Не все и не всегда. Но бывают.
Статья посвящена таким свойствам самолета, как устойчивость и управляемость, а еще тому, как они между собой связаны.
Устраивайтесь поудобнее, приятного прочтения! ;)
Разберемся с терминами
Я уверен, что понятие устойчивость находится на подкорке у каждого человека. Все просто. Железобетонный дом - устойчивый. Фигурка из домино - неустойчивая. Табуретка на трех ножках - устойчивая. Уберем одну ножку - станет неустойчивой и ее придется переворачивать, чтобы она не падала. Только зачем такая табуретка нужна?
Но, все-таки необходимо это понимание уточнить. Фигурка из домино не развалится, если ее не трогать и не трясти. При должной сноровке, и табуретку с двумя ножками можно поставить так, чтобы она не упала. Только, опять же, если даже малейшее дуновение ветерка не проникнет к месту, где она стоит. Поэтому, устойчивость - это способность возвращаться в некоторое исходное положение (положение равновесия) при действии возмущения.
Устойчивость прямо противоположна управляемости. Логично, что управляемость - это способность отклоняться от положения равновесия при внешних воздействиях.
Чем больше устойчивость, тем меньше управляемость, и наоборот. А теперь обратимся к самолетам.
На самолет в полете действуют моменты, которые стремятся развернуть самолет в направлении своего действия. Если самолет совершает сбалансированный полет, например, при стабильном наборе высоты или просто в горизонтальной плоскости, то все моменты, которые на него действуют, уравниваются и самолет не вращается относительно центра тяжести. Моменты в полете создаются крылом, хвостовым оперением (о котором, кстати, я расскажу в другой статье, следите!), двигателями, фюзеляжем и так далее.
Существует такая точка, к которой прикладывается приращение силы при изменении угла атаки. Эта точка называется аэродинамическим фокусом. И положение этой точки относительно центра масс самолета как раз и определяет его устойчивость.
То есть, если изменится угол атаки (подует ветер или летчик отклонит ручку управления), то сила, действующая на эту точку, изменится. И момент, который обусловлен углом атаки, тоже изменится! А то, как расположена эта точка, определяет, в какую сторону он будет стремиться развернуть самолет.
Если фокус лежит позади центра масс, то самолет будет статически устойчивым. Это значит, что при изменении угла атаки аэродинамический момент от фокуса будет направлен в противоположную сторону, пытаясь вернуть самолет в положение равновесия.
Если фокус лежит перед центром масс, то самолет будет статически неустойчивым, и этот пресловутый аэродинамический момент будет направлен туда же, в какую сторону изменился угол атаки! То есть, если каким-то образом неустойчивый самолет оказался сбалансирован и подует ветерок, который увеличит угол атаки, то при отсутствии управляющих действий он попросту опрокинется назад!
Вот прекрасная картинка из сети, ставшая еще более прекрасной, когда я добавил в нее стрелочки, для наглядности:
Взгляните на самолет Ла-7. У него фокус находится сзади, ближе к хвосту, чем центр масс. Если угол атаки увеличится, то возникнет момент, который будет стремиться его уменьшить. То есть, самолет будет выдерживать сбалансированный режим без участия летчика.
А теперь поглядите на Су-27. У него картина противоположная - он статически неустойчивый. И увеличение угла атаки у такого самолета повлечет возникновение момента, который направлен в ту же сторону. И боевая птица просто опрокинется.
Для управления статически неустойчивым самолетом необходима специальная система улучшения устойчивости и управляемости, которая автоматически отклоняет необходимые органы управления по заданной программе. Без такой системы самолетом управлять будет практически невозможно.
Существует понятие запас статической устойчивости - это расстояние между фокусом и центром масс.
Есть еще нейтрально-устойчивый самолет - это когда фокус совпадает с центром масс. Но такого почти не бывает. Бывают самолеты с малым запасом устойчивости, такие как, например, И-16 на картинке.
Чем больше этот самый запас устойчивости, тем менее управляем самолет.
Надеюсь, было понятно и интересно!
В заключение:
Зачем самолеты делают статически неустойчивыми?
- во-первых, это существенно улучшает его маневренные свойства;
- во-вторых, как я уже сказал, фокус при переходе на сверхзвук уползает назад, делая самолет слишком устойчивым;
- в-третьих, меньше потерь на балансировку - не нужно создавать отрицательную подъемную силу на хвостовом оперении.
Вот как оно, оказывается, бывает.
Спасибо! Надеюсь, Вам было интересно, подписывайтесь на канал! :)