Планер или планер — это тип самолета-планера , используемый для досуга и занятий планерным спортом ( также называемым парящим). [1] [2] Этот самолет без двигателя может использовать естественные потоки восходящего воздуха в атмосфере для набора высоты. Планеры имеют аэродинамическую обтекаемость и поэтому могут лететь на значительное расстояние вперед при небольшом уменьшении высоты.
В Северной Америке для описания этого типа самолета также используется термин «планер». В других частях англоязычного мира слово «планер» встречается чаще.
Планеры выигрывают от очень низкого сопротивления при любой заданной подъемной силе, и этого лучше всего достичь с помощью длинных тонких крыльев , тонкого фюзеляжа и гладких поверхностей без выступов. Самолеты с этими характеристиками способны парить – эффективно набирать высоту в восходящем воздухе, создаваемом потоками потоков или холмами. В неподвижном воздухе планеры могут планировать на большие расстояния на высокой скорости с минимальной потерей высоты.
Планеры имеют жесткие крылья и полозья или ходовую часть . [2] Напротив, в дельтапланах и парапланах для старта и приземления используются ноги пилота. Последние типы описаны в отдельных статьях, а их отличия от планеров описаны ниже. Планеры обычно запускаются с помощью лебедки или аэробуксировки, хотя иногда используются и другие методы, автобуксировка и банджи.
В наши дни почти все планеры являются планерами, но в прошлом многие планеры таковыми не были. Эти типы не взлетели . Это были просто безмоторные самолеты, которые другой самолет буксировал в желаемый пункт назначения, а затем отправлял на посадку. Ярким примером непарящих планеров были военные планеры (например, те, которые использовались во время Второй мировой войны). Их часто использовали всего один раз, а затем обычно бросали после приземления, выполнив свою задачу.
Мотопланеры — планеры с двигателями, которые можно использовать для продления полета и даже, в некоторых случаях, для взлета . Некоторые высокопроизводительные моторные планеры (известные как «самоподдерживающиеся» планеры) могут иметь убирающийся пропеллер с приводом от двигателя, который можно использовать для поддержания полета. Другие моторные планеры имеют достаточную тягу, чтобы взлететь до того, как двигатель будет убран, и они известны как «самозапускающиеся» планеры. Другой тип - самозапускающийся «туристический моторный планер», где пилот может включать и выключать двигатель в полете, не убирая пропеллер. [3]
Планеры сэра Джорджа Кэли совершали короткие прыжки на крыльях примерно с 1849 года. [4] В 1890-х годах Отто Лилиенталь построил планеры, используя для управления смещение веса. В начале 1900-х годов братья Райт построили планеры, используя для управления подвижные поверхности. В 1903 году успешно добавили двигатель.
После Первой мировой войны планеры впервые были построены для спортивных целей в Германии. Крепкая связь Германии с планеризмом в значительной степени объяснялась правилами, принятыми после Первой мировой войны и запрещавшими строительство и полеты моторизованных самолетов в Германии, поэтому энтузиасты самолетов в стране часто обращались к планерам [5] и активно поощрялись немецким правительством. особенно на площадках, подходящих для планирующего полета, таких как Вассеркуппе . [6]
Спортивное использование планеров быстро развивалось в 1930-х годах и теперь является их основным применением. По мере улучшения их характеристик планеры стали использовать для полетов по пересеченной местности и теперь регулярно пролетают сотни, а то и тысячи километров в день [7] [8] , если позволяет погода.
Ранние планеры не имели кабины , и пилот сидел на небольшом сиденье, расположенном прямо перед крылом. Они были известны как « основные планеры » и обычно запускались с вершин холмов, хотя они также способны совершать короткие прыжки по земле, буксируясь за транспортным средством. Чтобы планеры могли парить более эффективно, чем обычные планеры, в конструкции было сведено к минимуму сопротивление. Планеры теперь имеют очень гладкие, узкие фюзеляжи и очень длинные, узкие крылья с большим удлинением и винглетами .
Первые планеры делались в основном из дерева с металлическими креплениями, стойками и тросами управления. Позже фюзеляжи, изготовленные из стальных труб, покрытых тканью, были объединены с деревянными и тканевыми крыльями для придания легкости и прочности. Новые материалы, такие как углеродное волокно , стекловолокно и кевлар , с тех пор используются в компьютерном проектировании для повышения производительности. Первым планером, в котором широко использовалось стекловолокно, был Akaflieg Stuttgart FS-24 Phönix, который совершил первый полет в 1957 году. Этот материал до сих пор используется из-за его высокого соотношения прочности к весу и способности придавать гладкую внешнюю поверхность для уменьшения сопротивления. Сопротивление также было сведено к минимуму за счет более аэродинамических форм и убирающейся ходовой части. На некоторых планерах на задних кромках крыльев установлены закрылки для оптимизации подъемной силы и сопротивления в широком диапазоне скоростей.
С каждым поколением материалов и улучшением аэродинамики характеристики планеров возрастали. Одним из показателей производительности является качество планирования . Соотношение 30:1 означает, что в спокойном воздухе планер может пролететь вперед 30 метров, теряя при этом всего 1 метр высоты. Сравнивая некоторые типичные планеры, которые можно найти в парке планерного клуба: Grunau Baby 1930-х годов имел передаточное отношение всего 17:1, стекловолоконный Libelle 1960-х годов увеличил это соотношение до 36:1, а современные закрылки 18-метровые планеры, такие как ASG29, имеют качество планирования более 50:1. Самый большой планер открытого класса Eta имеет размах 30,9 метра и качество планирования более 70:1. Сравните это с планером Гимли , Боингом 767 , у которого закончилось топливо в полете и, как выяснилось, имело качество планирования 12:1, или со космическим шаттлом с качеством планирования 4,5:1. [9]
Высокая аэродинамическая эффективность необходима для достижения хороших характеристик планирования, поэтому планеры часто обладают аэродинамическими характеристиками, редко встречающимися в других самолетах. Крылья современного гоночного планера спроектированы компьютерами для создания ламинарного профиля с низким сопротивлением . После того, как поверхности крыльев были с высокой точностью сформированы в пресс-форме, они тщательно полируются. Вертикальные винглеты на концах крыльев уменьшают сопротивление и тем самым повышают эффективность крыла. На элеронах , рулях направления и руле высоты используются специальные аэродинамические уплотнения , предотвращающие попадание воздуха через зазоры рулей. Турбуляторные устройства в виде зигзагообразной ленты или нескольких продувочных отверстий, расположенных по размаху вдоль крыла, используются для переключения ламинарного потока воздуха в турбулентный поток в желаемом месте на крыле. Такое управление потоком предотвращает образование пузырьков ламинарного потока и обеспечивает абсолютно минимальное сопротивление. Могут быть установлены стеклоочистители для протирки крыльев в полете и удаления насекомых, нарушающих плавный поток воздуха над крылом.
Современные планеры для соревнований несут сбрасываемый водяной балласт (в крыльях, а иногда и в вертикальном стабилизаторе). Дополнительный вес, обеспечиваемый водяным балластом, полезен, если подъемная сила может быть сильной, а также может использоваться для регулировки центра массы планера . Перемещение центра масс назад за счет подачи воды в вертикальном стабилизаторе уменьшает требуемую прижимную силу от горизонтального стабилизатора и результирующее сопротивление, создаваемое этой прижимной силой. Хотя более тяжелые планеры имеют небольшой недостаток при наборе высоты в восходящем воздухе, они достигают более высокой скорости при любом заданном угле планирования. Это преимущество в сложных условиях, когда планеры тратят лишь небольшое количество времени на набор высоты в термиках. Пилот может сбросить водяной балласт до того, как он станет недостатком в более слабых тепловых условиях. Другое использование водяного балласта – это ослабление турбулентности воздуха, которая может возникнуть во время парения по гребню . Чтобы избежать чрезмерной нагрузки на планер, планеры должны сбрасывать водяной балласт перед приземлением.
Большинство планеров производятся в Европе и разработаны в соответствии со сертификационными спецификациями EASA CS-22 (ранее — Объединенные авиационные требования -22). Они определяют минимальные стандарты безопасности по широкому спектру характеристик, таких как управляемость и прочность. Например, планеры должны иметь конструктивные особенности, позволяющие свести к минимуму возможность неправильной сборки (планеры часто укладывают в разобранном виде, с отсоединенными хотя бы крыльями). Автоматическое подключение органов управления во время такелажа является распространенным методом достижения этой цели.
Двумя наиболее распространенными способами запуска планеров являются буксировка и лебедка. [10] При воздушной буксировке планер буксируется за самолетом с двигателем с помощью троса длиной около 60 метров (200 футов). Пилот планера отпускает веревку после достижения заданной высоты. Однако трос может быть отпущен буксиром и в случае чрезвычайной ситуации. Для запуска с помощью лебедки используется мощный стационарный двигатель, расположенный на земле в дальнем конце зоны запуска. Планер прикрепляется к одному концу троса длиной от 800 до 1200 метров (от 2600 до 3900 футов), и лебедка быстро наматывает его. Планер может набрать высоту от 270 до 910 метров (от 900 до 3000 футов) с помощью лебедки. в зависимости от встречного ветра. Реже автомобили используются для подъема планеров в воздух, тянув их напрямую или с помощью реверсивного шкива, аналогично запуску лебедкой. Эластичные веревки (известные как банджи ) иногда используются на некоторых площадках для запуска планеров со склонов, если в гору дует достаточный ветер. Банджи-запуск был преобладающим методом запуска ранних планеров. Некоторые современные планеры могут самостоятельно запускаться с помощью выдвижных двигателей или просто выдвижных винтов. (см. моторный планер ). Эти двигатели могут использовать энергию внутреннего сгорания или аккумуляторную энергию. [11]
После запуска планеры пытаются набрать высоту, используя термические потоки , подъем хребта , подветренные волны или зоны конвергенции , и могут оставаться в воздухе часами. Это известно как «парящий». Находя подъемную силу достаточно часто, опытные пилоты летают по пересеченной местности , часто по заранее заявленным задачам, на сотни километров, обычно обратно к исходной стартовой площадке. Полеты по пересеченной местности и высший пилотаж - две формы соревновательного планеризма . Информацию о силах при планирующем полете см. в разделе « Подъемная сила к лобовому сопротивлению» .
Пилотам необходима некоторая форма контроля над глиссадой, чтобы посадить планер. В самолетах с двигателем это достигается за счет уменьшения тяги двигателя. В планерах используются другие методы, чтобы либо уменьшить подъемную силу, создаваемую крылом, либо увеличить сопротивление всего планера, либо и то, и другое. Глиссадный уклон — это расстояние, пройденное на каждую потерянную единицу высоты. При устойчивом планировании на уровне крыльев без ветра наклон планирования такой же, как отношение подъемной силы к аэродинамическому сопротивлению (L/D) планера, называемое «L-over-D». Уменьшение подъемной силы крыльев и/или увеличение сопротивления уменьшит L/D, позволяя планеру снижаться под более крутым углом без увеличения воздушной скорости. Простое направление носа вниз только преобразует высоту в более высокую воздушную скорость с минимальным начальным снижением общей энергии. Планеры из-за своих длинных низких крыльев создают эффект высоты над землей, что может значительно увеличить угол планирования и затруднить доставку планера на Землю на короткое расстояние.
В ранних конструкциях планеров для приземления использовались полозья, но современные модели обычно приземляются на колеса. Некоторые из первых планеров использовали для взлета тележку с колесами, и тележку отбрасывали, когда планер отрывался от земли, оставляя только полозья для приземления. Планер может быть сконструирован таким образом, чтобы центр тяжести (CG) находился за основным колесом, поэтому планер располагался носом высоко над землей. В других конструкциях центр тяжести может располагаться впереди основного колеса, поэтому при остановке носовая часть опирается на переднее колесо или скользит. Полозья сейчас в основном используются только на учебных планерах, таких как Schweizer SGS 2–33 . Полозья имеют ширину около 100 миллиметров (4 дюйма) и длину 900 мм (3 фута) и проходят от носовой части к основному колесу. Полозья помогают при торможении после приземления, позволяя пилоту нажимать на ручку управления вперед, создавая тем самым трение между полозьем и землей. Законцовки крыльев также имеют небольшие полозья или колеса для защиты законцовок крыла от контакта с землей.
В большинстве высокопроизводительных планеров шасси можно поднимать для уменьшения сопротивления в полете и опускать при посадке. Предусмотрены колесные тормоза, позволяющие остановиться на земле. Их можно включить, полностью выдвинув спойлеры/пневматические тормоза или используя отдельный орган управления. Хотя основное колесо только одно, крыло планера можно удерживать в горизонтальном положении с помощью органов управления полетом, пока оно не станет почти неподвижным.
Пилоты обычно приземляются обратно на аэродром, с которого они взлетели, но приземление возможно на любое ровное поле длиной около 250 метров. В идеале, если позволяют обстоятельства, планер должен летать по стандартной схеме или по кругу при подготовке к приземлению, обычно начиная с высоты 300 метров (1000 футов). Затем используются устройства контроля глиссады для регулировки высоты, чтобы обеспечить приземление в желаемой точке. Идеальная схема приземления располагает планер на конечном этапе захода на посадку так, что раскрытие 30–60% интерцепторов/пикирующих тормозов/закрылков приводит его к желаемой точке приземления. Таким образом, пилот имеет возможность открывать или закрывать спойлеры/воздушные тормоза, чтобы увеличить или увеличить скорость снижения и достичь точки приземления. Это дает пилоту широкий запас безопасности в случае возникновения непредвиденных событий. Если таких устройств управления недостаточно, пилот может использовать такие маневры, как скольжение вперед , чтобы еще больше увеличить наклон планера.
Большинству планеров для запуска требуется помощь, хотя у некоторых есть двигатель, достаточно мощный, чтобы запустить его без посторонней помощи. Кроме того, большая часть новых планеров имеет двигатель, который поддерживает планер в воздухе, но недостаточно мощный для запуска планера. По сравнению с самостоятельными ракетами-носителями эти двигатели меньшей мощности имеют преимущества в весе, более низких затратах и лицензировании пилотов. Двигатели могут быть электрическими, реактивными или двухтактными бензиновыми.
В планерах континентальной Европы используются метрические единицы измерения, такие как км/ч для воздушной скорости и м/с для скорости подъема и снижения . В США, Великобритании, Австралии и некоторых других странах планеры используют те же узлы и фут / мин , что и коммерческая авиация во всем мире.
Помимо высотомера , компаса и указателя воздушной скорости , планеры часто оснащаются вариометром и радиодиапазоном ( приемопередатчиком ) , каждый из которых может потребоваться в некоторых странах. Транспондер может быть установлен для помощи диспетчерам , когда планер пересекает занятое или контролируемое воздушное пространство. Это может быть дополнено ADS-B . Без этих устройств доступ к некоторому воздушному пространству в некоторых странах может стать все более ограниченным. В странах, где разрешен полет в облаках, при нулевой видимости используется искусственный горизонт или указатель разворота и скольжения . Все чаще используются системы предупреждения столкновений, такие как FLARM , которые даже являются обязательными в некоторых европейских странах. Радиомаяк , указывающий аварийное положение ( ELT ), также может быть установлен на планере, чтобы сократить время поиска и спасения в случае аварии.
Гораздо больше, чем в других видах авиации, пилоты планеров полагаются на вариометр , который является очень чувствительным индикатором вертикальной скорости , для измерения скорости набора высоты или снижения самолета. Это позволяет пилоту обнаруживать мельчайшие изменения, вызванные попаданием планера в поднимающиеся или опускающиеся воздушные массы. Чаще всего на планер устанавливаются электронные «вариаторы», хотя механические вариации часто устанавливаются в качестве резервных. Электронные вариометры производят модулированный звук различной амплитуды и частоты в зависимости от силы подъема или опускания, так что пилот может сосредоточиться на центрировании потока, наблюдении за другим движением, на навигации и погодных условиях. О подъеме воздуха пилоту сообщается повышающимся тоном, тон которого увеличивается по мере увеличения подъемной силы. И наоборот, о снижении воздуха объявляется понижающим тоном, который советует пилоту как можно скорее покинуть зону снижения. ( Дополнительную информацию см. в статье о вариометре ).
Вариометры иногда оснащаются механическими или электронными устройствами, указывающими оптимальную скорость полета в данных условиях. Настройки MacCready можно ввести электронным способом или отрегулировать с помощью кольца вокруг циферблата. Эти устройства основаны на математической теории, приписываемой Полу Маккриди [12] , хотя впервые она была описана Вольфгангом Шпете в 1938 году . [13] Теория Маккриди решает проблему того, с какой скоростью пилот должен летать между термическими потоками, учитывая как среднюю подъемную силу, так и среднюю подъемную силу. пилот ожидает следующего термического набора высоты, а также величину подъема или снижения, возникающую в крейсерском режиме. Электронные вариометры производят те же расчеты автоматически, учитывая такие факторы, как теоретические характеристики планера , водяной балласт, встречный/попутный ветер и насекомых на передних кромках крыльев.
Парящие бортовые компьютеры со специализированным программным обеспечением для парения были разработаны для использования в планерах. Используя технологию GPS в сочетании с барометрическим устройством, эти инструменты могут:
После полета данные GPS могут быть воспроизведены в компьютерном программном обеспечении для анализа и отслеживания следа одного или нескольких планеров на фоне карты, аэрофотоснимка или воздушного пространства.
Чтобы наземные наблюдатели могли идентифицировать планеры в полете или на соревнованиях по планеризму , регистрационные знаки («знаки отличия», «номера соревнований» или «идентификатор соревнований») отображаются большими буквами на нижней стороне одного крыла, а также на плавник и руль направления . Регистрационные знаки присваиваются ассоциациями планеристов, такими как Американское общество парения США , и не связаны с национальными регистрациями, выдаваемыми такими организациями, как Федеральное управление гражданской авиации США . [14] Эта потребность в визуальной идентификации была в некоторой степени вытеснена записью местоположения по GPS. Знаки отличия полезны по двум причинам: во-первых, они используются в радиосвязи между планерами, поскольку пилоты используют свой номер соревнования в качестве позывных . Во-вторых, чтобы легко узнать конкурсный идентификатор планера, когда он летит в непосредственной близости друг от друга, чтобы предупредить его о потенциальных опасностях. Например, во время скопления нескольких планеров в термиках (известных как «стаи») один пилот может сообщить: «Шесть-семь-Ромео, я прямо под вами».
Планеры из стекловолокна всегда окрашиваются в белый цвет, чтобы минимизировать температуру их кожи при солнечном свете. Стекловолоконная смола теряет прочность, когда ее температура поднимается до диапазона, достижимого под прямыми солнечными лучами в жаркий день. Цвет не используется, за исключением нескольких небольших ярких пятен на кончиках крыльев; эти нашивки (обычно оранжевые или красные) улучшают видимость планера пилотам во время полета. Такие нашивки обязательны для полетов в горах во Франции. [15] Планеры из алюминия или дерева, не изготовленные из стекловолокна, не так подвержены разрушению при более высоких температурах и часто довольно ярко окрашены.
Иногда возникает путаница в отношении планеров/планеров, дельтапланов и парапланов. В частности, парапланы и дельтапланы запускаются с ног. Основные различия между видами заключаются в следующем:
FAI определила восемь соревновательных классов планеров . [25] Это:
Большая часть планеров производилась и до сих пор производится в Германии, [26] родине этого вида спорта. В Германии есть несколько производителей, но тремя основными компаниями являются:
В Германии также есть компании Stemme и Lange Aviation . В других странах мира есть и другие производители, такие как Jonker Sailplanes в Южной Африке, Sportinė Aviacija в Литве, Allstar PZL в Польше, Let Kunovice и HpH в Чехии и AMS Flight в Словении. [27]