ГЛАВА III УПРАВЛЯЕМОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ АППАРАТОВ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
 

Аппарат, совершающий полет на воздушной подушке и предназначенный для выполнения каких-либо определенных задач, например для перевозки людей и грузов, так же, как и другие транспортные машины (самолеты, автомобили, корабли), должен обладать способностью маневрирования. Это требование особенно важно для аппаратов, летящих с большой скоростью над сушей с местными препятствиями такими, как столбы, деревья, постройки, овраги и т. д. Аппарат должен быстро изменять направление своего движения, останавливаться, двигаться вперед и назад, вправо и влево, разворачиваться относительно вертикальной оси, изменять крен и наклон своей продольной оси, а также высоту полета.

Как известно, автомобили останавливаются за счет торможения колес, а изменяют направление движения путем поворота колес. При их повороте создается боковая сила, которая искривляет траекторию движения автомобиля. Самолет выполняет вираж в результате создания крена, при котором подъемная сила крыла отклоняется от вертикали и боковая составляющая подъемной силы искривляет траекторию движения самолета. Аналогичным образом изменяет направление своего движения и корабль. При повороте руля корабль поворачивается относительно вертикальной оси и продольная его ось отклоняется на некоторый угол от траектории движения. Вследствие этого возникнет боковая гидродинамическая сила, искривляющая траекторию движения корабля.

Аппарат на воздушной подушке в горизонтальном направлении может перемещаться при помощи воздушных винтов, специальных воздушно-реактивных двигателей или

за счет отклонения назад или вперед струй воздуха, истекающих из кольцевого сопла. Эти устройства создают тягу для горизонтального полета. Они могут быть использованы также для торможения, горизонтального движения назад и для разворотов. Так, например, если на аппарате установлены рядом два воздушных винта с изменяемым углом установки лопастей, т. е. с изменяемым шагом, то тормозить аппарат можно путем перевода лопастей винтов на отрицательный шаг. В этом случае тяга винтов будет направлена назад и аппарат затормозится, а если винты будут продолжать вращаться, аппарат начнет двигаться назад.

Разворот аппарата может выполняться следующим образом. Сначала затормаживается горизонтальное движение аппарата, и он останавливается. Затем одним из винтов в результате установки лопастей на отрицательный шаг создается тяга, направленная назад, а другим винтом создается тяга, направленная вперед. Поскольку винты расположены справа и слева от центра тяжести аппарата (рис. 24), то силы тяги винтов образуют пару с моментом Т -а, где Т — сила тяги одного винта и а — расстояние между осями винтов. Под действием этого момента аппарат разворачивается относительно вертикальной оси. Угол поворота будет зависеть от величины и времени действия этого момента, величины момента инерции аппарата относительно его вертикальной оси и от величины момента аэродинамических сил, действующих на аппарат и препятствующих его повороту. Естественно, чем больше величина момента Т • а и время его действия и чем меньше момент инерции и момент аэродинамических сил, тем на больший угол повернется аппарат. Как только аппарат займет положение, близкое к необходимому, тягу винтов уравнивают и поворот аппарата затормаживается аэродинамическими силами. После этого шаг обоих винтов синхронно увеличивают, оба винта создают направленную вперед одинаковую тягу, и аппарат начинает двигаться горизонтально в новом направлении.

Разворачивая аппарат таким образом, можно изменять направление полета на любой угол с нулевым радиусом, т. е. центр тяжести аппарата при развороте будет двигаться не по плавной кривой, а по прямым линиям, имеющим излом в точке поворота. Применяя такие развороты аппарата, летчик может обходить любые местные препятствия. Однако разворачивать аппарат таким образом крайне невыгодно, так как в этом случае скорость аппарата необходимо уменьшать (тормозить) до нуля, а затем после изменения направления вновь увеличивать ее. Для этого требуется затрата времени и топлива.

Если на аппарат действуют моменты аэродинамических сил, стремящихся увеличить угол между его осью и направлением движения (аппарат неустойчив), то для прекращения разворота необходимо создать момент тяги винтов.

В случае если тяга для горизонтального движения создается воздушно-реактивными двигателями или отклоненными (специальными лопатками) назад струями, истекающими из кольцевого сопла, то аппарат разворачивают аналогичным образом. Например, аппарат с воздушно-реактивными двигателями разворачивают за счет увеличения тяги двигателей, расположенных с одной его стороны, и уменьшения — с другой. Для улучшения управляемости относительно вертикальной оси на некоторых аппаратах устанавливают рули, расположенные в струях воздушно-реактивных двигателей. При отклонении таких рулей создается дополнительный момент сил относительно вертикальной оси.

Рис. 25. Примерная зависимость потребной мощности от высоты полета

Управление аппаратом относительно продольной и поперечной осей осуществляется в большинстве случаев с

помощью заслонок, регулирующих расход воздуха на отдельных участках кольцевой струи. Например, для того чтобы наклонить аппарат передней частью вниз, прикрываются заслонки, уменьшающие расход воздуха через кольцевую струю в передней части аппарата. Тяга, создаваемая этой струей в передней части аппарата, и разность давлений дельта р уменьшаются. Так как в задней части аппарата эти величины остаются неизменными и поэтому оказываются большими, чем в передней части, то относительно центра тяжести аппарата возникает момент сил, наклоняющий аппарат вперед. Аналогично прикрытием заслонок, расположенных в задней части аппарата, наклоняют его назад, а крен вправо или влево создают створками, расположенными соответственно справа и слева.

Как следует из формулы (50), при заданных весе и геометрических параметрах аппарата высота его полета с постоянной скоростью V0 зависит от мощности двигателя, затрачиваемой на создание воздушной подушки. Чем больше эта мощность, тем больше высота полета, и наоборот (рис. 25). Таким образом, управлять высотой полета можно путем изменения мощности двигателя.