ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ

Силы, действующие на парашют, невозможно увидеть, но можно объяснить. Разобравшись, что заставляет купол лететь хорошо, вы поймете, что заставляет его лететь плохо.

Итак, существует всего две основные составляющие, которые заставляют наш купол замедлять наше снижение - подъемная сила и сопротивление. Круглые купола используют сопротивление очень просто - захватывая как можно больше воздуха под себя, тем самым тормозя наше падение. А вот уже купол типа "крыло" создает себе Подъемную силу, приложенную к "крылу" в зависимости от формы купола и его положения по отношению к набегающему потоку. Контролирование потока воздуха над "крылом" и есть искусство пилотирования парашютом.

Подъемная сила

Создаваемая куполом Подъемная сила имеет два слагаемых. Сама по себе форма крыла уже создает Подъемную силу. Из-за его формы, его изогнутости, воздуху приходится быстрее протекать над куполом, чем под ним. Согласно законам физики, когда скорость воздуха повышается, его давление уменьшается. Это создает область низкого давления над куполом, и соответственно высокого под ним. Поэтому, под воздействием высокого давления, крылу приходится "подниматься" по направлению к области низкого давления.

Отклонение потока воздуха - второе слагаемое Подъемной силы. В случае отклонения потока в сторону - тут же появляется ответная реакция в обратном направлении - то же самое, за счет чего вы можете совершать повороты, вращения и т.д. во время свободного падения.Равновесие отклонения потока и формы крыла - единый комплекс. Если бы отклонение потока было бы единственным источником Подъемной силы, при правом повороте клевантой (уход вниз правой задней кромки крыла) поток, отклоняемый вниз, толкал бы правую часть купола вверх, провоцируя крен налево и, тем самым, производя левый поворот. А в действительности же, затягивание правой клеванты вниз уменьшает Подъемную силу за счет повышения сопротивления на этой стороне. Сопротивление вызывает замедление правой стороны купола, что при мизерной подъемной силе на этой стороне и почти не изменившийся на левой вызывает крен купола направо.

Основное применение отклонения потока - во время "подушки" при приземлении. При выполнении "подушки" (затягивания двух клевант одновременно) поток отклоняется вниз, провоцируя подъем купола вверх. Но ведь в это время возрастает и сопротивление, замедляя перемещение купола вперед. Находящийся внизу пилот, имеющий гораздо большую массу и меньшее сопротивление, замедляется не так быстро, как купол, и пролетает вперед купола. Это изменяет основной угол атаки купола, значительно увеличивая Подъемную силу за счет отклонения потока. В таком положении купол остается, пока хватит Подъемной силы, т.е. скорости. Мы рассмотрим применение этого приема отклонения потока при обсуждении угла атаки в главе практической техники полета.

Сопротивление

Другая основная действующая на купол сила именуется Сопротивлением. Сопротивление так же является к нам в двух своих проявлениях, которых я назвал сопротивлением крыла и паразитным сопротивлением. Говоря проще, сопротивление крыла - это результат трения воздуха о крыло. Это наказание всех без исключения крыльев, имеющих хоть какую нибудь площадь, и вы можете говорить об этом как о Подъемной силе, толкающей назад! Паразитное сопротивление есть результат разрушения формы потока воздуха неравномерностями крыла, и все что с ним связано. Отверстия секций вызывают турбулентность. Швы, укладочные петли, стропы и их держатели, "медуза", слайдер и даже вы - пилот - способствуете сопротивлению, при этом, абсолютно не повышая Подъемной силы. Парашюты никогда не будут такими же хорошими крыльями, как крылья самолета, из-за своего структурного свойства порождать неимоверное количество паразитного сопротивления.

Подъемная сила и сопротивление - два результата обтекания воздушным потоком верхней части крыла. Именно поток воздуха над крылом создает эти силы для полета, отсюда - быстрее поток - больше значения этих сил. Подъемная сила и сопротивление возрастают в геометрической прогрессии по отношению к скорости: Увеличение скорости вдвое повышает Подъемную силу и сопротивление вчетверо. А это значит только одно: скорость - это ключ ко всему. Двигаться быстро - значит, в данном случае, большая Подъемная сила и четкая реакция в управлении. Но это так же и значит возрастающее сопротивление, что и заставляет производителей высокоскоростных куполов прибегать к различным, уменьшающим сопротивление, уловкам: коллапсируемая "медуза", убирающийся слайдер, маленький диаметр строп и т.д..

Срыв потока

Протекающий через крыло поток, как и любая текучая среда, имеет еще несколько интересных характеристик - одну из них вы можете легко заметить, наблюдая, как вода огибает находящийся в ее потоке камень. Жидкость пытается повторить все контуры тела по самому сглаженному возможному пути. Купол имеет возможность изменять форму до определенных состояний без разрушения потока. Направление потока так же можно слегка изменить, не нарушая его, но если сделать это слишком быстро и резко, происходит т.н. "срыв потока". Вместо того, что бы плавно повторять контуры тела, поток разбивается в беспорядочные волны и водовороты. Это очень важная для парашютистов деталь, потому что, в сущности, это значит что любой внезапный, радикальный маневр значительно уменьшает эффективность купола из-за падения Подъемной силы, вызванной изменением формы крыла. Самые распространенные и драматические примеры срыва потока с парашюта вызывают его т.н. "свал", хотя, как мы увидим чуть позже, тут есть много всяких тонкостей: чрезмерное задавливание передних свободных концов, "прокачка" клевантами, резкое затягивание клевант и т.д.

Тяга и Масса

Для крыла, двигающегося сквозь воздушный поток и порождая Подъемную силу, необходима так же сила, толкающая его вперед. Назовем ее тягой. С самолетом все понятно - эту проблему тут решает мотор. У спортивных куполов этим занимается гравитация. В парашютах- крыло стропы передней кромки (А) короче, чем стропы задней кромки (D), что вызывает наклон купола вниз. Поток, отклоняющийся у задней кромки, вызывает горизонтальное перемещение. Вес всей системы (вы плюс снаряжение) давят купол вниз. Крыло скользит, как санки с горы, согласно уклону, выставленному передними и задними стропами.

Чем больше масса, давящая купол вниз - тем эта самая тяга больше. Мы будем считать отношение массы к площади купола т.н. "загрузкой купола", которая является очень важным показателем для пилота. В Америке загрузка купола считается отношение полного веса парашютиста и системы в фунтах к площади купола в квадратных футах. Это заставляет нас быть уверенным в том, что при постоянной неизменной загрузке купола его перемещение по вертикали и горизонту так же буде постоянным.

Однако загрузка купола может катастрофически изменятся во время поворота. Это легко понять, вспомнив, как начинают давить обхваты во время поворота. Чем быстрее вы его совершаете, тем больше увеличивается ваша масса. Что же происходит во время поворота клевантой? В момент поворота купола тело пилота продолжает двигаться в прямолинейном направлении, пока купол не повернет его в новом направлении. Если поворот еще продолжается, центробежная сила продолжает удерживать пилота под уклоном, как бы вытягивая его из-под купола. При этом, действующая на вас Центробежная сила здорово увеличиваес вашу массу. Если поворот прекратить, под действием своей массы вы вернетесь под купол. Именно это перемещение из положения "вне купола" под купол и есть тот самый момент, когда достигается самая высокая скорость. Достигается она благодаря тому, что в этот момент, благодаря вашей возросшей массе, критически повышается загрузка купола. Кстати, скорость снижения тоже повышается по тем же причинам. Чем быстрее вы поворачиваете, больше Центробежная сила увеличивает вашу массу, ни чуть не изменяя ваш реальный вес.

Кстати, заметьте, что при некоторых маневрах вы можете так же здорово уменьшать загрузку крыла на какой-то момент. На многих куполах пилоты могут совершать повороты, которые подбрасывают их тело вверх, в то время, как купол уходит вниз, при этом, на какое то время стропы ослабляются - что означает уменьшение загрузки практически до нуля на какое-то мгновение.

В то же время, большая масса (тяга) значительно улучшают управление. Возвращаясь назад к нашей аналогии с санками, добавляя на них вес, вы заставите их двигаться все быстрее и быстрее, пока, наконец, они не начнут проваливаться в снег или перевернуться. Без необходимой достаточной загрузки купол становиться вялым и пассивным, в то время как увеличение загрузки приводит к повышению скорости. При увеличении скорости в два раза - Подъемная сила увеличивается в четыре раза, то есть крыло, например, двигалось со скоростью 25 км/ч, и создавала Подъемную силу, скажем, (100) единиц. При увеличении скорости в два раза (50 км/ч) Подъемная сила увеличится в 4 раза (400). Именно поэтому, реактивные самолеты могут держаться на крошечных крыльях, едва подходящих для Cessnы, и вот почему люди с соответствующей подготовкой могут прыгать с куполами малой площади, загруженными до 1.4 и выше, а кое кто умудряется приземляться с загрузкой 2 и даже больше! Повышенная управляемость, которая приходит с высокой загрузкой купола, связана не только с горизонтальной скоростью перемещения, а и с прохождением поворотов, "подушкой", быстротой реагирования. Но все имеет свою цену, и за все приходится платить. Цена высоко загруженного купола тоже довольно велика, и об этом мы поговорим в главе о реальных полетах под куполом.

Центр Тяжести, Центр подъемной силы

Центр подъемной силы находится в точке крыла, где она сконцентрирована. Центр тяжести - там, где сфокусирован вес всей системы. У спортивных куполов вес сконцентрирован прямо под крылом, и имеет форму парашютиста, т.е. Вас. Изменяя положение Центра Тяжести к Центру подъемной силы, мы изменяем наклон купола, вызывая тем самым изменение угла атаки.

Угол Атаки

Многие парашютисты считают угол атаки - положение купола по отношению к Земле. Это абсолютно не так! Углом атаки называется угол между хордой купола и набегающим потоком. Изменяется угол атаки путем применения некоторых усилий на крыло. В самолетах это делается посредством хвостового оперения, а вот парашюты лишены этой счастливой возможности. "Подушка"-вот единственный способ изменить угол атаки купола-крыла. Во время использования "подушки" в качестве тормоза, происходит перемещение веса (в смысле вас) под куполом, передвигая вас вперед, т.к. легкий и высокосопротивляемый потоку парашют замедляется гораздо быстрее, чем тяжелый малосопротивляемый потоку парашютист. Результатом будет являться временное увеличение угла атаки, генерируя тем самым большую Подъемную силу из-за более сильного отклонения потока.

Заметьте, что во время "подушки" изменяемый угол Атаки происходит из-за фактического изменения набегающего потока, т.к. вес внизу уходит вперед - происходит в точности такое же воздействие на крыло, какое применяют при посадке на дельтаплане. И хотя несомненно затягивание клевант изменяет форму крыла, что так же имеет свои последствия, но если бы перемещение веса не вызывало бы значительного изменение угла атаки, то увеличением изгиба крыла создавалась бы очень мизерная Подъемная сила. Глубокое низкое торможение при точностных прыжках является типичным примером приземления с использованием торможения, а не "подушки". При хорошей правильной "подушке" равномерное торможение заставит купол двигаться все медленнее и медленнее; при этом пилот будет находиться чуть впереди своего нормального положения под куполом, удерживая тем самым повышенный угол атаки и усиленное отклонение потока. В какой-то момент скорость купола иссякнет, и пилот вернется назад на свое место. В этот момент уже не остается скорости на создание Подъемной силы никаким известным способом, и высокая скорость падения начинает перетягивать вас к себе, пока в конце концов либо купол снова обретет горизонтальную скорость, либо уже земля прервет этот поучительный полет.

Угол Снижения

Теперь посмотрим на угол Снижения, который часто путают с Углом Атаки. Углом Снижения можно назвать дифферент, продольный наклон (нос вверх или нос вниз) купола и он строго закреплен на куполе выставленной разницей между передними и задними рядами строп. Но его можно изменять, если затянуть передние или задние свободные концы. Натянув вниз передние свободные концы, вы измените угол снижения, но не угол атаки. При таком крутом угле, купол начнет снижаться быстрее, но набегающий поток будет все равно удерживать купол в довольно спокойном стабильном состоянии, хотя и изменяется на какое-то мгновение в начале и конце маневра. У большинства куполов, дифферент при помощи строп выставлен таким образом, что наклон, по которому купол скользит вниз, описывается как три фута вперед при одном футе вниз, другими словами купола имеют качество глиссады 3 к 1. Увеличение дифферента позволит куполу летать дальше по горизонту, но взамен придется пожертвовать тем, что купол не будет находится под необходимым давлением, для того, что бы быть не подвластным различным турбулентным явлениям по сравнению с теми, у которых глиссада круче. Крутая глиссада увеличивает скорость снижения и давление в куполе, но тут уже в жертву приносится длина глиссады, плюс еще теряются некоторые возможности и характеристики "подушки".

Форма купола

При затягивании клевант вниз вы меняете не только Угол Атаки но и изменяете саму форму купола. Крылья с большим изгибом генерируют большую Подъемную силу на меленьких скоростях, но обладают огромным сопротивлением. Если вы затяните клеванты вниз и будете ровно удерживать их - это изменит изгиб купола, вызывая тот эффект, благодаря которому парашют летит. Скорость снижения вырастет, порождая горизонтальную скорость. Современные купола в основном свою "подушку" строят на угле атаки, поэтому самая лучшая "подушка" получится только при полноскоростной глиссаде. Высокая скорость снижения переходит в подъемную силу при выполнении "подушки". Но в ситуации, когда вы просто хотите замедлить свою скорость снижения на некий длительный период, самый эффективный способ - повышение изгиба крыла притормаживанием.

Итог

Выберите минуту в какой нибудь день что бы посмотреть на камень, полностью лежащий в быстротекущем потоке. Гладкий и ровный камень будет огибаться чистыми и ровными потоками воды, лишь с небольшими турбулентными явлениями на самом конце камня, где потоки встречаются. Эти потоки, протекающие над камнем - почти то же самое, что и потоки воздуха над вашим куполом. Турбулентность воды за камнем - это форма сопротивления, некий кильватер, оставляемый вашим куполом за собой в воздухе. Неупорядоченность на этой поверхности и бурное и неспокойное состояние вершины кромки паразитного сопротивления вы можете легко увидеть. Теперь посмотрим на неровный камень. Поток разделяется согласно всему описанному выше, все эта бурная вода и никаких ровных потоков. Никаких потоков - никакой подъемной силы. Никакой подъемной силы - никакого контроля. Как же эти абстрактные положения о жидкостях и потоках применимы в повседневном скайдайвинге? Мы очень скоро это увидим. Но сначала, посмотрим на различные формы куполов, для чего они проектировались, и что от них можно ожидать.