Об устойчивости движения парапланов в глубокой спирали.

Об устойчивости движения парапланов в глубокой спирали
(очень кратко).

Причины неустойчивого движения параплана в глубокой спирали. Условия, приводящие к опасным перегрузкам. Выводы.


  Общая цель этих рассуждений - попытаться "на пальцах" оьъяснить особенности обтекания параплана в глубокой спирали: отчего бывает спиральная неустойчивость (под спиральной неустойчивостью понимается "стремление летательного аппарата увеличить угол крена без вмешательства лётчика") , почему она легче случается с учебными крыльями, чем с компетами, и как с этим явлением бороться.
  Прикладная цель-доводка нового прототипа.

  1. Зачем оно нам надо: чтобы избежать летных происшествий, которые к сожалению иногда случаются при невыходе из глубокой спирали. Причин таких ЛП несколько:
- Недостаток начальной высоты для выполнения спирали.
- Неверная оценка высоты пилотом в спирали из-за потери пространственной ориентировки.
- Временная потеря сознания от перегрузок.
- Спиральная неустойчивость или нейтральность крыла, и отсутствие навыков выхода, в том числе применения ЗП. Эти причины могут собираться вместе, приводя к печальным итогам.

  2. Когда получается глубокая спираль?
-Часто можно встретить мнение, что глубокая спираль это отличный способ сбросить высоту, например для того, чтобы убежать от затягивания в облако. При этом забывают сказать о том, что сбрасывая высоту в зоне подъема, который в туче может быть >25 м/с, особо никуда не убежишь.
-Еще встречается мнение-что спираль очень простая, безопасная и приятная фигура, в самый раз для чайников. Чтобы убедиться в обратном, откроем например руководство к крылу послешкольного уровня одной уважаемой фирмы.

  "Глубокая спираль (вольный перевод).
Глубокая спираль является самой требовательной из трех маневров (уши, B-срыв и глубокая спираль), Вы должны применять его только с большой высоты. Лучше всего изучить его у профессионального инструктора.
Вход в глубокую спираль может быть разделен на две части:
-Во-первых, Вы поворачиваете, затягивая одну клеванту и перемещая вес в ту же сторону, параплан накренится и увеличит скорость. Снижение достигает примерно 8 – 10м/с (в зависимости от загрузки крыла).
-В начале второй части перегрузка увеличивается быстро и передняя кромка станет почти параллельна земле. Снижение Ion 2 при этом может быть до 25m/s и больше.(...)
 Пожалуйста, не недооценивайте трудность изучения глубокой спирали. Снижение намного выше, чем все то, к чему Вы привыкли при других маневрах, быстрое вращение может привести к дезориентации. Высокие перегрузки до 3G делают маневр еще более требовательным, поскольку у Вас могут быть проблемы временной потери сознания.
 Очень важно правильно понимать реакции Вашего тела при этом маневре."

-Спираль может возникнуть внезапно, при складывании крыла, после раскрытия вращение может продолжаться.
-В акрополетах спираль используется постоянно как элемент пилотажа.

 3. Как все происходит.
 Итак, условно спиральное движение делится на 2 ступени. Сначала это обычная термическая спираль с большим углом крена (из которой крыло выходит само при отпускании клевант). Потом более или менее скачкообразно крыло ложится на горизонт, с быстрым нарастанием снижения и перегрузки. Скорости снижения могут быть больше 25 м/с, скорость пилота относительно воздуха больше 100 км/ч, скорость вращения может быть ~0,4 об/сек (1 оборот за 2,5 сек), перегрузка достигать 5,5 G.

 4.Условия, приводящие к спиральной неустойчивости.
Причины входа крыла в глубокую спираль. Анализ крыльев. Деформации профилей. Сдвиг ЦД по размаху, курсовая устойчивость.

  Просмотрев достаточное количество видеоматериалов, можно заметить, что в начале спирального движения, при малой вертикальной скорости, большом угле крена и большой угловой скорости, ось вращения параплана находится вблизи верхней поверхности крыла, при этом воздух обтекает профиль крыла по криволинейной траектории (рис.1, размеры условные).

 Это приводит к сильным изменениям аэродинамики, которые можно пояснить "разогнув" струйки потока вместе с профилем (рис.2,3). Продувки получившегося профиля показывают сильное увеличение пикирующего момента и сдвиг центра давления назад.

Отсюда - неустойчивость по тангажу, то есть крыло ускоряется самопроизвольно, пока не наступит равновесие сил из-за увеличившегося лобового сопротивления и растянувшейся траектории спирали (в установившейся крутой спирали обтекание профиля "по тангажу" почти не искажается из-за малой кривизны траектории), при этом центр давления возвращается вперед. То есть причина скачкообразного "заныривания" во вторую фазу спирали-искажение обтекания при повороте с малым радиусом и большим углом крена.

  Далее, этот сдвиг центров давления происходит неравномерно по размаху. В прямолинейном полете из-за сужения крыла к ушам линия ц.д. обладает стреловидностью, которая улучшает курсовую устойчивость крыла (рис.4), а в спиральном движении стреловидность линии приложения сил создает момент на выход из спирали.
  Так как на ушах профили меньше по хорде и движутся по большему радиусу, чем центр крыла, искажение обтекания, следовательно, и сдвиг ц.д., на краях крыла меньше. Это может привести к потере курсовой устойчивости крыла, то есть крыло будет стремиться самопроизвольно ускорять вращение "по курсу", стремясь довернуть в сторону крена. Сочетание сдвига центров давлений назад с уменьшением курсовой устойчивости может привести к затрудненному выходу из спирали и даже к спиральной неустойчивости.
  Сравнив геометрию крыльев ( www.para2000.org) в уже упомянутом тесте DHV, видно, что легче выходят из спирали крылья с выраженной стреловидностью "ушей", то есть обладающие большей курсовой устйчивостью.   Также становится понятно, почему более склонны к зависанию в спирали крылья малого удлиннения. У них короче стропы и длиннее хорда, поэтому искажение обтекания профиля сильнее.

 5.Условия, приводящие к высокой перегрузке.
Анализ крыльев. Формула перегрузки. Раскрутка. Причины низкого демпфирования раскрутки (скольжения). Влияние формы и толщины "ушей".
 Перегрузка и быстрое вращение, приводящие к дезориентации, являются большей проблемой, чем спиральная нейтральность. Перегрузка пропорциональна квадрату угловой скорости и радиусу вращения в первой степени. Проще говоря, увеличение скорости вращения на 15% увеличивает перегрузку на 2 ед. (до 5,5G), и она становится запредельной для нетренированного человека ( по данным авиационной медицины ).

  Степень наибольшей раскрутки зависит от бокового демпфирования, относительно центра вращения параплана (рис.5). Мало зависит от длины строп (судя по тесту DHV). Зависит от формы концевых частей крыла. По фото крыльев из теста, крылья-рекордсмены по перегрузке имеют толстые профили на "ушах", обрубленную форму законцовок.

 Примеры тонких профилей-Gradient Golden-3, Nova Mentor-2: они выходят из спирали с небольшой потерей высоты.


Примеры толстых профилей на ушах-Paratech P28, Swing Mistral-6, это рекордсмены по потере высоты при выходе из спирали.

 

Законцовки крыла даже в обычном полете очень забавно обтекаются (из-за концевых вихрей и перетекания), а в начале спирального движения угол атаки внутреннего уха может оказаться больше 25 градусов. Обтекание толстого и тонкого профилей на закритических (срывных) углах атаки отличаются (рис.6). Картина срыва при этом сильно зависит от формы законцовки и толщины ее профиля. По рисунку видно, что "уши" с тонким профилем на больших углах могут иметь значительно превосходящую подъемную (в нашем случае демпфирующую) силу.

 6.Выводы для пилотов и разработчиков.
 На крыльях строп стало ~наполовину меньше, чем 10 лет назад. Из-за этого нынешние парапланы, даже послешкольные, легко набирают скорость, хорошо сохраняют запасенную энергию и способны потерять больше 100м высоты при выходе из крутой спирали.  Значит, необходимо иметь соответствующий запас высоты в начале и уметь плавно выходить из вращения, а также помнить, что времени на бросание ЗП в случае невозможности вывода-только 5 сек.
 Поведение крыла в крутой спирали определяется выбором стреловидности законцовок, толщины их профилей, арочности, формы в плане.

    ---------------------------------------------------------------------------------------

  • parakub.d-n-t.ru
  • Удачных полетов!
    Вопросы и предложения