Планер

Планер, безмоторный летательный аппарат тяжелее воздуха, могущий держаться в нем: 1) за счет расходования потенциальной и кинетич. энергии и 2) за счет энергии ветра, воздушных и термич. потоков. Первым человеком, начавшим систематич. летание на П. и практически осуществившим царящий полет, следует считать немецкого ученого Отто Лилиенталя, одним из первых поставившего изучение полета на П. на научную базу. После Лилиенталя полеты на планере производились Пильчером, Шаню-том, Герингом, бр. Райт и др. В зависимости от конструкции и применения современные планеры бывают рекордные, учебные и тренировочные.

1.Рекордные П. должны иметь возможно лучшие аэродинамич. качества для достижения максимальной высоты и дальности полета, достаточную прочность и скорость, позволяющую летать при сильном ветре. По конструкции рекордный П. представляет собою свободно несущий моноплан с верхним крылом, прикрепленным к фюзеляжу. Иногда, крыло подкрепляется подкосами. Габарит фюзеляжа дается минимальный и определяется лишь необходимым габаритом кабины летчика; органы управления—минимально возможные; шасси отсутствует—вместо него ставится лыжа, наполовину спрятанная в фюзеляже. Для соблюдения нужной центровки аппарата летчик помещается впереди крыла. В большинстве случаев рекордные П.бывают одноместными, реже двухместными. Материалами, идущими на постройку П., являются главн. образом:

авиационный лее (смотрите), фанера-переклейка, ножевая фанера, сталь и дуралюмин (смотрите). Конструкции б. ч. бывают сплошь деревянными и редко—смешанными. Сталь и дуралюмин идут гл. обр. для изготовления узлов, управления, различных башмаков и др. По конструкции лонжероны делаются гл. обр. коробчатого сечения, переменного как по высоте, так и по ширине. Последнее вызывается желанием приблизиться к равно-прочности лонжерона, то есть максимально выиграть в его весе. Наибольшая высота и ширина лонжерона получаются в середине крыла, то есть у фюзеляжа, и убывают к концу крыла. Соответственно с изменением высоты полок лонжерона изменяется и профиль .крыла—в середине оно берется более толстым, к концу делается тонким. В виду большого размаха крыла (15—22 м) последнее .делается составным из 3 частей—центральной части и двух симметричных консольных частей. Иногда центральный план имеет всюду одинаковый профиль, а изменение его формы происходит только в консольных частях. В нек-рых же случаях профиль меняется, начиная от середины крыла до самого конца, и нервюры в симметричных половинах крыла получаются все разными. Расстояния между нервюрами берутся примерно такими же, как у самолетов, то есть от 250 .до 300 миллиметров. По конструкции нервюры не отличаются от нервюр самолетов и делаются вырезанными из фанеры, с необходимыми облегчениями и усилениями, или ферменного типа, но более легкими, так как нагрузки на крыльях у П. значительно меньшие. Обтяжка крыла обычно бывает комбинированной: передняя часть обтягивается фанерой-переклейкой, а задняя часть—тонкой материей, например перкалем, бязыо, полотном. Если крыло делается однолонжеронным, то вся передняя часть его от носка нервюры до лонжерона включительно представляет собою жесткую коробку, воспринимающую на себя изгибающий и крутящий моменты воздушных сил. Для получения достаточной жесткости крыла нервюры в носовой части крыла связывают между собою при помощи ряда продольных стрингеров, идущих вдоль всей длины крыла; носовые части нервюр связывают одним или несколькими такими стрингерами усиленного типа, кроме того иногда внутри этой коробки девают раскосную ферму. Фанера-переклейка, обтягивающая переднюю часть крыла, приклеивается, к нервюрам, стрингерам и полкам лонжерона при помощи столярного или казеинового клея и кроме того укрепляется медными шурупами и оцинкованными или медными гвоздями. При однолонжеронных конструкциях лонжерон располагается ближе к передней кромке крыла. В современных П. расстояние оси лонжеронов от передней кромки колеблется в пределах от 25 до 35% хорды. Задние части нервюр связывают между собою тонкими рейками или лентами. Концы нервюр соединяются заостренными по профилю продольными деревянными планками, согнутыми профилями из тонкого „листового дуралюмица, или просто стальным тросом, укрепляемым у конца каждой нервюры. Скелет центральн. части крыла од ного из рекордных П. изображен на фигуре 1. Нервюра в данном случае состоит из двух частей, которые до обтяжки фанерой приклеиваются к лонжерону. Нервюры обычного ферменного типа. Вырезы в узлах крепления раскосов нервюр предусматривают место для продольных стрингеров, дающих жесткость всей фанерной коробке. Фанера, обтягивающая крыло, заходит слегка за лонжерон и связывает в одно целое задние и передние части нервюр. При двухлонжерон-ном крыле крепление его к фюзеляжу про

изводится к верхней его части в че-точках: каж-

в двух точках, разнесенных между собою на величину ширины верхней части фюзеляжа. В однолонжеронных КОН- Фигура 1.

струкциях это крепление обычно осуществляется в трех точках: два узла прикрепляют непосредственно лонжерон, а третий узел, жестко связанный с лонжероном, отстоит от него на нек-ром расстоянии. Это делается для того, чтобы увеличить плечо между опорами и осуществить более жесткую конструкцию всего крепления крыла, так как эти узлы воспринимают большие нагрузки от крутящего момента воздушных сил и инерционных сил, возникающих при резком действии рулем направления. На фигуре 2 изображена одна из конструкций крепления однолонжеронного крыла к фюзеляжу. 3-я точка крепления крыла здесь вынесена вперед, в носовую часть, и

жестко связана с лонжероном при помощи четырехлапого паука, сваренного из стальных труб. На конце паука приварен небольшой патрубок с внутренней нарезкой, в который ввертывается стальная пробка соединяющая паук с одним из шпангоутов фю-

Т. 9. т. XVI.

зеляжа. Крепление разъемных частей крыла между собой осуществляется при помощи стальных башмаков, укрепляемых в концах лонжеронов и обеспечивающих достаточную прочность этого сечения крыла и жесткость защемления консольной его части. При одно-лонжеронных крыльях, этих башмаков бывает две пары—одна пара устанавливается на верхних полках лонжерона, а другая—на нижних. Эти башмаки воспринимают насебя большую долю изгибающих крыло нагрузок. Для воспринятая крутящего момента воз-душных сил и сил лобового сопротивления консольной /SfJW части крыла, в месте разъема у Jjr делаются еще одна-две точки крепления, отнесенные от лон-_Фиг з жерона в ту или другую сторону по хорде крыла. Крепление консольной части крыла к центральному плану является наиболее ответственным и требует хорошей конструктивной проработки, т. к. одновременно с креплением крыльев в месте разъема приходится осуществлять и разъемное управление элеронами—этого требуют условия эксплуатации рекордных П. на состязаниях, то есть быстрота сборки и разборки. Обычно осуществляют такую конструкцию крепления и соединения, которая при сборке или разборке автоматически включает или выключает управление элеронами, не требуя каждый раз их регулировки. Схематич. чертеж одной из конструкций соединения управления элеронами в месте разъема дан на фигуре 3. На конце лонжерона каждой части крыла устанавливаются кабанчики, соединенные с тросами управления. Один из них делается П-об-.разного сечения,другой же—сплошного сечения, но так.обр.,

ЧТО при соединении Фигура 4.

крыльев между собой он плотно входит в середину первого, образуя как бы один целый кабанчик. Получается, что при действии ручкой управления оба кабанчика поворачиваются одновременно. Существуют также конструкции разъемного управления, основанные на том, что при соединении крыльев они приводят в зацепление специальные секторы, имеющие зубцы, каК у цилиндрич. шестерен (фигура 4). Полная сборка крыла рекордного планера с установкой его на фюзеляж отнимает не более 10 мин.

Фюзеляжи рекордных П. делаются главным образом из дерева. Форма миделевых сечений бывает круглая, овальная или прямоугольная. Конструкция фюзеляжа П. мало отличается от однотипных конструкций легких аэропланов, но все детали делаются более легкими. В современных рекордных П. большое распространение получили конструкции монокок, имеющие обтяжку из фанеры. Это оправдывается необходимостью получить наиболее обтекаемую форму фю зеляжа, несмотря на сравнительную сложность изготовления. Габарит миделевого сечения фюзеляжа рекордного планера определяется минимальным габаритом кабинки летчика, которая помещается впереди крыла. Иногда для получения меньшего миделевого сечения фюзеляжа летчика сажают на очень низкое сидение—всего 10—12 сантиметров высоты. Носовая часть фюзеляжа делается по· возможности хорошо обтекаемой формы. На фигуре 5 представлен скелет одной конструкции фюзеляжа монокок в процессе его сборки. Сидение летчика будет сделано между третьим и четвертым шпангоутом, считая относа; ножное управление — между вторым и третьим шпангоутами; ручка—непосред-

выступать из пределов верхней части четвертого шпангоута, устанавливается крыло, которое в одной точке крепится к 4-му шпангоуту и в двух точках—к 5-му шпангоуту; шпангоуты 4-й и 5-й усиленные, и верхние части их сделаны из склеенных листов фанеры толщиной 20—25 миллиметров, вырезанных по форме шпангоута. Обтяжка фанерой производится по частям; в местах, требующих большого изгиба, фанера распаривается, а в носовой части, где эти изгибы очень велики, делают специальный болван по форме носа и изготовляют на нем специальный кожух из ножевой фанеры, который сажается на фюзеляж уже в готовом виде. Фанера крепится на клею, медных шурупах и гвоздях к шпангоутам, отстоящим друг от друга на 600—800 ιΜΜ, и стрингерам, идущим вдоль всего фюзеляжа.

Хвостовое оперение у П. по конструкции ничем не отличается от однотипных конструкций легких самолетов, но для уменьшения сопротивления планер часто делают без стабилизатора и киля, заменяя компенсированными рулями высоты и направления. В‘этом случае лонжеронами рулей часто служат трубы из стали или дур-алюмина. Подкосы употребляют весьма редко. Конструкция хвостового оперения должна предусматривать легкость сборки и разборки, которая должна занимать не более

5—10 [и. Обтяжка оперения чаще всего делается матерчатая, реже фанерная. В виду болыного⁵размаха крыльев П. вертикальное оперение получается всегда относительно ббльшим, чем у самолета. Это в той же мере относится и к элеронам.

Ш а с с и-рекордного П. должно давать минимальное сопротивление в воздухе, а поэтому конструкторы планера отказались от

шасси типа самолетов и начали изыскивать другие конструкции для воспринятая и амортизации удара при посадке. В настоящее время рекордные планеры снабжаются специальными амортизирующими полозами или лыжами. Конструкций этих посадочных приспособлений очень много. Так например, амортизация осуществляется при помощи автомобильной камеры, которую разрезают, растягивают в виде кишки, заклеивают концы и надувают, как обычно, воздухом. Эта камера помещается между эластичным деревянным полозом и нижней частью фюзеляжа и при посадке, сжимаясь,амортизируетудар(фигура6). Передний конец полоза крепится к фюзеляжу шарнирно, а другой может перемещаться вдоль по фюзеляжу в направляющих. Чтобы камера не лопнула, промежуток между краем полоза и фюзеляжа затягивается полотном. Иногда вместо камеры применяют резиновый шнур. В этом случае удар о полоз передается резиновому шнуру через задний конец полоза, к-рый заходит внутрь фюзеляжа. Есть конструкции, в которых резиновой амортизации совсем нет; в этом случае удар воспринимается упругостью самого полоза, который делается из крепкого дерева наподобие обычной рессоры. Костылями снабжаются все рекордные П., но конструкции отличаются от костылей аэропланов лишь уменьшенным весом и размерами.

2. Учебные П. предназначаются для предварительного обучения планеристов. По конструкции учебный П. должен быть прост, хорошо управляем, дешев, все ответственные детали его должен быть легко доступны для осмотра, планерист должен быть защищен спереди на случай капота, приспособление для посадки должен быть прочно и легко ремонтируемо. Последнее вызывается тем обстоятельством, что во время обучения планеристов П. приходится испытывать сильные удары при жестких посадках, число которых во время первоначального обучения бывает особенно велико. Скорость учебного П. берется меньшей, чем у рекордных машин, так как учебные полеты происходят при меньшей скорости ветра. В соответствии со всеми этими требованиями изменяется и конструкция П. В настоящее время имеют большое распространение бесфюзеляжные конструкции учебных П., которые вместо фюзеляжа имеют плоскую стержневую ферму. На этой ферме открыто ставится сидение планериста и все управление. Крыло такого П. состоит обычно из двух частей, шарнирно скрепленных между собой в середине и с верхней частью фермы и расчаленных сверху и снизу проволоками или тросами. Нижние расчалки крепятся к нижней части фермы, а верхние соединяются в одной точке в верхней части фермы, выступающей сверху крыльев.Оперение такого планера устанавливается на конце плоской фермы, расчаленной для жесткости тросами или проволоками, идущими от конца фермы примерно к серединам симметричных половин крыла. Крылья делаются двух-

лонжеронными. Между лонжеронами делается внутренняя расчалка обычного типа. Обтяжка крыльев учебного планера и всех рулей—полотняная.

3. Тренировочные П. являются переходными от учебных к рекордным. По внешнему виду они похожи на рекордные П., но упрощенной конструкции в смысле производства, а именно: крылья берутся меньшего удлинения и нервюры по возможности все одинаковыми, фюзеляжи прямоугольного сечения, подкосы употребляются как у крыльев, так и у оперения, и т. д. Твердо установившегося типа тренировочных планеров нет.

Аэродинамический расчет П. делается 1) для предварительного определения его основных размеров, увязанных с прочностью и управляемостью, 2) для выбора наиболее подходящего профиля крыльев и 3) для более точного, установления его аэродинамич. данных, после того как все размеры уже известны или далее имеется продувка всей модели П. в аэродинамической трубе.

Под планированием понимается спуск планера по прямолинейн. траектории, при котором равнодействующая воздушных сил R уравновешивается силой тяжести планера—G₀. В аэродинамич. расчете рассматривается только установившееся планирование, и скорости П. берутся относительно воздуха. На фигуре 7 сила Р, представляющая подъемную силу крыльев, равна проекции равнодействующей воздушных сил на

направление, перпендикулярное траектории; сила Q—лобовое сопротивление планера— является проекцией 11 на траекторию полета. Подъемная сила крыльев Р уравновешивается составляющей полного веса планера G₀ на направление, перпендикулярное к траектории, а лобовое сопротивление Q— составляющей G₀ на направление траектории. Угол Θ, составляемый траекторией с горизонтом, называется углом планирования, а угол а, между касательной к хорде в середине крыла и направлением траектории,—у глом атаки. Основными аэродинамическими величинами, характеризующими Появляются: его максимальное качество, то есть максимум отношения его подъемной силы к лобовому сопротивлению, что на поляре Лилиенталя (смотрите Аэродинамика, расчет самолета), соответствует наивыгоднейшему режиму, минимальная скорость снижения П., соответствующая на той же поляре экономия, режиму, и ско-

^Сх/Сц ^сх/с_уУг рость его по траектории относительно воздуха на этих режимах, которая при данной поляре зависит от удельной нагрузки на крылья и относительной плотности воздуха. Наивыгоднейший режим определяется точкой касания с полярой прямой, проведенной из начала координат, которая и определяет максимальное качество планера (смотрите фигура 8). При наивыгоднейгаем режиме,как известно, получается и минимальный угол планирования, который на фигуре 8 соответствует углу между осью ординат и касательной прямой, проведенной из начала координат. Экономия, режим, характеризующий скорость снижения П., на фигуре 8 определяется точкой касания кривой ~ с по-

лярой Лилиенталя. Для суждения об аэро-динамич. характеристиках П. на всех режимах пользуются графиком т. н. указатель-ницы глиссад планирования (смотрите Динамика аэроплана), которая м. б. легко построена из поляры Лилиенталя. Скорость планера по наклонной прямолинейной траектории определяют из ур-ия

V =l/"_ °°

^утр. У в.

Фигура 8.

м/ск,

(1)

e-S-Ca

где G₀—вес планера в кз, ρ=~ —массовая плотность воздуха, S—поверхность крыльев планера в м², а Са—коэфициент равнодействующей воздушных сил: Ca=VC% + Οχ. Угол Θ наклона траектории к горизонту при каждом режиме определяется из ур-ия

tg 0=f· (2)

На фигуре 9 изображен примерный вид ука-зательницы глиссад планера. По оси абсцисс отложены горизонтальные составляющие V,_0P.

скорости планера по Vrop. траектории V_mp., а по оси ординат, направленной вниз,—в том же масштабе вертикальные составляющие той же скорости V_mp., обозначенные Фигура 9. через U. Минимальный угол планирования в_т(п на этой диаграмме является углом между касательной прямой к указательнице глиссад (в точке В), проведенной из начала координат, и осью абсцисс. Минимальная скорость снижения U_min, получающаяся в точке поляры Лилиенталя, соответствующей значению

, на фигуре 9 определяется расстоя-

Су * 1 min

нием менаду осью абсцисс и касательной к указательнице глиссад, параллельной ей (точка А). В виду того что диапазон скоростей П., обусловливаемый его прочностью,

не велик, обычно строят не всю указатель-ницу глиссад, а только лишь ту часть, которая охватывает допустимые для данного планера углы и скорости планирования. Летные режимы для получения больших достижений не должны выходить из пределов ВС указательницы глиссад.

Если полет П. совершается при тихой погоде и при запуске П. имеет нек-рый запас высоты Z, то для достижения наибольшей дальности полета нужно лететь на наивы-

годнейшемрежиме, соответствующем f

С _я: max

Дальность полета определяется по уравнению

L=zct_ge=z(^). (3)

Для получения наиболее продолжительного полета, при том же запасе высоты Z, ему необходимо лететь на экономическом режиме,

то есть при. Время полета П. в дан-

ном случае выразится таким образом:

4 Z Z

LcK-fr. ---.— - · ‘41

“тт ί Go

V e-s

где Z—высота в м; G₀,q, S имеют те же значения, что и в формуле (1). Так как все скорости при расчете П. берутся относительно воздуха, то при наличии встречного или попутного ветра изменится только дальность полета, время же планирования на любом постоянном режиме останется постоянным. Для определения дальности полета относительно земли при наличии ветра этот снос воздуха необходимо учитывать. Устойчивость и управляемость П. подсчитываются точно такими же методами, как у самолета на случай его планирования (смотрите Аэроплан и Динамика аэроплана).

Парящий полет, то есть полет с набором высоты, м. б. осуществлен на плане

ре только при наличии восходящего потока воздуха. Восходящие потоки получаются при ветре, когда поток воздуха, благодаря неровным поверхностям земли, отклоняется от горизонтального направления и скорость потока имеет значительную вертикальную слагающую, направленную кверху (фигура 10). Кроме этих потоков иногда имеют место довольно значительные восходящие термин, потоки воздуха, образующиеся за счет сильного нагревания земной поверхности. При состязаниях П., которые происходят обычно в дневное время и в жаркие месяцы, термин, потоки могут давать очень сильный эффект, и последние мировые достижения высоты и дальности полета на планере обязаны глав

ным образом термическим потокам. Если скорость снижения планера

^р-/й-§| »)

больше вертикальной слагающей” U скорости ветра (фигура 10), то планер должен снижаться. Когда П. попадает в область восходящего потока, в которой вертикальная слагающая ветра равна его скорости снижения, то планер может держаться на постоянной высоте и совершать горизонтальный полет. В случае же TJ<U П. поднимается вверх, с вертикальной скоростью

1^=17-U. (6)

Подъем П. может происходить до тех пор, пока U не будет равно V. Это будет уже потолком планера, то есть предельной для данного П. высотой. Для достижения максимально возможной высоты в восходящем потоке летчик должен вести П. при экономии. режиме, соответствующем значению (

Cyi)imn

Расчет П. на прочность делается обычными методами, применяемыми в самолетостроении, но расчетные нормы прочности П. берутся пониженными по сравнению с аэропланом. Запуск П. происходит на склоне горы и осуществляется след, образом. Устанавливают планер против ветра, поддерживая его за концы крыльев, а 2—3 чел. держат его крепко за костыль. Затем на специальный крючок, схематически изображенный на фигуре 6, который устанавливается в носу фюзеляжа каждого П., надевают кольцо, соединенное с резиновым амортизационным шнуром. Этот резиновый шнур растягивается силою 6—10 чел. После достаточного натяжения шнура, по команде пилота, люди, удерживающие П. за костыль, сразу отпускают его, и машина в 2—3 ск. взмывает в воздух и получает достаточную скорость, натяжение шнура ослабевает, и кольцо под влиянием веса шнура отцепляется с крючка и падает на землю. Посадка П. происходит таким же образом, как и самолетов, но пробег при посадке, благодаря большому трению лыжи о землю, получается очень малый, всего 2—5 метров Перевозка П. производится в разобранном виде на специальных тележках. Необходимость постройки специальных тележек вызывается главным обр. условиями эксплуатации П. на состязаниях, так как при далеких посадках, которые бывают довольно часто, их в собранном виде доставлять на старт очень неудобно и даже не всегда возможно. Хранение П. происходит в ангарах и в авиационных палатках. Мировые рекордные достижения П. на 1929 г. следующие: высота над стартом—2 050 м, дальность полета—172 км и продолжительность— более 14 ч.

Лит.: Фадеев Н.Н., Аэродинамический расчет планера, Москва, 1926; «Хроника воздушного дела», «Самолет», М.; Gymnici A., Der Gleit- u. Segel-flugzeugbau, Berlin, 1925; Wegener К., Die Grund-iagen d. Segelfluges, Lpz.—Mch.—Frankfurt a/M., 1923; StamerF. u. Li pp i sch A., Gleilflug u. Gleit-flugzeuge, Berlin; «Flight», L.; «The Aeroplane», L.; «GC»; «Ztschr. f. Flugtechnik u. Molorluftschiffahrt», Mch.; «Bulletin technique», P.; «Aviation», New York; «Luftwacht», В.; «Flugsport», Frankfurt a/M.; «Flug-Woche», В.—Liclilfelde; «Lufttahrt», В.; «Z. d. VDI»; «Les Ailes», Paris; «L’Ala d’Italia», Milano; L’Adro-nautique, Paris. А. Чев.