Психологія пілота

Парпланеризм – небезпечний вид діяльності. Пілот, що висить над безоднею на тоненьких стропах нічим не захищений від вируючої повітряної стихії. Іноді доводиться багато годин відпрацювати та відтреновуючи польоти, висячи над цією безоднею на цих тоненьких ниточках.

Психологічна підготовка пілота залежить від його досвідченості, кількості часу, присвяченого тренуванням.

1. Цілі та завдання пілота.

В будь-якому виді діяльності людина ставить собі цілі та завдання, намагаючись досягти їх. Прагнення досягти результату – рушійна сила розумної цілеспрямованої діяльності. Питання в тому що ж насправді змушує нас літати. Водночас кожен з нас може назвати причини свого прагнення до польотів. Ось найпоширеніші з них:

• політ заради польоту, заради емоцій, свободи переміщення в просторі і т.д.;
• політ заради краси, що розгортається знизу, паратуризм;
• спортивні амбіції, довести собі та іншим, що я це можу (самоствердження);
• престиж – парапланеризм часто демонструє статус, наявність засобів та вільного часу;
• прегнення до саморозвитку, особистого росту (також самоствердження);
• прагнення спілкуватися з цікавими людьми, “тусовка”;
• політ як робота, комерційна сторона (платні польоти та курси).

Це тільки невелика частина можливих причин прагнення людини літати. Кожен пілот має власні амбіції. Найчастіше причин відразу декілька. 

Але важливо інше. Займаючись таким небезпечним видом діяльності, як польоти, ми повинні максимально чітко розуміти причини, які змушують нас усвідомлено чи несвідомо піддаватися ризику.

Дуже часто нерозуміння власної мотивації стає причиною падінь і травм.

Усвідомивши причини свого прагнення літати, пілот не повинен стрибати “вище голови”,виходити за межі власних можливостей.

2. Стрес та стресостійкість.

Стрес – це комплекс фізичних та психічних реакцій людини на діяльність в екстремальних умовах.

Під екстремальними умовами в парапланеризмі можна розуміти і вплив зовнішнього середовища (холод, нестача кисню і т.д.), і ситуацію, що викликає психологічний дискомфорт (втома, потрапляння в небезпечні режими польоту).

Слабкий та короткочасний стрес навіть корисний. Цей стрес зазвичай покращує вміння людини діяти та вирішувати поточні завдання у ситуації, що його викликала. При цьому підвищується зібраність, швидкість реакції, сила та швидкість руху. Тіло та розум адаптуються до зміни умов і починають працювати ефективніше ніж у звичайному, нестресовому стані. 

Пілот Р. літає перший сезон. В польоті невпевнений, прогресує повільно. У розмові з інструктором зізнається, що боїться ліьтати і не знає що з цим робити.

Пілот П. під час Чемпіонату Європи потрапляє в небезпечний режим польоту на параплані власної конструкції і змушений відкрити рятувальний парашут. Він здійснює посадку на маленьку купку піску посеред розкиданої будівельної арматури. Три наступних дні П. не літає, тому порядно відстає за результатами від своїх суперників. Потім знаходить сили продовжити польоти.

Пілот Н. після тривалого польоту на висоті 4500 метрів розповідає, що побачив поруч незнайомий сріблястий параплан, який пізінше зник. Проаналізувавши політ на землі, дійшов висновку, що ніякого параплана поруч насправді не було, а побачене – наслідок “кисневого стресу” внаслідок довгого польоту на великій висоті.

Та все ж медаль має і іншу сторону. Надто сильний та довгий стрес вичерпує можливості адаптації організму та психіки. Тіло та розум перестають долати навантаження, і людина діє істотно менш ефективно, ніж в початковій фазі стресу чи до нього. 

Стрес, який виходить за рамки, з яким людина не може впоратися, потребує негайної утилізації, відновлення та відпочинку. Особливо довго після стресу відновлюється психіка. У багатьох пілотів, що зазнали впливу надто сильно стресу, психіка повністю не відновлюється, навіть після багатьох місяців та років.

Стрес – постійний супутник пілота. Людина не створена природою для польотів, і практично кожен політ приводить нас до стресового стану, усвідомлюємо ми це чи ні. Тому контроль над стресом – одне з найважливіших завдань пілота.

2.1. Які фактори, що діють на нас в польоті можуть створювати стрес?

• страх – одна з найпоширеніших причин стресу, він потребує окремого і ретельного розгляду;
• тривале нервове та фізичне напруження викликане польотом – пілотам властиво недооцінювати втрату сил в польоті, а 2-3 годинний політ може бути на межі можливостей недосвідченого пілота;   
• вплив навколишнього середовища – переохолодження під впливом вітру і холоду при польотах на великій висоті – нестача кисню.

Постійне перебування на холодному вітрі (що типово для польотів на параплані) при неправильному виборі одягу потребує додаткових витрат енергії, що може доволі щвидко спричинити фізіологічний стрес. Як правило, пілот, “завантажений” пілотуванням і тактикою, починає помічати переохолодження тільки тоді, коли воно стає достатньо сильним. А помітивши його – зазвичай продовжує політ на тій же висоті. Адже висота – це це найбільша перевага і запорука безпеки в маршрутному польоті. Більше того – переохолодження виникає тоді, коли пілот недооцінив температуру і можливу тривалість перебування на такій висоті, де холодно. Тобто, власне, не врахував погодні умови. Спокуса продовжувати маршрут наперекір втомі та сильному холоду дуже велика. Тому краще вдягнути одягу на 1-2 шари більше перед зльотом ніж тремтіти від холоду на хорошому маршруті.

Переохолодження і навіть просто охолодження в польоті часто дає ще один неприємний побічний ефект: переповнений сечовий міхур. Це не смішно! Навіть, якщо пити перед стартом і трохи в польоті, на холоді така проблема може виникнути буквально через 1-2 години польоту. Відповідно захист від холоду має подвійну важливість.

З висотою справа складніша. Фізіологічні ознаки стресу у нетринованих людей проявляються уже на висоті 2000-2500 метрів над рівнем моря, хоч на такій висоті їх помітити не завжди легко. У великій авіації польоти без кисневого обладнання на висоті більше 4000 метрів заборонені, в основному через проблему зі швидкістю реакції. З парапланами все простіше. Парапланеристи не однократно піднімались на висоту 5000 метрів і більше без додаткового кисню, часто помічаючи при цьому різноманітні ознаки стресу – від утоми та головної болі до неадекватного сприйняття реальності – але в цілому зберігаючи здатність пілотувати параплан. Як показує практика, фізично здоровий, міцний, досвідчений пілот-парапланерист зазвичай може працювати на висотах приблизно 4000-4500 метрів на протязі одної, рідше двох годин підряд. У поєднанні з дією холоду і втомою нестача кисню може викликати потужний стрес. Особливо небезпечно те, що ознаки небезпечного погіршення стану пілота, що виникає через нестачу кисню, виражаються слабко і не завжди дозволяють чітко зрозуміти ту грань, за якою продовження польоту стає небезпечним.

Звичайно кожен пілот може розширити свій власний список чинників стресу, враховуючи власну специфіку польотів та особистих факторів. Однак найпоширеніші і найважливіші з них ми перерахували. І що ж з ними робити?

Стало страшно? Летимо на посадку або хоча б у місце, де летіти уже не так страшно – на більш спокійні погодні умови наприклад.

Втомились в польоті – йдем на посадку.

Холодно, проблеми з диханням – спускаємось нище, де буде тепліше і комфортніше, або, знову ж таки, йдем на посадку.

Як показує практика, на диво хорошим засобом боротьби з психологічним, а частково і фізичним стресом в польоті є… прохолодна питна вода. Кілька ковтків – і пілот заспокоюється, почувається краще і готовий далі боротися зі стихією. Всі без винятку досвідчені пілоти літають з питними системами. Застосування питних систем можна порекомендувати всім, хто знаходиться в повітрі більше 1-2 годин.

Що робити, якщо стресова ситуація повторюється кожного польоту, заважає літати і прогресувати? 

Тренуватися! Перші два стресові фактори – страх і втома – вони завжди є наслідком недостатньої підготовки пілота до тих умов, в яких він знаходиться.

Тренування витривалості надзвичайно важливе для будь-якого пілота, що має хоча б мінімальні спортивні амбіції. При чому ці тренування необов’язково проводити у важких льотних умовах. Навіть регулярні польоти в простих умовах (наприклад “ширяння” політ в динаміках) на 4-5 годин помітно підвищують витривалість. В будь-якому випадку потрібно привчати себе до довгих польотів – це корисно і для відпрацювання навиків пілотування і для підвищення витривалості.

Стійкість до нестачі кисню також можна підвищити шляхом тренувань, але це вже виходить за рамки цієї книги.

3. Страх

Страх переслідує пілота частіше ніж прийнято думати. Адже визнати, що ти боїшся дуже непросто. Практично кожен пілот в більшій чи меншій мірі, частіше чи рідше відчуває чи продовжує відчувати страх в польоті чи перед ним.

Чи це нормально?
Абсолютно нормально!

Політ – неприродній стан людини і не дивно, що з польотом може бути зв’язана велика кількість різноманітних страхів. Повна відсутність страху при виконанні льотних завдань – швидше проблема ніж правило.

Не потрібно соромитися страху чи ігнорувати його. Зі страхом потрібно працювати і використовувати його на благо, перш за все для підвищення безпеки польотів. Більше того – відсутність страху у сфері польотів не можна розглядати як норму.

Надто сильний страх, впринципі, теж не допускається. Якщо перед, чи під час польоту страх починає заважати – потрібно сміливо і рішуче… відмовитися від того, що викликає страх.

Вміння відмовитися від польоту чи його частини не менш важливе, ніж вміння літати. Досвідченого пілота відрізняють саме по вмінню вчасно відмовитися від польоту чи перервати політ, якщо стрес стає надто сильним.

Існують загальни методи боротьби зі страхом.

Перш за все, це поетапно послідовно вивчати щось нове. Якщо якесь льотне завдання викликає надто сильний страх – потрібно відмовитися від його виконання. Але в наступних польотах завдання потрібно поступовов виконувати, спрощувати його, викорінюючи страх та його джерела.

Страх, який відчуває пілот перед і під час польоту, повинен виступати обмежувачем ризику.

Не більше і не менше.

Страх не повинен бути надто сильним, але і повна його відсутність повинна насторожувати. І навіть, якщо льотні умови і завдання об’єктивно не передбачають серйозного ризику, завжди потрібно пам’ятати, що ми всього-на-всього гості в небі. І не розслаблятися повністю в жодному польоті, ні на секунду.

3.1. Страх невідомого

Пілотам властиво боятися того, з чим не доводилось мати справу. Пілоти, в яких жодного разу не складалось крило, часто цього бояться.

При чому невідоме стрешне, внезалежності від того чи несе воно в собі додатковий ризик. Зустрічаються пілоти які бояться “літати взагалі” – і всеодно літають з тих чи інших причин…

Страх невідомого – абсолютно нормальне явище. Перебуваючи в новій, незнайомій ситуації, яка потенційно загрожує здоров’ю і життю (а це кожен політ!), людина з нормальною психікою обов’язково буде перейматися за власне життя і здоров’я.

Методи боротьби зі страхом невідомого:

• теоретична підготовка – навіть не підтверджене власним досвідом знання може значно послабити та полегшити стрес, якщо його неможливо уникнути під час освоєння нового;
• поступове освоєння нового – поступове перетворення незнайомої ситуації в знайому. Дуже важливо правильно “дозувати” новизну, переходити до нових етапів тільки тоді, коли надійно освоєний попередній. Наприклад, якщо пілот освоює польоти в “бовтанку”, то слід спочатку здійснити багато польотів при легкій турбулентності і тільки потім знайомитися з більш серйозною “бовтанкою”.
• польоти групою – коли при освоєнні нового поряд летить ще хтось, новизна сприймається комфортніше. Крім того, польотам групою більшість віддає перевагу з міркувань безпеки. 

3.2. Страх потрапити в уже пережиту небезпечну ситуацію.

Страх, з яким чи не найважче боротися. Цей страх підкріплений особистим досвідом пілота, тому для боротьби з цим страхом потрібно новий – позитивний! – особистий досвід.

В парапланеризмі не рідкість, коли пілот потрапляє в ситуацію, яка викликає в нього неймовірний страх, та, при цьому, він успішно завершує політ без травм. Змусити себе літати відразу після цього важко, виникає беззмістовний страх знову потрапити в таку ж ситуацію. Тим не менше, цей страх потрібно обов’язково побороти – і чим швидше, тим краще. В ідеалі – відпочити хвилин 15-20 і знову на старт. Дуже важливо після пережитого страху знову полетіти, впевнитися на власному досвіді, що пережита небезпека позаду, “залітати” пережитий страх. Звичайно такий політ не повинен проходи у відверто небезпечних умовах – але він необхідний для відновлення віри в себе. Зазвичай в перші секунди і навіть хвилини такого польоту (“залітання”) страх стає дуже гострим, але потім він відступає, і повертається почуття довіри. Якщо ж відразу не “залітати” пережитий страх – він може зберегтись надовго, і побороти його буде куди важче.

3.3. Страх висоти.

Як не дивно, рідко впливає на здатність пілотувати параплан. В польоті висота зазвичай сприймається по-іншому, і люди, які страшенно бояться висоти, наприклад, на “скалодромі”, часто здатні літати на парапланах без зайвого нервового напруження.

Якщо страх висоти все ж заважає пілотувати параплан – боротися з ним можна, поступово привчаючи себе до висоти.

Якщо страх стійкий – можливо вам не варто літати на параплані.

4. Прийняття рішень

Потрапивши в небезпеку, пілот рідко має великий запас часу на прийняття рішення і активні дії. Параплан склався – і у нас в запасі якісь долі секунди для того, щоб зрозуміти що сталось і почати правильно діяти. При потраплянні в швидкоплинні небезпечні ситуації пілота може чатувати додаткова небезпека, джерелом якої є сам пілот – нерішучі діїі та зміна рішень.

Це може здатися дивним, але чітке виконання неправильного рішення може бути значно безпечнішим, ніж спроба його змінити.

Зміна рішення – це завжди трата часу, якого в небезпечній ситуації зазвичай не вистачає.

Зміна рішення – це купа дій, які доводиться здійснювати тоді, коли кожна дія потребує виняткової швидкості та точності. Тому прийняте рішення краще не змінювати.

Як уникнути метушні, як навчитися швидко і чітко примати рішення? Ймовірно, є тільки один  готовий ре….

Пілот А пілотує свій старий болоньєвий параплан на висоті кілька метрів над стартом, піддаючись ризику. Підвісна система – без протектора, також дуже стара, на ногах тонкі кросівки, немає шолома, голі лікті. В результаті одного з маневрів на великій швидкості зіштовхується з дівчиною, що стоїть до нього спиною. Удар дуже сильний, дівчина падає, виникає підозра на струс мозку. Пілот негайно здійснює посадку.

Кличу його в бік, що обговорити ситуацію. Пілот дуже самовпевнений, стверджує, що завжди контролює будь-яку ситуацію.

Питаю – тоді як вийшло, що при повному контролі ситуацією відбувся удар по голові глядача? Пілот спочатку починає невпевнено розмірковувати про “бовтанку” (погода, иіж іншим, дуже спокійна), потім робить довгу паузу… “Виходить, я не завжди все контролюю”, нарешті говорить А.

Планування польоту – це наша особиста відповідальність, навівть тоді, коли план складається разом з інструктором. 

Прийняття рішення летіти чи відмовитися від польоту – наша особиста відповідальність, і ніякий інструктор не бере її на себе.

Всі наші дії в польоті (навіть при постійному контролі через радіозв’язок з інструктором) – це знову ж таки наша особиста відповідальність, яка триває від моменту відриву до моменту знерухомлення крила на землі. Про це потрібно пам’ятати постійно, в кожен момент кожного польоту. І тоді нічого в польоті не буде відбуватися зненацька, несподівано.

Відповідальний пілот намагається передбачити все і мати план дій на будь-який можливий випадок. В цьому, на мій погляд, і полягає відповідальність пілота.

Плануйте кожен ваш політ. кожну вашу дію. В небі нема на кого перекласти відповідальність на сипадок падіння і травм. Пам’ятайте про те, що ми самі відповідаємо за себе та інших в кожному польоті.

В., досвідчений пілот і тандем-майстер, виконує зліт з пасажиркою зі складного старту, який не дає права на помилку, тому що попереду обрив. Крило виходить прекрасно, розбіг… Перед самим обривом параплан різко втрачає навантаження, частково складений, падає вниз на скелі.

Складні спасроботи, дуже важкі травми у пілота і пасажирки, довгі місяці одужання… Потім виявляється, що перед самим відривом з однієї ноги пасажирки злетіло легке взуття, і дівчина різко потягнулась вниз-назад, намагаючись підхопити його руками. Старт був зірваний.

Здавалося б винна пасажирка, але це тільки здається. Винен пілот. Він повинен був або забезпечити пасажирку придатним для польотів взуттям, або відмовити в польоті.

Психологія льотчика в автоматизованому польоті

Сучасна авіаційна техніка стає щораз кращою, та не кожен льотчик здатен нею управляти. При цьому він втрачає практичні навики, тому йому важче приймати рішення в критичній ситуації. Тобто літаком не стало легше керувати, подекуди навіть тяжче, адже новітні техноголії пройшли вже точку (F) оптиамального навантаження, позначену на графіку.

Вивчаючи дії льотчика під час керування рухом літака, вчені дійшли висновку, що цей процес складається з трьох взаємопов’язаних, повторюваних фаз: сприйняття, обчислення (прийняття рішення) і виконання. У разі відсутності будь-якої з них дії людини стають неефективними і навіть безглуздими.

Взявши за підгрунтя дослідження авіакатастроф з вини льотчиків, вчені зробили висновок, що більшість з них психологічно спричинені відсутністю останньої фази процесу керування літаком – “виконання”, що, впринципі, означає відсутність практики пілотування.

З іншого боку, навіть, якщо і є досвід управління літальним апаратом, то відсутність “виконання” спричиняє “недбале” ставлення до перших двох фаз. Внаслідок, льотчик не може швидко взяти в руки складну ситуацію – він або оцінює її неправильно, або йому не вистачає часу на виконання самостійного ручного пілотування.

Логічно, що підвищення рівня складності будови літака збільшує психологічне навантаження на льотчика. Відповідно, необхідно здійснювати ряд заходів щодо зниження цього рівня в польоті. Серед них, вдосконалення методики підготовки льотного складу до експлуатації сучасних автоматизованих систем керування літаком. Адже ці системи передбачають управління літаком, де дії в критичних ситуаціях засновані не на досвіді чи знаннях, а на правилах. Ці правила, а також висновки випробування літальних апаратів не дають льотчику чіткого уявлення про роботу системи управління, що призводить до невиправних помилок, невірно прийнятих рішень, пошкодження техніки та летальних випадків.

Тому сучасні науковці відстоюють думку, що слід навчити льотчика аналізувати власні помилки та закріплювати правильні дії на тренажерах. Але цього, звісно, недостатньо. Льотчик повинен чітко знати як працює літальний апарат, який він пілотує, зокрема, як працює вся електронно-обчислювальна техніка, адже тільки тоді він матиме змогу виходити з можливих нештатних ситуацій.

Як і в будь-якій галузі, в авіації мусить бути вікова розмежованість у навчанні та пристосуванні до новітніх технологій. Старші льотчики не розумітимуть дію техніки і вважатимуть її зайвою, зате, навідміну від молодих спеціалістів, при відмові приборів легше вийдуть з положення.Тому в підготовці досвідченого льотчика слід робити наголос на особливості функціонування техніки – на теорії. А молодь мусить набиратися досвіду в практичних заняттях різного характеру – як насичених, так і одноманітних.

Вступ

Літаючий об’єкт – це пристрій чи машина для польотів в атмосфері та космічному просторі. 

Класифікація літаючих об’єктів може будуватись за найрізноманітнішими критеріями: за типом використовуваного двигуна, за призначенням ЛА, за будовою фюзеляжу та іншх частин апарату, за способом керування, за вантажопідйомністю.

Найголовнішою є класифікація ЛА за принципом польоту.

Таким чином ЛА класифікуються:

• Апарати, які рухаються в гравітаційному полі Землі (долають силу тяжіння).
• Апарати вільного польоту – апарати, на які не впливає гравітація  (космічні зонди).

2.1 Види долання сили тяжіння

1. Аеростатичні ЛА – легші за повітря ЛА (долають силу тяжіння за законом Архімеда) 

Закон Архімеда: вага тіла в рідині чи газі менша за його вагу в пустоті на величину, рівну вазі витисненого повітря чи рідини

Аеростатичні ЛА поділяються:

• А)  Аеростати – повітряні кулі
• Б) Дирижаблі – мають двигун і засоби керування для цілеспрямованого пересування в площині.

2. Аеродинамічні ЛА – апарати, політ яких забезпечується підйомною силою за рахунок руху апарата в повітрі. До них відносяться:

А) Моторні ЛА, які в свою чергу поділяються на:

• Апарати з нерегульованою висотою польоту: екранольот, екраноплан. 
• Апарати з регульованою висотою польоту: вертольоти, крилаті апарати з нерухомим крилом (літаки, крилаті ракети, мотодельтаплани, парамотори, паратрайки), крилаті апарати з рухомим крилом  (автожир, махольот), гвинтокрил.

Б) Безмоторні ЛА – апарати, які рухаються в атмосфері з поступовим зниженням під дією сили тяжіння та аеродинаміки: планери, дельтаплани, параплани, парашути, спуск альні апарати космічних кораблів.

3. Літаки з аеростатичною розгрузкою – ЛА з жорстким фюзеляжем, в якому розміщений балон з гелієм, який може збільшити підйомну силу до 80%. 

До таких ЛА можна віднести радянський проект «Барс» для перевезення вантажів і пасажирів по просторах Сибіру)

4. Інерційні – ЛА, – які Рухаються в полі тяжіння Землі по інерції за рахунок швидкості, заданої їм на активній ділянці траєкторії ракетним двигуном.

5. Ракетні ЛА – які рухаються переважно по вертикальній траекторії і їхній рух відбувається за рахунок тяги ракетного двигуна. Це балістичні ракети(спочатку діє двигун, потім ракета рухається по прийнятій траєкторії), ракети носії космічних апаратів.

6. Апарати на повітряній подушці – відриваються від поверхні за рахунок сильного тиску повітря, який забезпечують компресори.

2.2 Мало розповсюджені ЛА і рідко використовувані.

2.2.1 Аеростатичні ЛА

• прив’язані
• вільно літаючі 
• аеростати з двигуном – дирижаблі

Повітряна куля – вільно літаючий аеростат (некерована, рухається за вітром). За типом наповнення вони поділяються:

• газові (шарльєри) – закрита куля з шовкової тканини змочена розчином каучука і скіпідару, наповнена легшим за повітря газом переважно воднем або гелієм. 
  Вони були винайдені Жаком Олександром Сезарем Шарлем. Перший політ шарльєр здійснив 27 серпня 1783р. на Марсовому полі в Парижі.
• теплові (монгольф’єри) – тканинна оболонка в який знаходиться нагріте повітря.
  Назву отримав за прізвищем винахідників братів Монгольф’є – Жозеф-Мішеля і Жак-Етьєна. Перший політ здійснив в місті Анноне (Франція) 5 червня 1783р.
• комбіновані.

Використання: 

Використовуються аеростати в найрізноманітніших галузях: для дослідження атмосфери, для встановлення відео спостереження та розвідки, для метеорологічних досліджень. В другій світовій війні їх застосовували для захисту важливих об’єктів від повітряних атак, з розрахунком на те що літаки противників будуть врізатись в троси, до  яких прив’язані аеростати.

Дирижабль – аеростат з двигуном, за допомогою якого можна рухатись в потрібному напрямку не зважаючи на повітряні потоки.

Принцип польоту. Висота набирається завдяки рулям висоти. Випуск газу чи скидання баласту відбувається дуже рідко. Приземляється дирижабь теж завдяки рулям висоти але не перпендикулярно до землі, а поступово як літак. Потім його тросами прив’язують до причалу. Також можливе причалювання до спеціальної  щогли. 

Бувають три основних типа конструкції дирижаблів:  мякий, напівжорсткий і жорсткий.

Напівжорсткий відрізняється від м’якого наявністю жорскої основи внизу. Форму дирижаблі набуваюсь завдяки надлишкового тиску газу на стінки.

Жорсткий дирижабль має незмінну форму завдяки металевому (рідше – дерев’яному) каркасу, який обтягують тканиною. Газ знаходиться в мішках (балонах) з газонепроникної тканини. Також були спроби зробити безкаркасний жорсткий дирижабль, але тільки одна з них була вдалою. 

За формою дирижаблі поділяються на: 

• сигароподібних із зменшеним лобовим опором (таких більшість). 
• еліпсоїдні – у вигляді еліпсоїда (із зменшеним опором бічному вітрі); 
• дискові – у вигляді диска; 
• лінзоподібні – у вигляді двоопуклою лінзи; 
• тороїдальні – у вигляді тора (бублика), призначені для використання в якості повітряного крана; 
• V-подібні; 
• «Вертикальні дирижаблі», що нагадують формою літаючі хмарочоси  – призначені для польотів над містами, де вулиці створюють умови для сильного вітру, що дме вздовж будинків, що призводить до турбулентним течіям повітря.

Переваги використання дирижаблів:

• Висока вантажопідйомність і дальність перельотів без посадки.
• Досяжна вища надійність і безпека проти літаків і гелікоптерів.
• Дешеві перевезення, особливо негабаритних і масивних вантажів.
• Розміри внутрішніх приміщень можуть бути значними.
• Тривалість знаходження у повітрі.
• Дирижаблю не потрібна злітно-посадкова смуга (проте потрібна причальна щогла) — ба більше, він може узагалі не приземлятися, а просто «зависати» над землею (що, втім, можливо лише за відсутності вітру).

Недоліки дирижаблів:

• Відносно мала швидкість порівняно із літаками і гелікоптерами, низька маневреність — у першу чергу через високий аеродинамічний опір при польоті.
• Складність приземлення.
• Значні розміри потрібних ангарів/елінгів, складність зберігання і обслуговування на землі.

1. Екранольот і екраноплан

Це повітряні судна, які для польоту використовують екранний ефект. Цей ефект являє різке збільшення вантажопідйомності при польоті на низькій висоті (1-1,5м). простішими словами – динамічна повітряна подушка/

Позитивні якості екранопланів і екранольотів 

• висока живучість 
• досить висока швидкість 
• у екранопланів висока економічність і вища вантажопідйомність в порівнянні з літаками, так як підйомна сила складається з силою, що утворюється від екранного ефекту. 
• екраноплани за швидкісними, бойовим і вантажопідйомним характеристиками перевершують судна на повітряній подушці та судна на підводних крилах 
• для військових немаловажна помітність екраноплана на радарах внаслідок польоту на висоті кількох метрів, швидкохідні, несприйнятливість до протикорабельних мінах 
• для екранопланів не важливий тип поверхні, що створює ефект екрана – вони можуть переміщатися над замерзлою водною гладдю, сніжної рівниною, над бездоріжжям і т. д.; як наслідок, вони можуть переміщатися по «прямим» маршрутами, їм не потрібна наземна інфраструктура: мости, дороги і т. д. 
• сучасні екранольоти набагато безпечніші від звичайних літаків: у разі виявлення несправності у польоті амфібія може сісти на воду навіть при сильному хвилюванні. Причому це не вимагає здійснення яких-небудь передпосадкового маневрів і може бути здійснено просто скиданням газу (наприклад у випадку несправності двигунів). Також і сама несправність двигуна часто не настільки небезпечна для великих екранопланів з огляду на те, що вони мають декілька двигунів, розділених на стартову і маршову групу, і несправність двигуна маршової групи може бути компенсована запуском одного з двигунів стартової групи. 
• екранольоти відносяться до безаеродромной авіації – для зльоту і посадки їм потрібна не спеціально підготовлена злітна смуга, а лише достатня за розмірами акваторія або рівну ділянку суші. 

Недоліки екранольотів та екранопланів: 

• одним з серйозних перешкод регулярної експлуатації екранопланів є те, що місце їх передбачуваних польотів (уздовж річок) дуже точно збігається із зонами максимальної концентрації птахів 
• управління екранопланом відрізняється від управління літаком і вимагає специфічних навичок 
• екраноплан «прив’язаний» до поверхні і не може летіти над нерівною поверхнею; цього недоліку позбавлений екранольоти 
• хоч політ «на екрані» і пов’язаний з меншими енергетичними затратами, ніж у літака, однак процедура старту вимагає більшої тяговоозброєність, порівнянної з такою у транспортного літака, і відповідно застосування додаткових стартових двигунів, –незадіяних на маршовому режимі (для великих екранопланів), або особливих стартових режимів для основних двигунів, що веде до додаткової витрати палива

2.2.3 Вертольоти

Вертолі́т (гелікоптер) — літальний апарат, важчий за повітря. Підйом і переміщення в повітрі забезпечується гвинтом, що обертається в горизонтальній площині. Переміщення забезпечується нахилом у відповідному напрямку несного гвинта.

Оскільки гвинт, що обертається, створює значний обертальний момент, цей момент необхідно компенсувати.

Переважно використовується дві схеми компенсування обертального моменту — два горизонтальні співвісні гвинти однакового розміру, які обертаються у протилежних напрямках, та схема, де обертальний момент великого горизонтального несучого гвинта компенсується меншим вертикально розміщеним гвинтом.

Схема з вертикально розміщеним рульовим гвинтом називається класичною, оскільки, ЛА такого типу з’явився першим. Якщо рульовий гвинт виконаний в вигляді пропелера, вбудованого в хвостове оперення, то його називають фен естроном.

Іншим варіантом компенсації обертального моменту є два несучих гвинта , що обертаються в протилежні сторони (співвісьна схема). Перевагою цієї схеми є можливість злітати у доволі тісному просторі, а недоліком – можливість зіткнення гвинтів при різкому маневрі.

Класифікація вертольотів:

За кількістю та розташуванням гвинтів:

• Одногвинтові з рульовим гвинтом
• Одногвинтові зі струйною системою наведення
• Одногвинтові з реактивним принципом повороту лопатей
• Двохгвинтові повздовжньої схеми
• Двохгвинтові поперечної схеми
• Двохгвинтові співвісної  схеми
• Двохгвинтові з площинами роторів, що перетинаються

(синхроптер)

• Багатогвинтові (вертольоті платформи)
• Гвинтокрили
• Конвертоплани

За вантажопідйомністю:

• Легкі
• Середні
• Важкі

За призначенням:

• Багатоцільові
• Пасажирські
• Транспортні
• Вертольоти-крани
• Розвідувальні
• Бойові

Принцип польоту:

Керування вертольотом по крену і тангажу здійснюється за допомогою циклічної зміни кута установки лопатей, що називається циклічним кроком за допомогою автомату перекоса. Керування по рисканню здійснюється по різному в залежності від аеродинамічної схеми вертольота і може бути реалізоване за допомогою рульового гвинта (у вертольотів класичної схеми), різниці загального кроку (у двохгвинтових вертольотів), за допомогою реактивного сопла(у вертольотів зі струйною схемою). Керування вертольотом можливе і при зупинці двигуна. Повітряний потік, що виникає при русі вертольота підтримує обертання гвинта. Це явище називається авторотацією. При великій висоті у пілота достатньо часу, щоб здійснити більш-менш м’яку посадку. Використання цього явища входить в програму підготовки пілотів. Вертольоти володіють якостями, які надають їм ряд переваг над іншими ЛА. Як злітно-посадкові площадки вони можуть використати дахи будинків, галявини в лісі , пляжі. Їм не потрібні спеціальні злітні смуги, можуть перевозити вантажі на підвісі, що дозволяє їм виконувати різні специфічні завдання.

2.2.4 Автожир

Літальний апарат важчий за повітря, який утримується в повітрі завдяки гвинту, що розміщений над фюзеляжем  і вільно обертається від дії зустрічного повітряного потоку (явище авторотації).

У той же час автожир має ще й тягнучі/штовхаючі гвинти (пропелери), як і у звичайного літака часів поршневої авіації. Цей маршовий гвинт задає автожиру горизонтальну швидкість. 

Більшість автожирів не можуть злітати вертикально, але їм потрібно набагато коротший розбіг для зльоту (10-50 м), ніж літаку. Майже всі автожири здатні до посадки без пробігу або з пробігом всього кілька метрів, до того ж ці апарати здатні висіти при сильному зустрічному вітрі. Таким чином, за маневреністю вони перебувають між літаками і вертольотами, трохи поступаючись вертольотам і абсолютно перевершуючи літаки. 

Автожири, в деякому відношенні, перевершують літаки і вертольоти з безпеки польоту. Літаку небезпечна втрата швидкості, оскільки він звалюється при цьому в штопор. Автожир при втраті швидкості починає знижуватися. При відмові мотора автожир не падає, замість цього він знижується (планує), використовуючи ефект авторотації (несучий гвинт вертольота при відмові двигуна також переводиться в режим авторотацію, але на це витрачається кілька секунд, важливих при вимушеній посадці). Пілот може в повній мірі керувати напрямком зниження, використовуючи всі системи управління автожирів. При посадці автожира не потрібна посадкова смуга, що теж важливо для безпеки польоту, особливо при вимушеній посадці в незнайомому місці. 

Швидкість автожира така ж як і швидкість легкого вертольота і трохи поступається легкому літаку. Собівартість льотної години автожира в кілька разів менше, ніж у вертольота, завдяки відсутності складної трансмісії. Типові автожири літають зі швидкістю до 180 км / год (рекорд 207,7 км / ч), а витрата палива складає 15 л на 100 км при швидкості 120 км / ч. Таким чином, за швидкістю і економічності автожир нагадує автомобіль, з тією різницею, що не застряє в пробках. 

Ще однією їх перевагою є широкий огляд і набагато менша, ніж у вертольотах, вібрація, що робить їх дуже зручними для аерофотозйомок, відеозйомок і спостереження. 

Автожир також має істотну перевагу перед іншими типами легких літальних апаратів: на ньому можна літати навіть у сильний (до 20 м / с) вітер. 

Більшість автожирів одно- і двомісні. Існують і тримісні моделі – російський автожир «Мисливець-3», що випускається науково-виробничим центром Аеро-Астра-Автожир і автожир А-002, що серійно випускається ІАПО «Іркут». При швидкості вітру більше 8 м / с злітає з місця, в штиль потрібен розбіг до 15 м. 

Наймасовішими в останні роки стали автожири німецької компанії Autogyro Gmbh. Починаючи з 2003 року випуск цих апаратів швидко збільшувався і зараз становить більше 300 машин на рік.

Деякі автожири здатні до стрибкового зльоту. При цьому лопаті несучого гвинта ставляться горизонтально, гвинт розкручується, а потім лопасті повертаються. Зліт відбувається по вертикалі. Здійснення такої схеми вимагає значного ускладнення конструкції втулки ротора, тому автожири з стрибкові злетом мало поширені. 

Багато автожириів оснащені попереднім розкручуванням ротора. У цьому випадку ротор розкручується до початку розбігу автожира (через передачу від маршового двигуна або від окремого привода). Попереднє розкручування значно скорочує довжину злітноого розбігу автожира.

Класифікація автожирів:

По розташуванню маршового гвинта автожири поділяються на 2 типи: з тягнучим гвинтом (історично перші апарати) і з штовхаючим гвинтом (найбільш поширені в даний час). Переваги схеми з тягнучим гвинтом: краще охолодження двигуна за рахунок обдування гвинтом, і дещо більша безпека при аварії з ударом носовою частиною (в схемі з штовхаючим гвинтом за такої аварії двигун, розташований за кабіною, може завалитися вперед і травмувати пілота). У той же час, у схемі зі штовхаючим гвинтом кращий огляд з кабіни. У обох схем є й інші властиві їм переваги і недоліки.

1. Махольот 

Літальний апарат важчий за  повітря, рушієм якого є махаюче крило. Таким чином літають птахи, комахи і летючі миші, адже людина здавна прагнула імітувати їх політ. Але до нинішнього часу махольоти в основному будуються таких же розмірів, як птахи і комахи, створення більш великих махольотів стикається зі значними труднощами. Ці труднощі викликані насамперед надзвичайною складністю крила як механізму. Тим не менше робилося багато спроб побудувати махольот, яким могла б керувати людина, і деякі такі махольоти були здатні літати  (правда, тільки на невеликі дистанції).

Інтерес до махольотів пов’язаний з тим, що теоретично вони могли б мати вертикальний зліт і посадку, подібно до вертольотів, а в горизонтальному польоті наближатися по ефективності до літаків. Однак сучасні методи розрахунку свідчать, що такі крила навіть менш ефективні, ніж вертолітний несучий гвинт. Це пов’язано з тим, що вертолітна лопасть описує повне коло, не здійснюючи зворотно-поступальних рухів. Махаюче крило на початку і в кінці циклу помаху неминуче повинно зупинитися. У цей момент його швидкість відносно повітря, а, отже, і підйомна сила рівна нулю. Крім того, махають крила значно конструктивно складніше вертолітної лопаті, що робить його набагато важчим. 

Цікаво, що застосування простої конструкторської формули до махольоту пророкує неможливість побудови машини важче 50 кг. Природно, дані беруться з авіаційної статистики, відносно сучасних конструкційних матеріалів.

В наш час доктор інженерних наук з аерокосмічного інституту університету Торонто Тодд Реікхарт винайшов орнітоптер – апарат, який летить за рахунок руху крилами. 

Унікальність апарату в тому, що у нього немає ні мотора, ні пропелера, а тільки крила, завдяки яким апарат рухається по повітрю. І це зовсім не утопія. Канадський вчений не просто винайшов і сконструював оригінальний літак Snowbird, але ще й встиг його випробувати. Сконструйований літальний апарат з вуглеволокна, піноматеріалу і коркового дерева. При розмасі крил 32 м і вазі 42 кг, орнітоптер долає відстань приблизно в 230 м, рухаючись зі швидкістю 25 км / ч. Звичайно, без допомоги тягача Snowbird злетіти не зможе. Однак, як показали випробування, вже в повітрі літак летів добре. Сам автор винаходу Реікхарт крутив педалі, приводячи в рух крила літака.

2.2.6 Гвинтокрил

Гвинтокрил – це ЛА в якому поєднані риси вертольота та літака. Завдяки несучому гвинту він може здійснювати вертикальний зліт та посадку, а сам політ здійснюється завдяки наявності крила і двигунів з тягнущими гвинтами, які дозволяють розвинути досить високу швидкість горизонтального польоту. При цьому гвинт працює в режимі авторотації.

2.2.7 Конвертоплан

(англ. tiltrotor aircraft) — окремий тип повітряного судна, літальний апарат з фіксованим крилом, що може виконувати вертикальний зліт/посадку і можливість фізично повертати двигуни (за звичай — пропелери) на 90 градусів для створення вертикальної підіймальної сили або горизонтальної тягової.

Особливість конвертоплана — це те, що його ґвинти повертаються, на відміну від ґвинтокрила, ґвинти якого зафіксовано на кінцівках крила. 

2.3 Літак

Літак — літальний апарат важчий за повітря для польотів в атмосфері за допомогою двигуна і нерухомих крил (крила). Літак здатний переміщатися з високою швидкістю, використовуючи підйомну силу крила. 

Літак складається з п’яти обов’язкових елементів:

1. Крило
2. Силова установка
3. Шасі
4. Хвостове оперення
5. Фюзеляж

Класифікація літаків може бути дана за різними ознаками:

За призначенням:

• Військові:
  • винищувачі
  • бомбардувальники
  • ракетоносії
  • штурмовики
  • розвідники
  • коректувальники
  • багатоцільові і спеціальні
  • транспортні
  • десантні
• Цивільні:
  • пасажирські — перевезення пасажирів
  • транспортні — транспортування вантажів
  • поштові — доставка пошти
  • сільськогосподарські — обробка сільськогосподарських угідь
  • учбові — навчання льотного складу
  • спортивні — заняття авіаційним спортом
  • спеціальні (експериментальні, санітарні, геологорозвідувальні)

За злітною масою

• 1-го класу (75 т і більше)
• 2-го класу (від 30 до 75 т)
• 3-го класу (від 10 до 30 т)
• 4-го класу (до 10 т).

За типом і числом двигунів:

• За типом двигунів:

• поршньові (ПД)
• турбогвинтові (ТГД)
• реактивні (РД)
• За числом двигунів:

• однодвигунні
• дводвигунні
• тридвигунні
• чотиридвигунні.
• шестидвигунні
• восьмидвигунні

За швидкістю польоту:

• дозвукові
• надзвукові
• гіперзвукові

За інтенсивністю турбулентності в сліді (залежить від максимальної злітної маси):

• важкі (136 т і більше)
• середні (від 7 до 136 т)
• легкі (до 7 т).

За компонувальною схемою. Класифікація за даною ознакою є найбільш багатоваріантною. Пропонується частина основних варіантів:

• за числом крил:
  • моноплани
  • півтораплани
  • біплани
• За розташуванням крила (для монопланів):
  • високоплани
  • средньоплани
  • низькоплани
• За розташуванням хвостового оперення:
  • нормальної схеми (оперення ззаду)
  • безхвістка
  • типу «качка» (оперення спереду);
• За типом і розмірами фюзеляжу:
  • однофюзеляжні (вузько- і широкофюзеляжні);
  • двухбалкової схеми («рама»);

За типом посадочних органів :

• сухопутні
• корабельні
• гідролітаки

За типом зльоту і посадки:

• вертикального
• короткого
• звичайного зльоту і посадки

За надійністю:

• експериментальні
• дослідні
• серійні

За дальністю польотів:

• магістральні дальні (6000 км і більше)
• магістральні середні (від 2500 до 6000 км)
• магістральні ближні (від 1000 до 2500 км)
• місцевого призначення (до 1000 км).

Моноплан (від грец. μόνος, «один» і лат. planum, «площина») — літак, що має одну несучу поверхню (одне крило), на відміну від біплана чи триплана.

По висоті установки крила щодо фюзеляжу моноплани підрозділяють на наступні типи:

Біплан — літальний апарат, що має дві несучі площини, розміщені одна над одною. Така конструкція дозволяє отримати велику площу крил і підіймальну силу при меншому розмірі крила, що дуже важливо при недостатній міцності. Недоліком є підвищений аеродинамічний опір. Були дуже популярними на зорі авіації, але поступово зійшли нанівець протягом 30-х рр.

Варіант біплана з площинами розташованими не одна над одною називають біплан-тандем. Така схема не поширена.

Один з найвідоміших біпланів в СРСР – знаменитий «кукурузник» АН-2.

Триплан – різновид літака, конструкція якого характеризується наявністю трьох крил – трьох поверхонь для створення підйомної сили. Як правило, крила розташовані один над одним, при цьому такий літак називають поперечним тріпланом. Найбільшого поширення такі Триплан придбали в роки Першої світової війни. 

Прагнення використовувати багато площин було характерною рисою зародження авіації – про аеродинаміку ще було практично нічого не відомо і творці перших літаків, практично завжди ентузіасти без серйозної освіти, намагалися використовувати більше площин. 

Однак через підвищений лобовий опір літаки такої схеми швидко поступилися біпланам і монопланам.

2.4 Принцип польоту літака

Хвостове оперення

Оперення літального апарату – це аеродинамічні поверхні, що забезпечують стійкість, керованість і балансування літака в польоті. Воно складається з горизонтального і вертикального оперення.

Основні вимоги до оперення:

• забезпечення високої ефективності при мінімальному лобовому опорі і найменшою масі конструкції,
• якнайменше затінення оперення іншими частинами літака – крилом, фюзеляжем, гондолами двигунів, а також однієї частини оперення іншою,
• відсутність вібрацій і коливань,
• пізніший, ніж на крилі, розвиток хвильової кризи.

Горизонтальне оперення (ГО) забезпечує повздовжню стійкість,

керованість і балансування. Воно складається з нерухомої поверхні – стабілізатора і шарнірно підвішеного до нього керма висоти.

Вертикальне оперення (ВО) забезпечує літаку шляхову стійкість, керованість і балансування щодо вертикальної осі. Воно складається з нерухомої поверхні – кіля і шарнірно підвішеного до нього керма напряму.

Види оперення

Форми поверхонь оперення визначаються тими ж параметрами, що і форми крила – подовженням, звуженням, кутом стріловидності, аеродинамічним профілем і його відносною товщиною. Розрізняють трапецевидне, овальне, стрілоподібне і трикутне оперення.

Схема оперення визначається числом його поверхонь і їх взаємним розташуванням. Найбільш поширені наступні схеми: 

• коробчасте оперення 
• схема з центральним розташуванням вертикального оперення в площині симетрії літака; горизонтальне оперення в цьому випадку може розташовуватися як на фюзеляжі, так і на кілі на будь-якому віддаленні від осі літака. Схему з розташуванням ГО на кінці кіля прийнято називати Т-подібним оперенням, 

Рисунок Схема з центральним розташуванням вертикального оперення

• схема з рознесеним вертикальним оперенням, і обидві його поверхні можуть кріпитися з боків фюзеляжу або на кінцях ГО; при двобалочній схемі фюзеляжу поверхні ВО встановлюються на кінцях фюзеляжних балок; на літаках типу «качка», «бесхвостка», «літаюче крило» розведення в встановлюється на кінцях крила або в середній його частині, 

Рисунок схема з рознесеним вертикальним оперенням

Рисунок Трьохкільве оперення та обернене нормальне

• V-подібне оперення, що складається з двох похилих поверхонь, що виконують функції і горизонтального, і вертикального оперення. Через малу ефективність та складність управління, таке оперення широкого застосування не отримало. 

Рисунок Різновиди V-подібного оперення

Необхідна ефективність оперення забезпечується правильним вибором форм і розташування його поверхонь, а також чисельних значень параметрів цих поверхонь. Щоб уникнути затінення, органи оперення не повинні потрапляти завихрені потоки, які зриваються з крила, гондол і інших агрегатів літака.                                                                                   

Крило літака

Крило в авіаційній техніці – поверхня для створення підйомної сили.

Зазвичай крило літака складається з центропланової частини, консолей (лівої і правої) і механізації крила. Також крило можна розділити на дві частини, ліве і праве напівкрило. Часто зустрічається термін «крила», але він помилковий стосовно моноплану.

Принцип дії:

При обтіканні крила потоком повітря, відбувається збурення, що призводять до відхилення повітряної маси потоку вниз. Згідно закону збереження імпульсу , це призводить до виникнення підйомної сили , спрямованої в протилежну сторону, тобто вгору.

Дим показує рух повітря, обумовлене взаємодією крила з повітрям.

Одним з популярних пояснень принципу дії крила є ударна модель Ньютона: частки повітря, стикаючись з нижньою поверхнею крила, що стоїть під кутом до потоку, пружно відскакують вниз («скіс потоку»), штовхаючи крило вгору. Дана модель враховує закон збереження імпульсу, але повністю ігнорує обтікання верхньої поверхні крила, внаслідок чого вона дає занижену величину підйомної сили.

В іншої популярної моделі виникнення підйомної сили приписується різниці тиску на верхній і нижній сторонах профілю, що виникає згідно із законом Бернуллі . Зазвичай розглядається крило з плоско-опуклим профілем : нижня поверхня плоска, верхня – випукла. Набігаючий потік розділяється крилом на дві частини – верхню і нижню, – при цьому верхня частина змушена проходити більш довгий шлях, ніж нижня, внаслідок опуклості крила. Виходячи з умови про нерозривність потоку, робиться висновок, що швидкість потоку зверху крила повинна бути більше, ніж знизу, що викликає різниця тисків і підйомну силу. Проте, дана модель суперечить закону збереження імпульсу, так як потік після крила вважається необуреним і невідхиленими. Крім того, ця модель не пояснює виникнення підйомної сили на двояко-опуклих симетричних або на увігнуто-опуклих профілях, коли потоки зверху і знизу проходять однакову довжину.

Механізація крила

1. закінцівка крила
2. кінцевий елерон
3. кореневий елерон
4. обтічники механізму приводу закрилків
5. предкрилок
6. предкрилок
7. кореневий трьохщільовий закрилок
8. зовнішній трьохщільовий закрилок
9. інтерцептори
10. інтерцептори / спойлер

Вінглети (закінцівки крила) — невеликі додаткові елементи на кінцях крил літака у вигляді крилець або плоских шайб. Вінглети слугують для збільшення ефективного розмаху крила, знижуючи індуктивний опір, що створюється зриваючись з кінця стрілоподібного крила вихором і, як наслідок, збільшення підйомної сили на кінці крила. Також вінглети дозволяють збільшити подовження крила, майже не змінюючи при цьому його розмаху. Застосування Вінглетів крила дозволяє поліпшити паливну економічність у літаків, або дальність польоту у планерів. В даний час одні й ті ж типи літаків можуть мати різні варіанти вінглетів.

Через різницю тисків частина повітря перетікає через край крила з області високого тиску знизу в область зниженого тиску зверху, утворюючи при цьому кінцевий вихор. На утворння вихору витрачається енергія руху, що призводить до появи сили індуктивного опору. Кінцевий вихор також призводить до перерозподілу підйомної сили за розмахом крила, зменшуючи його ефективну площу і подовження, і знижуючи аеродинамічну якість. Установка вінглетов допомагає домогтися більш оптимальної форми розподілу підйомної сили.

Елерони – аеродинамічні органи управління, симетрично розташовані на задній кромці консолей крила у літаків нормальної схеми і літаків схеми «качка». Елерони призначені, в першу чергу, для управління кутом крену літака, при цьому елерони відхиляються диференційно, тобто в протилежні сторони: для крену літака вправо правий елерон повертається вгору, а лівий – вниз, і навпаки. Принцип дії елеронів полягає в тому, що у крила з піднятим вгору елероном підйомна сила зменшується, а у крила з опущеним елероном підйомна сила збільшується; створюється момент сили, що спричиняє до обертання літака навколо осі крену.

Елевони – гібрид елеронів і керма висоти. Елевони виконують роль: елеронів при управлінні кутом крену літака, і керма висоти при управлінні кутом тангажу. Елевони застосовуються на літаках без горизонтального хвостового оперення, що мають зазвичай схему типу «бесхвостка» або «літаюче крило». Для управління кутом крену літака елевони відхиляються диференційно (для крену літака вправо правий елевон повертається вгору, а лівий – вниз, і навпаки). Синфазне відхилення елевонів дозволяє керувати кутом тангажу (для збільшення тангажа літака в горизонтальному польоті обидва елевона піднімаються вгору).

Передкрилки – поверхні, що відхиляються, встановлені на передній кромці крила. При відхиленні утворюють щілину, таку ж як і щілини закрилків. Як правило, передкрилки автоматично відхиляються одночасно з закрилками, але можуть і управлятися незалежно. 

У цілому, ефект передкрилки полягає у збільшенні допустимого кута атаки, тобто зрив потоку з верхньої поверхні крила відбувається при більшому куті атаки. 

Крім простих, існують так звані адаптивні передкрилки. Адаптивні передкрилки автоматично відхиляються для забезпечення оптимальних аеродинамічних характеристик крила протягом усього польоту. 

Закрилки – поверхні, що відхиляються, симетрично розташовані на задній кромці крила. Закрилки в прибраному стані є продовженням поверхні крила, тоді як у випущеному можуть відходити від нього з утворенням щілин. Використовуються для поліпшення несучої здатності крила під час зльоту, набору висоти, зниження і посадки, а також при польоті на малих швидкостях.

Флаперони – елерони, які можуть виконувати також функцію закрилків при їх синфазному відхиленні вниз. Широко застосовуються в надлегких літаках і радіокерованих  авіамоделях при польотах на малих швидкостях, а також на зльоті та посадці. Іноді застосовуються на більш важких літаках (наприклад, Су-27). Основна перевага флаперонів – це простота реалізації на базі вже присутніх елеронів

Інтерцептори (спойлери)  — пластини, розташовані на поверхні крила літака, які висуваються чи відхиляєюься назовні для того щоб зірвати потік повітря. Це збільшує аеродинамічний опір і зменшує підйомну силу. Тому інтерцептори також називають органами безпосереднього управління підйомної силою. Не слід плутати інтерцептори з повітряними гальмами.Інтерцептори також активно використовуються для гасіння підйомної сили після приземлення або при перерваному зльоті і для збільшення опору. Необхідно відзначити, що вони не стільки гасять швидкість безпосередньо, скільки знижують підйомну силу крила, що призводить до збільшення навантаження на колеса і поліпшення зчеплення коліс з поверхнею. Завдяки цьому, після випуску внутрішніх інтерцепторов можна переходити до гальмування за допомогою коліс.

Різні форми крила 

Однією з найважливіших проблем при конструюванні літаків є вибір оптимальної форми крила, його параметрів – геометричних, аеродинамічних, міцнісних і т. д. 

Пряме крило 

Основною перевагою крила є його високий коефіцієнт підйомної сили навіть при малих кутах атаки. Це дозволяє істотно збільшити питоме навантаження на крило, а значить зменшити габарити і масу, не побоюючись значного збільшення швидкості зльоту і посадки. Даний тип крила застосовується в дозвукових і навколозвукових літаках з реактивними двигунами. 

Недоліком, які зумовлюють непридатність такого крила при звукових швидкостях польоту, є різке збільшення коефіцієнта лобового опору при перевищенні критичного значення числа Маха.

Прямі крила можуть бути прямокутними, еліптичними, параболічними, обернено параболічними.

Рисунок Види прямих крил

Стріловидне крило 

Даний вид крила отримав широке розповсюдження завдяки різним модифікаціям і конструкторським рішенням.

Крило з напливом (оживальне)

Варіація стрілоподібного крила. 

Трикутне крило 

Трикутне крило жорсткіше і легше від прямого і стрілоподібного, найчастіше використовується при швидкості понад M =2 

Надкритичне крило 

Цікавий приклад модифікації стрілоподібного крила. Використання сплющених профілів з вигнутою задньою частиною дозволяє рівномірно розподілити тиск уздовж хорди профілю і тим самим призводить до зміщення центру тиску назад, а також збільшує критичне число Маха на 10-15% 

Малопоширені форми крил

                                     

                       

Фюзеля́ж — корпус літального апарату. Зв’язує між собою крила, оперення та (іноді) шасі. Фюзеляж літака призначений для розміщення екіпажу, устаткування та корисного навантаження. У фюзеляжі може розміщуватися паливо, шасі, двигуни. 

Так як фюзеляж є основою конструкції літака, він об’єднує в силовому відношенні в єдине ціле всі його частини. До фюзеляжу, при збереженні якнайменшої маси, ставиться ряд основних вимог.

• мінімальний лобовий опір;
• раціональне використання внутрішніх об’ємів;
• забезпечення необхідного обзору з кабіни пілотів та екіпажу;
• простота завантаження та розвантаження;
• надійна герметизація та теплозвукоізоляція,необхідна вентилязія, опалення та освітлення кабін.

1. дозвуковой
2. Високошвидкісна / надзвуковий
3. великої ємності дозвуковой
4. високою маневреністю надзвуковий
5. літаючий човен
6. Hypersonic

Схеми літаків за розташуванням хвостового оперення

Нормальна аеродинамічна схема (класична) 

Найбільш масова аеродинамічна схема, при якій літальний апарат (ЛА) має горизонтальне оперення (стабілізатор), розташоване після крила. Нормальна аеродинамічна схема має найбільш просте вирішення питань поздовжньої керованості і стійкості на різних режимах польоту. При нормальній аеродинамічній схемі ЛА може оснащуватися прямим або стрілоподібним крилом, крилом змінної стріловидності, комбінацією крил (біплан, триплан), плоским або хрестоподібним крилом (крилаті ракети). Хвостове оперення може бути класичним, Т-подібним, з суцільноповоротним кілями та / або горизонтальними рулями, з одним або декількома кілями, хрестоподібним.

До представників даної схеми можна віднести практично всю пасажирську, спортивну, і транспортну авіацію.

Безхвостка 

Аеродинамічна схема, згідно з якою у літака відсутні окремі площини вертикального управління, а використовуються тільки площини, встановлені на задній кромці крила. Ці площини називаються елевонами і комбінують функції елеронів і керма висоти. 

Схема отримала певне поширення з появою надзвукової авіації та трикутних і дельтавидних крил малого подовження. 

До представників даної схеми можна віднести французькі винищувачі і бомбардувальники Дассо «Міраж» – III / V, IV, 2000, а також обидва надзвукові пасажирські літаки – Ту-144 і Конкорд. 

Перевагою такої схеми є менша вага планера і менший опір, однак, менше плече органів вертикального управління призводить до меншої ефективності управління по осі тангажу. Впровадження електродістанціонних систем управління дозволяє нівелювати цей недолік 

Безхвостка без вертикального оперення і при довжині фюзеляжу рівний хорді крила стає літаючим крилом.

Літаюче крило 

Різновид схеми «безхвостка» з зменшеним фюзеляжем, роль якого грає крило, що несе всі агрегати, екіпаж і корисну нагрузку. 

Переваги та недоліки: 

Перевагою «літаючих крил» є відсутність фюзеляжу і великих площин управління, що знижує масу планера і дає можливість істотно збільшити масу корисного навантаження та/або запас палива. Для військового застосування дуже важливо що форми такого літака дуже легко оптимізувати для зниження ЕПР та радіолокаційної помітності літака. 

Недоліки схеми є продовженням її достоїнств – невелике видалення площин управління від центру мас, обумовлює їх низьку ефективність, що робить літак дуже нестійким в польоті.

Неможливість вирішити цю проблему до впровадження електродистанційни систем управління, призвела до того, що літаки такої схеми не отримали поширення.

Качка (аеродинамічна схема) 

«Качка» – аеродинамічна схема, при якій у літального апарату органи поздовжнього управління розташовані перед крилом. Названа так, тому що перші літаки, зроблені за цією схемою – райтовскій «Флайер» і «14-біс» Сантос-Дюмона – нагадали очевидцям качку. 

Схема отримала найбільше розповсюдження із створенням надзвукових бойових літаків. Головною перевагою схеми є те, що заднє розміщення крила краще відповідає аеродинаміці високих, особливо надзвукових швидкостей, при якій центр аеродинамічного тиску зміщується назад. Також з’являється можливість зменшити вагу планера, оскільки відпадає необхідність винесення рулів ще далі назад. Для винищувачів схема «качка» хороша ще тим, що дозволяє збільшити критичні кути атаки і тим самим підвищити маневреність. 

Втім, слід відрізняти схему «качка» від схеми «бесхвостка з ПГО», у якої переднє оперення використовується не для управління по тангажу, а для поліпшення злітно-посадочних характеристик або балансування на надзвукових швидкостях (Ту-144 і XB-70).

Двобалочна схема

Двобалочний літак (двохосьовий) – літак з хвостовим оперенням, встановленим на двох балках, які, зазвичай, йдуть паралельно від крила.

Причинами вибору такої конструкції може бути:

• Потреба у завантаженні із задніх дверей. 
• Створення літака з штовхаєючим пропелером або реактивний літак з двигуном в хвостовій частині.
• Поліпшення огляду і можливість стрільби із задньої півсфери.
• Двомісний літак, побудований з двох копій існуючих моделей.
• Поліпшення аеродинамічної схеми для дводвигунових літаків.
• Збільшення жорсткості конструкції і внутрішнього простору.
• Забезпечення місця для підвіски зовнішнього вантажу. 

Схема тандем

Тандем –це літак, який зазвичай складається з двох повнорозмірних крил, обидва з яких мають свої профілі та виконують роль несучої поверхні. Іноді літаки цієї конфігурації можуть виглядати як варіація на біплан, але насправді вони дуже різні. Переднє крило часто технічно «качка», оснащене рулями висоти, але обидва забезпечують підйом. У разі QAC Quickie  заднє крило служить горизонтальним стабілізатором, а управління по тангажу походить від переднього крила. Практичний ефект від застосування схеми «тандем» полягає у підвищенні стійкості літака.

Несучий корпус (несучий фюзеляж) – аеродинамічна схема, при якій підйомна сила формується на корпусі літального апарату. На відміну від літаючого крила, яке являє собою крило без фюзеляжу як такого, являє собою фюзеляж без типових для крила плоских форм і зменшення товщини по краях.

Деякі літаки з крилом також задіюють фюзеляж для створення підйомної сили (так звана інтегральна аеродинамічна компоновка). Наприклад, у літака Шорт SC.7 Скайван 30% загальної підйомної сили створюється за рахунок фюзеляжу – майже стільки ж, скільки створює кожна консоль крила (по 35%). Винищувач МіГ-29 близько 40% своєї підйомної сили створює за рахунок фюзеляжу Винищувач F-15 Eagle (виробництво США) також має інтегральну компоновку. Завдяки цьому, влітку 1983 року ізраїльський F-15 зміг приземлитися з повністю відірваним півкрилом, хоча, згідно моделями, які розглядалися інженерами з Макдонелл Дуглас, це було неможливо.

Фюзеляж-човен

Такий фюзеляж присутній на гідропланах, він пристосований для посадки на воду пузом. Нижня частина фюзеляжа є човном.

Двофюзеляжна схема

Використовувались переважно для дальніх винищувачів. Два пілоти могли по черзі керувати машиною. Таким чином у лютому 1947 року американський North American P-82B здійснив безпосадочний переліт з Гонолулу в Нью-Йорк (близько 5000 миль), що тривав 14 годин 32 хвилини.  

Шасі

Шасі літального апарату – система опор літального апарату, що забезпечує його стоянку, пересування по аеродрому або воді при зльоті та посадці. Зазвичай є кілька коліс, іноді використовуються лижі, або поплавці. У деяких випадках використовуються гусениці або поплавці, суміщені з колесами.

Основні схеми розташування шасі: 

• З хвостовим колесом. Головні опори або опора розташовані попереду центру ваги, а допоміжна (хвостова) – позаду ( Douglas DC-3). 
• З переднім колесом. Переднє (носова) колесо розташоване попереду центру ваги, а головні опори позаду центру ваги. На стійку в носовій частині фюзеляжу зазвичай припадає 10-15% маси. Набули поширення в період Другої світової війни і в повоєнні роки (наприклад, Boeing 747). 
• Велосипедного типу. Дві головні опори розташовані у фюзеляжі, попереду і позаду центру ваги апарату. Дві бокові опори кріпляться з боків ( Boeing B-52 Stratofortress, Мясищев 3М, Яковлев Як-25, 27, 28). 

Шасі Airbus A380

Основними елементами шасі літального апарату є: 

• амортизаційні стійки для пом’якшення ударів, що виникають в момент приземлення. 
• колеса, забезпечені гальмами для зменшення довжини післяпосадкового пробігу. 
• система розкосів (стержнів), що сприймають реакції землі і кріплять амортизаційні стійки і колеса до крилу і фюзеляжу.

У більшості літальних апаратів після зльоту шасі забирається у фюзеляж або крило. У невеликих літальних апаратів шасі, як правило, не прибирається і має конструкцію, яка допускає заміну коліс лижами або поплавцями. 

У важких літальних апаратів іноді число коліс шасі становить кілька десятків, що об’єднуються в візки. 

Вступ

Для грамотного засвоєння летунських ділянок важливо добре орієнтуватися в фізичних явищах, які відбуваються з літальним апаратом у повітрі, розуміти фізичні процеси та закони природи, що дозволяють літальним апаратам здійматись у повітря і, врешті решт, дати собі відповідь на питання: як і чому тонни металу здатні літати.

Курс гутірок з аеродинаміки повинен у цьому допомогти.

Деякі закони механіки.

Аеродинаміка – (аеро – повітря, динаміка – рух) – наука про рух тіл в повітрі та взаємодію твердих тіл з текучими середовищами(рідини, гази), наука, що вивчає процеси обтікання твердих тіл в повітрі.

Аеродинаміка належить до Механіки – науки про механічний рух тіл, його причини та інші механічні взаємодії. Мета цього розділу – розглянути деякі закони механіки (у короткій конспективній формі), розуміння яких є необхідним для початку вивчення аеродинаміки.

Почнемо з деяких визначень:

Матеріальна точка – тіло, розмірами якого можна знехтувати в умовах даної задачі.

Механічний рух – зміна положення тіла у просторі. Механічний рух буває поступальним (всі точки тіла рухаються по паралельних траєкторіях), обертальним (точки тіла рухаються по колах зі спільним центром), коливальним (точки тіла здійснюють рухи, що періодично повторюються).

Траєкторія – лінія, вздовж якої рухається тіло.

• Шлях (l) – довжина траєкторії.
• Переміщення (s) – відрізок, що сполучає початкову та кінцеву точки траєкторії.
• Швидкість (v) – зміна шляху за одиницю часу.

Важливим є поняття відносності руху. Воно означає по суті те, що рухомий предмет рухається повз нерухомий предмет з точно такою ж швидкістю як і нерухомий повз рухомий. (наприклад Земля рухається навколо Сонця з такою ж швидкістю як Сонце навколо Землі). Все залежить від того, де знаходиться спостерігач, який вимірює ту швидкість. Саме з цієї причини древні люди думали, що Сонце рухається навколо Землі.

Систему таких спостерігачів називають системою відліку. Система відліку – система тіл, нерухомих одне відносно одного та годинників, що відлічують час. У тривимірному просторі таких тіл достатньо три.

Прискорення – по суті це швидкість зміни швидкості при нерівномірному русі:

 Найпростіший нерівномірний рух – вільне падіння. Всі тіла на землі падають з прискоренням вільного падіння g=9,81 м/с².

Динаміка(F) – наука про причини руху. Основним поняттям у динаміці є поняття сили.

Сила – це спрямована дія одних об’єктів на інші. Поняття сили вперше ввів Ньютон, він же і запропонував три фундаментальні емпіричні закони механіки, відомі як закони Ньютона:

1. Якщо на тіло не діє жодна сила або дія всіх сил на тіло скомпенсована, то воно буде нерухомим або рухатись прямолінійно і рівномірно.
   Прискорення, яке отримує тіло прямо пропорційне силі, що діє на тіло та обернено пропорційне до маси:
2.  (2).
3. При прикладенні сили з боку одного тіла до другого, з боку другого тіла виникає точно така ж сила за величиною, але протилежна за напрямком (дія рівна протидії).

На базі законів Ньютона будується вся механіка.

Наостанок варто ввести ще поняття сили тяжіння та ваги.

Сила тяжіння виникає в результаті гравітаційної взаємодії, тобто взаємодії всіх тіл, які мають масу. Це означає, що два тіла (скажімо Земля і яблуко) будуть притягуватись з однаковою силою, але яблуко буде рухатись до Землі швидше ніж Земля до яблука (я б навіть сказав набагато швидше ), адже воно має набагато меншу масу і розвиває більше прискорення (2).

Вага тіла (P) – це сила, з якою тіло діє на опору чи підвіс. Тобто нема опори – нема ваги. Саме тому при вільному падінні тіло знаходиться в стані невагомості.

Повітря. Характеристики повітря.

Повітря – суміш газів, складається з молекул ряду хім. елементів, серед яких – азот (78%), кисень (21%) і решта: вуглекислий газ, водень, аргон та ін. Число молекул в одиниці об’єму велике: при температурі 15°С в 1м³ міститься 2,7*10²⁵ молекул.

Повітря можна охарактеризувати набором важливих фізичних параметрів, таких як тиск, температура, густина, швидкість звуку в повітрі і т.д.

Густина – маса повітря, що знаходиться в одиниці об’єму:

Температура – міра середньої кінетичної енергії молекул.

Швидкість звуку в повітрі залежить лише від температури. Знаючи абсолютну температуру (в Кельвінах) повітря можна вирахувати швидкість звуку:

Число Маха – відношення швидкості літака до швидкості звуку:

Тиск являє собою силу, що діє на одиницю площі. Молекули повітря знаходяться в неперервному русі, вони співударяються з поверхнями, що його обмежують і відбиваються від них. Сума імпульсів всіх молекул, що падають на дану поверхню за одиницю часу рівна тиску.

Зв’язок між тиском p, густиною r і абсолютною температурою T задається формулою

p =RT,  де R –універсальна газова стала, рівна 8,31. З цієї формули слідує закон Бойля, згідно з яким при постійній температурі  = const, тобто зміна густини прямо пропорційна зміні тиску.

Зміна тиску і густини повітря узгоджуються з цими законами. Тиск і густина зменшуються, порівняно з їх значеннями на рівні моря, в 2 рази на висоті 6 км, в 5 разів на висоті 12 км і в 100 разів на висоті 30 км.

В нижніх шарах атмосфери температура повітря також зменшується при збільшенні висоти. Стандартна температура на рівні моря становить 288 К. Вона зменшується до 256 К на висоті 5 км і до 217 К на висоті 12 км. 

Приклад: при збільшенні висоти знижується температура кипіння води (яка залежить від атмосферного тиску), на висоті 4000 метрів температура кипіння води близько 85° С, що свідчить про залежність тиску повітря від висоти.

Повітряні течії. Обтікання тіл. Аеродинамічна труба.

Повітряні течії поділяються на ламінарні та турбулентні.

Ламінарні течії – повітряні течії, в яких всі частинки (молекули повітря) рухаються по паралельних траєкторіях.

Турбулентні – течії, в яких існують завихрення.

Для того, щоб чисельно охарактеризувати ламінарність чи турбулентність  течії вводять так зване число Рейнольдса (Re). Якщо число Рейнольдса приймає значення менше 1000, то потік ламінарний, більше 1000 – турбулентний.

Дія повітря на об’єкт залежить від форми тіла і його орієнтацію відносно набігаючого потоку. Розглянемо обтікання тіл різної форми.

А) Симетричне обтікання (рисунок 1).

Б) Несиметричне обтікання (рисунок 2), до тіл з несиметричним профілем обтікання відноситься крило літака

Аеродинамічна труба – прилад, який використовують для створення повітряних потоків, та спостереження дії потоків на різні тіла (рисунок 3).

1. повітряний потік
2. піддослідний об’єкт
3. корпус труби
4. гвинт

Перша аеродинамічна труба під назвою Windbox (вітровий ящик) була побудована у 1884 році Гораціо Фліпсом (рис. 5). Така труба мала діаметр всього 43 см. Діаметр сучасних аеродинамічних труб доходить до 42 м.

Варто звернути увагу також на висхідні повітряні потоки, а саме термічні та динамічні. Термічні повітряні потоки виникають в атмосфері в результаті конвекції повітря, тобто руху більш нагрітого повітря від поверхні землі  вгору. Динамічні повітряні потоки виникають при огинанні вітром форм рельєфу, в результаті чого в області схилу гори чи горба утворюється динамічний повітряний потік (рис. 6 ).

В результаті сходження повітряних потоків над схилом утворюється так звана зона конвергенції, де зростає швидкість та густина  повітряного потоку.

Підйомна сила. Закон Бернулі.

Якщо ми розглянемо всі сили, які діють на літальний апарат (у нашому випадку літак), то в результаті отримаємо наступну картину (рис. 7).

В результаті отримуємо чотири групи сил:

• Сила тяги – створюється силовою установкою літального апарати і забезпечує поступальний рух та набір швидкості. Силу тяги створюють двигуни літального апарату. А у випадку планеруючого безмоторного польоту роль сили тяги виконує проекція сили тяжіння (рис. 14).
• Сила опору – сила, що чинить опір тязі з боку середовища, в якому рухається літак (тобто повітря).
• Вага – виникає в результаті гравітаційної взаємодії літака та землі.
• Підйомна сила – виникає в результаті виконання аеродинамічних законів на несучих поверхнях літака (одному чи кількох крилах).

Саме про підйомну силу ми поговоримо детальніше. 

Дана формула відома, як закон Бернуллі. Згідно з ним при збільшенні швидкості повітря зменшується його тиск. Таким чином потоки повітря, які рухаються з різними швидкостями чинять різний тиск.

На рисунку 8 показано профіль крила літака. Хорда крила – це найдовша відстань між передньою і задньою кромкою крила.  

Верхня поверхня крила більш вигнута, ніж нижня і повітряний потік, що проходить поверх крила вимушений прискорюватись, щоб не відстати від того, що проходить під крилом. В результаті повітря над крилом повинно мати більшу швидкість ніж повітря під крилом і як наслідок (з Закону Бернулі ) тиск під крилом вищий, ніж над крилом. Різниця цих  тисків створює підйомну силу . Або, іншими словами, в результаті високої швидкості руху над крилом створюється область розрідження, де тиск менший ніж під крилом.

У достовірності закону Бернуллі можна переконатись на простому досліді (рис. 9). Дмухаючи над паперовим листком, ми створюємо область високої швидкості і відповідно низького тиску над листком, через що листок при піднімається вгору.

Розподіл підйомної сили на крилі буде мати наступний вигляд (рис. 10):

Підйомна сила максимальна над крилом та менша над фюзеляжем (рис. 11).

Підіймальну силу для конкретного крила можна обрахувати за формулою:       

,де S – площа крила,

 – швидкість польоту,

 – густина, 

α – кут атаки. 

Кут атаки – кут між хордою крила та набігаючим потоком. 

Кут установки крила – кут між хордою крила і віссю крену. Його можна вважати початковим кутом атаки.

Аеродинамічний опір. Сила опору.

Аеродинамічний опір створюється повітрям і перешкоджає руху тіла в повітрі. В залежності від природи аеродинамічний опір поділяється на лобовий опір, опір тертя (в’язкості), індуктивний опір.

Лобовий опір створюється за рахунок зіткнення молекул повітря з лобовою поверхнею тіла, що рухається(див. рисунок).

Опір тертя (в’язкості) виникає в зв’язку з тертям повітря об поверхні ЛА.

Індуктивний опір створюється за рахунок перетікання повітря з області під крилом (з високим тиском) в область над крилом (з низьким тиском) через закінцівки крила, що створює завихрення, які чинять опір польоту (рисунок 12 )

Аеродинамічний опір характеризується коефіцієнтом аеродинамічного опору

 – коефіцієнт аеродинамічного опору.

Сума сили опору та підіймальної сили, що діє на тіло – повна аеродинамічна сила (рис. 13).

Цікавим є розподіл сил для параплана, де роль сили тяги виконує проекція сили тяжіння(рис. 14).

Кут атаки. Аеродинамічна якість крила. Поляра крила.

Як вже було сказано раніше, кут атаки – кут між хордою крила та набігаючим потоком (рис. 15). Нагадаємо, що хорда крила – це найдовша відстань між передньою і задньою кромкою крила. 

Від кута атаки залежать коефіцієнти підйомної сили ти сили опору. Фактично збільшення кута атаки веде до зростання підйомної сили та сили опору. Тому важливо підбирати підходящі кути атаки для різних фаз польоту (зльоту, крейсерського польоту та посадки). Щоб могти оцінити співвідношення між підйомною силою та силою опору при різних кутах атаки вводять поняття аеродинамічної якості крила:

Графік залежності аеродинамічної якості крила від кута атаки називають полярою крила (рис. 16).

При зміні кута атаки відбувається зміна обтікання крила, виникають турбулентні вихори (рис. 17).

Критичний кут атаки – максимальний кут атаки, при якому на крилі ще виникає підйомна сила. Тобто це кут атаки, де поляра крила обривається. Далі її малювати немає сенсу, бо при перевищенні цього кута атаки підйомна сила зникає.

 При виході крила за критичний кут атаки відбувається зрив потоку (рис. 16) він завжди не зовсім одночасно на правій і лівій консолях. На зірваній консолі різко падає Y і зростає Х. В результаті літак падає вниз і закручується навколо зірваної консолі.

На параплані штопор неможливий. При виході на закритичні кути атаки пара план потрапляє в режим заднього звалювання. Заднє звалювання – це вже не політ, а падіння. Купол параплана падає за спину пілота і складається. 

Форма крила та профілі крил.

Аеродинамічні характеристики крила залежать від форми профілю крила та механізації. Тому в літакобудуванні використовують різні профілі крил (рис. 18).

Для боротьби з опором крила та для покращення його аеродинамічних характеристик використовують аеродинамічну крутку . 

Аеродинамічна крутка – це спосіб побудови крила, при якому крило має змінний профіль, тобто різний профіль у різних перерізах (рис. 19).

Профілі крила можуть бути різної товщини. Від товщини профілю крила залежить швидкість потоку над крилом та відстань на крилі, вздовж якої цей потік буде розганятись (рис. 20). Відповідно при збільшенні площі крила, на якій потік повітря буде мати найвищу швидкість, потік краще «прилипає» до крила і його аеродинамічні характеристики покращуються.

Ще використовують крило, яке може міняти кут установки протягом польоту та розсувне крило (рис. 21).

Існує випадок, коли в результаті певного специфічного обтікання фюзеляжу, підйомна сила на крилі виникає не вгору, а вниз. Тоді його необхідно перевернути (рис. 22).

Для того, щоб зробити можливим політ на якомога вищих кутах атаки, використовують способи механізації крила, а саме передкрилки та закрилки (рис. 24 – 35), які запобігають (рис. 23) зриву потоку з крила.

Передкрилки:

Закрилки:

При швидкісних маневрах літак може «зісковзнути» з потоку повітря при великих кутах крену. Для боротьби з цим використовують генератор вихорів (рис. 32). Тут вихори на крилі служать перешкодою для небажаних рухів молекул повітря.

Для керування літаком по крену використовують елерони – елерон відхилений вгору зменшує підйомну силу на консолі крила, відхилений вниз – збільшує.

При польоті конфігурація крила залежить від фази польоту (рис. 35), адже від конфігурації крила залежить величина підйомної сили та сили опору на крилі.

Елементи надзвукової аеродинаміки.

Швидкість звуку – 330 м/с. Технічні можливості людства дозволяють літакам літати при швидкостях, що її перевищують.

На початку «надзвукової ери» було чимало проблем, пов’язаних з тим, що фізика польоту при надзвукових швидкостях відрізняється від польоту при малих швидкостях тим, що повітря при надзвукових швидкостях поводить себе інакше. При надзвукових швидкостях змінна густина повітря, що не дозволяє вже так просто використовувати відомий нам закон Бернуллі(рис. 36).

Бачимо, що залежність дещо інша і простими несиметричними профілями крил ми підйомну силу не створимо. У надзвукових літаках використовують профілі крил зображені на рисунку 37.

При перетині звукового бар’єру відбувається так званий стрибок густини, тобто різке збільшення густини повітря поблизу об’єкта, що рухається з надзвуковою швидкістю. Це веде до певних нетривіальних змін у аеродинамічному опорі (рис. 38).

Парапланеризм – теорія і практика керування парапланом; мистецтво літання на параплані.

Парапланеризм виник у 70-х роках в Альпах коли парашутисти намагалися пристосувати парашут-крило для польоту з вершини гори. Таким чином вони відпрацьовували приземлення на точність і економили на дорогій оренді літака. Ця ідея припала до душі підприємцям-винахідникам, які почали шити парашути з більшою прощею та кращими льотними характеристиками. Збільшили кількість строп і вдосконалили підвісну систему. Таким чином параплани пішли далі своїх попередників і від парашутної техніки залишилась фактично назва.

Параплан (англ. Paraglider утворено від Parafoil  – м’яке крило  та Glider – планер) – це надлегкий літальний апарат, парафойл, планер. Крило параплана (парафойл) хоч і м’яке(текстильне), але виконує ті ж функції, що і крило літака чи планера – створює підіймальну силу. Складається воно з верхньої і нижньої оболонки, які з’єднані нервюрами.

Парафойл (англ. Parafoil утворено від Parachute – парашут і Airfoil – профіль крила) — м’яке (текстильне) оболонкове крило, до якого відносять кайт, параплан, парашут-крило. Пристрій розроблено в 60-х роках винахідником Доміна Джалбертом (Domina Jalbert), який працював над вдосконаленням повітряних зміїв для наукової техніки.

Нервюра (фр. nervure, від лат. nervus — жила)  — елемент поперечного силового набору каркаса крила, що визначають форму профілю. В параплані розрізняють силові, проміжні і косі нервюри. До силових нервюр кріпляться стропи.

В передній кромці крила розташовані повітрозабірники, через які внутрішня порожнина купола наповнюється повітрям , і набуває аеродинамічної форми. За рахунок тиску, створюваного потоком набігаючого повітря підтримується постійний профіль крила. В нервюрах прорізані отвори для забезпечення вільного перетікання повітря, це прискорює наповнення крила на старті і полегшує його розкриття у разі складання. Перед нервюр посилений напівжорсткими пластинами. Ці пластини підвищують жорсткість передньої кромки та зменшують ймовірність « залипання » повітрозабірників.

Використання проміжних і косих нервюр дозволяє більш точно підтримувати форму профілю крила і зменшити число строп. Це знижує вагу параплана та зменшує опір, що створюють стропи. Таким чином збільшується  швидкість польоту і аеродинамічна якість параплана. Стропи кріпляться до каркасних стрічок або місцевих посилень на силових нервюрах , це забезпечує рівномірну передачу навантажень від крила до строп . Істотне збільшення проміжків між стропами веде до зростання ймовірності утворення так званої «краватки» ( заплутування крила параплана в стропах ). З цієї причини косі нервюри встановлюють переважно на спортивні крила , призначені для досвідчених пілотів.

Для виготовлення крила параплана використовують спеціальні тканини, які повинні відповідати таким вимогам: не пропускати повітря, максимальна легкість і достатня міцність. В даний час найбільш популярні тканини скайтекс і гельвенор. Гельвенор здебільшого використовують для максимального зносу навчальних апаратів, а Скайтекс для пошиття спортивних крил.

Стропна система. 

Стропа (англ. strop — ремінь) або парашутний шнур являє собою тонку але надміцну мотузку, яка складається з двох шарів: нейлонового обплетення та кевларового волокна.

Крило параплана умовно можна поділити на такі частини: верхня і нижня оболонка, передня і задня кромка, ліве і праве «вухо». Нервюри в свою чергу ділять крило на секції.

Стропи не тільки «зв’язують» крило параплана з пілотом, а й беруть участь у створенні форми крила. Для підвищення жорсткості крила до нього слід підвести якомога більшу кількість строп. Але збільшення числа строп веде до збільшення маси параплана і його аеродинамічного опору. Зменшення числа строп досягається за рахунок їх розгалуження в міру наближення від вільних кінців до крила. Очевидно, що навантаження на одну стропу після розгалуження зменшується. Отже , діаметри строп верхніх ярусів теж можна зменшити без втрати міцності. Стропи по місцях їх кріплення до купола діляться на групи (ряди ). Ряди строп називаються по перших літерах латинського алфавіту: «A» , «B» , « C » , «D». «A» ряд розташований найближче до переднього краю крила. За ним слідують «B», « C » і «D » ряди . Можливе і використання цифрового позначення: 1 , 2 , 3 і 4 ряди. Окремо йдуть до задньої кромки стропи управління. З їх допомогою пілот підгинає задню кромку крила. Це призводить до зміни аеродинамічних характеристик параплана і подальшого маневрування. Навантаження в стропі несуть кевларові нитки. А обплетення захищає нитки від пошкодження.

На деяких парапланах, призначених для виконання рекордних польотів , встановлюються стропи без захисного обплетення. Зменшення діаметра строп, безумовно, дає виграш у аеродинамічному опорі і вазі. Але такі стропи недовговічні оскільки залишившись без прикриття силові нитки дуже швидко стають непридатними. Фірми-виробники застосовують такі стропи на парапланах, що виставляються на змагання для «вичавлювання» з апарату всіх резервів. На серійних парапланах вони не використовуються. Головна вимога до строп параплана, полягає в тому, щоб вони не розтягувалися під навантаженням і таким чином забезпечували крилу задану форму. Матеріал строп повинен бути досить міцним і легким. Найкраще цим вимогам відповідає кевларове волокно, тому саме воно в основному використовується в якості силових ниток. Захисне обплетення зазвичай виготовляється з щільної капронової нитки.

Вільні кінці (англ.V-line – вілайни).

На перших парапланах вільні кінці повторювали парашутну техніку де були дві пари лямок: передні і задні. До передніх лямок кріпилися стропи, що йдуть до передньої частини купола. До задніх – решта строп і стропи управління. З часом, у міру розвитку парапланерної техніки, з’явилося безліч інших, більш складніших конструкцій.

Вільні кінці виготовляються з міцних капронових стрічок. 

Підвісна система.

Підвісна система – це «робоче місце» пілота і сховище всіх речей, які він вирішить взяти з собою в політ. Перші підвісні системи, як і перші параплани, багато в чому повторювали парашутну техніку. Пілот в них був щільно обв’язаний ременями і висів на них. Це було цілком прийнятно в той час, коли тривалості польотів вимірювалися хвилинами. Однак дуже скоро польоти стали тривати десятки хвилин, а потім години. Висіти стільки часу на ременях парашутної обв’язки стало малоприємно, і підвісні системи почали змінюватися. Насамперед з’явилося сидіння, а трохи пізніше спинка. Поступово парашутна обв’язка перетворилася на зручне крісло-ліжко, з якого парапланерист міг керувати своїм крилом , перебуваючи в досить зручному напівлежачому положенні .

Перші спроби вильотів на маршрут виявили ще одну проблему. У підвісній системі повинна бути передбачена досить містка кишеня, в яку можна було б покласти рюкзак та інші речі, необхідні пілоту після приземлення далеко від стартової площадки. Ця кишеня природним чином розташувалася в спинці за спиною пілота і під сидінням. І закріпившись там, негайно викликала появу ще одного дуже важливого нововведення – системи пасивної безпеки.

Нормальне приземлення параплана досить м’яке, але іноді трапляються вельми жорсткі падіння. Проте небезпека травмування спини може бути істотно зменшена якщо спробувати використовувати наспинну кишеню підвісної системи як амортизатор. Один час великою популярністю користувалися системи жорстких спинок. Ці системи повинні були зіграти для спини пілота приблизно таку ж роль, яку відіграє захисний шолом для голови. Спинка дійсно захищала пілота від гострих каменів, але вона не могла пом’якшити удар об землю. Це неодноразово призводило до травм хребта. Тому в даний час багато фірм-виробників відмовилися від застосування жорстких конструкцій і стали облаштовувати підвісні системи м’якими амортизаторами.

Одним з перших м’яких амортизаторів став так званий айрбег ( airbag ). Ця система була розроблена фірмою « Keller » ще початку 90 – х років. Вона представляє з себе великий мішок з односторонніми клапанами через які він у польоті наповнювався повітрям завдяки швидкісному напору . Виглядає ця конструкція дещо громіздко , але вона забезпечує пілоту найкращий захист при падіннях і тому до цих пір користується попитом на ринку парапланерного спорядження. В даний час найбільшою популярністю користується вставка в спинку підвісної системи амортизатора з відформованих пінополіетіленові або пінополіпропіленових плит товщиною від 8 до 20 см.

Вельми оригінальна і виключно економічна конструкція амортизатора була придумана на фірмі Apco в середині 90- х років. Було запропоновано закласти в підвісну систему касету із закритих  порожніх пластикових пляшок з-під газованої води. Незважаючи на те , що при ударі об землю деякі пляшки могли лопнути , касета в цілому чудово тримала удар. Єдина тонкість, про яку необхідно попередити тих, хто захоче використовувати цю ідею, полягає в тому, що пляшки в підвісну систему не слід засипати просто так. Вони обов’язково повинні бути упаковані в касету. Бо інакше їх не вдасться щільно і рівномірно розташувати уздовж усієї спини пілота.

Карабіни. Кріплення підвісної системи до параплана.

Для під’єднання підвісної системи до параплана використовуються як спеціалізовані парапланерні, так і звичайні альпіністські карабіни. Єдине, на що пілотові слід звернути увагу – це на те, що карабін повинен бути обов’язково оснащений фіксатором. Всі карабіни мають достатній запас міцності і не потребують будь-якого спеціального обслуговування.