведенческих и морфологических изменений в эволюции нового локомоторного типа:« Летающие »лягушки». Evolution , 44 (8), 1931-1946.
  18. Перейти ↑ Emerson, SB, Travis, J., & Koehl, MAR (1990). «Функциональные комплексы и аддитивность в исполнении: тестовый пример с« летающими »лягушками». Evolution , 44 (8), 2153-2157.
  19. ↑ НАСА: Три силы на планере или планирующем животном.
  20. ^ Справочник по полетам на планере, Публикация FAA 8083-13, стр. 3-2
  21. ^ Eta самолетов Eta самолетов перформансы участки - доступ 2004-04-11
  22. ^ Летные характеристики самой большой летучей птицы
  23. ^ a b c Техническая конференция по космическому шаттлу стр. 258
  24. ^ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/2015/09/hypersonic_boost-glide_weapons.html
  25. ^ Джексон, Стивен М. (2000). "Угол скольжения в роде Petaurus и обзор планирования у млекопитающих" . Обзор млекопитающих . 30 (1): 9–30. DOI : 10.1046 / j.1365-2907.2000.00056.x . ISSN 1365-2907 . 
  26. ^ a b Хиллье, Эрнест Р., "Входная аэродинамика в условиях возврата к Луне, полученная во время полета Аполлона 4 (AS-501)", NASA TN D-5399, (1969). p16
  27. ^ Хиллье, Эрнест Р., "Входная аэродинамика в условиях возвращения к Луне, полученная во время полета Аполлона 4 (AS-501)", NASA TN D-5399, (1969). [ мертвая ссылка ]
  28. Перейти ↑ Wander, Bob (2003). Полярный планер и Speed-To-Fly ... Сделано просто! . Миннеаполис: Парящие книги и принадлежности Боба Уондера. п. 7-10.
  29. ^ Справочник по полетам на планере, FAA-H-8083-13 . Министерство транспорта США, FAA. 2003. с. С 5-6 по 5-9. ISBN 9780160514197.
  30. ^ Уэлч, Джон (1999). Современное летное мастерство Ван Сикла . Город: McGraw-Hill Professional . С. 856–858. ISBN 0-07-069633-0. Есть четыре основных типа подъемника, которые может использовать парящий пилот ...
  31. Перейти ↑ Reichmann, Helmut (2005). Streckensegelflug . Motorbuch Verlag. ISBN 3-613-02479-9.
  32. ^ [Отчет об использовании птицами подъемной волны Нидерландского института экологии]