Adrian Thomas
Люди часто спрашивают как тяжелы они должны быть по отношению к весовой вилке их параплана. Аэродинамический эффект от загрузки крыла довольно прост, но выбор величины загрузки крыла зависит от того, где вы летаете, как вы летаете и от того, что вы хотите получить от своего полёта.
Загрузка крыла не влияет на аэродинамическое качество (если крыло физически не деформируется весом под ним): вы планируете с тем же углом планирования но с большей скоростью, если вы тяжелее.
Увеличение нагрузки на крыло увеличивает скорость полёта на величину квадратного корня величины изменения массы. На любом отдельно взятом параплане если вы сможете удвоить полётный вес под ним не деформируя крыло этим весом, то ваша скорость вырастет в 1,41 раза. Если ваш вес 80 кг и вы добавите к нему максимально допустимый правилами FAI вес балласта (10 кг), то ваша скорость вырастет на 5%.
Оптимизация скорости для маршрутных полётов.
На соревнованиях с 4-х часовым таском увеличение скорости на 5% означает, что данный пилот на данном крыле может финишировать (при прочих равных условиях) на 12 минут раньше при наличии максимально допустимого балласта 10 кг.
Но все остальные аспекты уже не столь однозначны. Маршрутные полёты подразумевают как набор высоты, так и планирование. У пилота с балластом не только вырастет скорость полёта на 5%, также и скорость снижения вырастет на 5%. Для данного радиуса виража более нагруженный параплан будет стоять в вираже более круто, а скорость снижения в вираже быстро растёт с ростом угла наклона параплана в вираже. То есть пилот с балластом проиграет дважды: как от прямого роста скорости снижения на переходе, так и из-за снижения скороподъёмности в термике вследствие более крутого угла крена. Итоговый эффект будет примерно пропорционален изменению массы.
Итого, если наш пилот-спортсмен проводит одну треть времени 4-х часового таска, набирая в восходящих потоках, затем благодаря балласту и, соответственно, более высокой скорости во время планирования, он экономит порядка восьми минут. Но суммарное время, затраченное на набор высоты будет дольше где-то на восемь минут.
Если погодные условия позволяют закончить таск, затрачивая на набор высоты лишь одну треть и меньше общего времени полёта, то тогда балласт может окупиться. Если на набор высоты уйдёт больше трети общего времени, то менее нагруженное крыло будет предпочтительнее.
Устойчивость и манёвренность
Но это ещё не вся история. Большая загрузка крыла также влияет на устойчивость и манёвренность. Сильно загруженные парапланы обычно больше устойчивы к сложениям, вызванным турбулентностью, но эти сложения, если случаются, протекают более жёстко. Вероятно, это частично связано с давлением воздуха внутри крыла параплана (динамически давление пропорционально квадрату скорости, то есть пропорционально любому изменению массы), а также связано с углом атаки крыла. Данное крыло на любой данной скорости будет лететь с б0льшим углом атаки, если оно тяжелее загружено. Для компенсации стандартного снижения более нагруженному параплану требуется более сильный поток с б0льшей величиной скороподъёмности.
Подвороты (обычно) происходят, когда на отдельном участке передней кромки параплана угол атаки становится отрицательным, вследствие этого более нагруженное крыло намного более устойчиво к подворотам. Вероятно, воздействие угла атаки сильнее эффекта внутреннего давления (что является основной причиной высокой скорости в полёте, малый угол атаки крыла делает крыло склонным к подворотам). На более нагруженных парапланах сложения скорее всего будут более жёсткими частично из-за того, что турбулентные условия для них должны быть сильнее, а частично еще и потому, что скорость на которой происходит сложение, выше.
Более нагруженные крылья более манёвренные, потому что быстрее реагируют на действия пилота – перенос пилотом веса на одну сторону маленького крыла, позволит закончить манёвр быстрее. Возможно поэтому многие соревновательные крылья похожи в управлении на грузовики, если вы обычно летаете на чем-то меньшего размаха. Вот почему пилоты-спортсмены в конечном итоге висят по всему небу на крыльях новичков, взятых у них взаймы. И именно поэтому пилоты-акробаты летают на небольших крыльях.
Нечто похожее происходит и с устойчивостью по тангажу (клевки) и скоростью передачи информации о турбуленции. Более загруженное крыло скажет вам больше о том, как ведёт себя воздух – но даже у меня нет теории, объясняющей это.
Подбор верной полётной массы для своего крыла - тонкая проблема оптимизации.
Всё это говорит о том, что если вы хотите плавать весь день выше большинства пилотов, - нужно быть полегче для своего крыла. Если вы желаете летать маршруты или участвовать в соревнованиях – у вас проблема оптимизации.
Небольшие парапланы лучше подходят для гор и пустынь
Если планируете гонять, проводя треть и более своего времени планируя на переходах, то возможно стоит сильнее догрузить ваше крыло. Это особенно актуально, если ожидаются турбулентные, рваные восходящие потоки (в этом случае дополнительные манёвренность и устойчивость помогут центровать поток, в то время как крылья с меньшей нагрузкой будут либо застревать около потока, либо выбрасываться из него). Это ещё более справедливо, если думаете много летать по прямой, набирая высоту. Полёты в Альпах или пустынях - естественная среда обитания для сильно загруженных крыльев.
С другой стороны, летая в условиях, когда на набор высоты в потоках расходуется более трети всего лётного времени, если термики слабые, или просто пребывание в воздухе - это вопрос выживания, - в этих случаях надо стараться быть полегче. На каждом соревновании встречались таски, когда главной задачей было удержаться в небе любой ценой в слабых условиях.
Аэродинамические преимущества больших парапланов
И, Наконец, вопрос эффективности больших парапланов. Парапланы большего размера лучше планируют (при прочих равных условиях), пл крайней мере мне так говорили некоторые лучшие пилоты и конструкторы. Мне сказали, что это связано с их более высоким числом Рейнольдса (термин из динамики жидкостей). Число Рейнольдса зависит от скорости, характеристической длинны, плотности (1,225 кг/м.куб на уровне моря) воздуха и его вязкости (17,9х10^6 кг/м/с при нормальной температуре и давлении). Для параплана, летящего со скоростью 10 м/с, число Рейнольдса составит примерно 10,6 хорд крыла. То есть при равной скорости у более крупного параплана будет лучшее число Рейнольдса. Раз оно растёт, то сила сопротивления падает, поскольку все остальные вещи одинаковы. К примеру, изменение размера с Size-24 на Size-26 увеличивает хорду крыла с 2,71 метра до 2,82 метра, что даёт изменение числа Рейнольдса на балансировочной скорости с 1,85х106 до 1,93х106, или на 4%.
Эффект меняется в зависимости от характеристик аэродинамического профиля крыла параплана. В целом аэродинамические профили, используемые при создании парапланов дают максимальную подъёмную силу и минимальную силу сопротивления, вместе увеличивая число Рейнольдса. Доугими словами увеличение хорды крыла приводит к росту подъёмной силы и уменьшению силы сопротивления. Эффект от этого невелик, но, возможно, и не столь несущественен - парапланы большого и среднего размера имеют заметное преимущество в лётных качествах над небольшими крыльями.
Причина, по которой многие пилоты-спортсмены могут начинать беспокоиться о больших сумках с балластом состоит в том, что это даёт возможность полететь на более крупном крыле, которое будет чуть лучше планировать, лететь чуть медленнее, а в термике чуть хуже поворачиваться. Как я уже сказал, у больших парапланов нет недостатков, кроме того, что на гору ты несёшь и его, и балласт самостоятельно.
Указанная изготовителем параплана вилка допустимых весов для какого-то размера крыла - это диапазон масс, для которого проведена сертификация. Параплан был подвергнут испытаниям для нижнего и верхнего значений масс. Это особенно важно, если параплан выдержал тесты при массах шире ожидаемого диапазона.
Личная точка зрения
Я отлетал год, нагружая свой параплан по верхней границе весовой вилки. Крыло было ожидаемо устойчивым, реакции быстрыми, скорость высокой. Но мне приходилось прикладывать усилия, чтобы не отстать от соседей, обрабатывая потоки слабее +4 метров в секунду. Преимущества большой загрузки проявили себя, когда я полностью насладился грубым и неспокойным воздухом в Castejon, Piedrahita и Garmisch. Но в то же время я нашёл, что в Англии уход на маршрут был сложнее обычного, поскольку там даже самые лучшие термики довольно слабы.
На следующий год я уже летал на среднем крыле, загружая его точно по середине вилки (90-110 килограммов). Работа с крылом стала ожидаемо хорошей, скорость - достаточно хорошей, а скороподъёмность действительно стала очень хорошей, при этом я не обнаружил заметного снижения устойчивости крыла. Было очевидно, что подобная оптимизация связана с компромиссами - я мог уверенно обгонять гагл в восходящем потоке (даже на чемпионатах мира), но также видел и обгонявших меня людей на финальном глайде, хотя сам я выжимал акселератор полностью, блочёк к блочку.
Не так давно я также приложил много сил к сокращению массы моего лётного снаряжения. Поменяв лётный костюм и выгрузив избыточное оборудование, я умудрился сэкономить 2 килограмма. Лишний вес полезен лишь в виде балласта, если вы можете от него избавиться, когда погода станет слабее!
Насколько ценен балласт?
Подбор верной полётной массы для своего крыла - тонкая проблема оптимизации, а её преимущества - едва различимы. Возить балласт для увеличения скорости - почти всегда пустая трата времени в любительских полётах. Если вы несёте 10 килограммов балласта, ваша скорость вырастет лишь на 3%. Увеличение скорости на 3% означает, что ваша балансировочная скорость возрастёт с 36 километров в час до 37,08 километров в час. Не сильно драматично, и уж точно не достаточно, чтобы предотвратить ваше выдувание через хребет на подветренный склон холма в случае усиления ветра. Но на соревнованиях любые мелочи уже имеют значение, поэтому любое увеличение скорости на 3%, сродни выстрелу из пушки на финальном глайде, когда вы полностью выживаете "аксель" блочёк к блочку.
Необходимо запомнить
- Загрузка крыла не влияет на угол планирования.
- Увеличение загрузки крыла увеличивает скорость полёта.
- Максимальная масса балласта на соревнованиях составляет 10 килограммов.
- Более загруженные крылья лучше сопротиляются сложениям, но уж если они случаются, то протекают жёстче обычного.
- Более загруженный параплан - более манёвренный.
- Менее загруженное крыло может вытащить вас на самый верх потока, но затем на переходе вы будете лететь с меньшей скоростью.
- Балласт может дать преимущество на соревнованиях, где интервалы между спортсменами на финише очень малы.
- Любительский полёт с балластом обычно того не стоит.
Перевод соответствующей главы книги "FIFTY WAYS TO FLY BETTER", автор Bruce Goldsmith and friends. Мнение переводчика может не совпадать с мнением автора. Материал выложен на некоммерческой основе и исключительно для ознакомления.