При выявлении нарушений в эксплуатации самолета летным составом Смирнов немедленно докладывал об этом своим начальникам по инженерно-авиационной службе и до их решения самолет в воздух не выпускал. Он хорошо знал сорта, нормы расхода и фактический расход горючего и масла на двигателях закрепленного за ним самолета. Экономно и по назначению расходовал горючее и масло, запасные части и расходные материалы.
В результате грамотной эксплуатации и обслуживания на самолете, закрепленном за авиационным механиком Смирновым, не было ни одного отказа по вине технического состава. Самолет отработал два установленных ему заводом срока службы и при сдаче в капитальный ремонт его летно-технические данные мало чем отличались от данных, полученных при заводских испытаниях.
Совсем иначе проявил себя на самостоятельной работе авиационный механик Аверин. За ним был закреплен новый, только что полученный с авиационного завода самолет с отличными летными качествами. Во время осмотров авиационной техники инженеры неоднократно указывали Аверину на нарушение им правил эксплуатации, наказывали его за неудовлетворительный уход за самолетом, но он относился ко всему с удивительным легкомыслием. В результате этого во время одного из осмотров закрепленный за Авериным самолет был признан в неудовлетворительном состоянии и отстранен от полетов, так как его летно-технические данные значительно ухудшились.
Когда Аверина спросили, в чем же причина ухудшения летных качеств самолета, он не знал, что ответить. Он даже не знал, о каких качествах идет речь, и на все вопросы, относящиеся к зависимости летно-технических данных самолета от его состояния, лишь смущенно пожимал плечами, хотя об этом часто говорилось на занятиях и технических разборах.
А оказалось, что именно в этом незнании техники и нерадивости авиационного механика Аверина и крылась причина преждевременного выхода самолета из строя.
Для того чтобы это понять, вспомним некоторые сведения из теории.
Каждому человеку приходится наблюдать и испытывать на себе воздействие силы ветра — движущейся массы воздуха. Заметим здесь только, что величина силы напора будет совершенно одинаковой независимо от того, обтекает ли воздушная масса неподвижное (относительно земли) тело или это тело движется с такой же скоростью в неподвижной (относительно земли) воздушной среде.
Аэродинамические силы, возникающие при движении в воздухе самолета, и характер обтекания его воздушным потоком зависят от физических свойств воздуха и скорости движения, а также от формы самолета, его внешней отделки и положения в воздушном потоке. Характер обтекания самолета воздухом получается одинаковым независимо от того, движется ли самолет в неподвижном воздухе или движется воздух относительно неподвижного самолета. Поэтому для удобства изучения обтекания тел воздухом в аэродинамике применяют принцип обращения движения. В обоих случаях величины аэродинамических сил, возникающих при движении, будут одинаковы.
Если установить плоскую пластинку под углом 90° к направлению движения воздушного потока, то набегающий поток воздуха будет производить на поверхность пластинки динамическое давление, большее по сравнению с давлением атмосферным. Наибольшее давление поток производит в центре пластинки. У краев пластинки происходит сужение потока, вследствие чего возрастает скорость воздушных струй и уменьшается давление. Миновав край пластинки, струи воздуха по инерции устремляются дальше, постепенно расширяясь и заполняя образовавшееся за пластинкой разреженное пространство. Наибольшее разрежение возникает в центре обратной стороны пластинки, постепенно уменьшаясь к ее краям. Воздух, находящийся за пластинкой, стремясь заполнить образовавшуюся область пониженного давления, движется в направлении, обратном основному потоку. Перед пластинкой же образуется область повышенного давления. Возникшая разность давлений порождает силу, перпендикулярную поверхности пластинки и направленную в сторону, обратную движению. Сила эта называется силой сопротивления воздуха и обозначается латинской буквой Q (рис. 2).
При движении ненесущих частей самолета, к которым относятся все его наружные детали за исключением крыльев (фюзеляж, шасси, оперение и т. д.), сила сопротивления воздуха является вредной. Она стремится остановить движение самолета, и в полете ее приходится преодолевать силой тяги воздушного винта или силой тяги реактивного двигателя (рис. 3). Поэтому все ненесущие части самолета должны иметь форму, при которой сопротивление движению их в воздушной среде получается наименьшее. Такая форма называется удобообтекаемой. Для уменьшения давления на переднюю поверхность тела необходимо увеличить скорость струй, движущихся касательно к поверхности. Достигается это приданием поверхности выпуклой, округленной формы. Для уменьшения разрежения за телом необходимо заполнить все пространство, в котором происходит вихреобразование, что также осуществляется приданием телу соответствующей формы.
При движении самолета в воздушной среде величина силы сопротивления зависит не только от плотности воздуха и от площади миделевого сечения (под площадью миделевого сечения подразумевается площадь поперечного сечения тела в наиболее утолщенной части, перпендикулярная направлению движения), но и в значительной степени, как было уже сказано, от формы и чистоты поверхности крыла и всего самолета в целом. И чем больше вмятин и других неровностей на поверхности самолета, тем больше сила сопротивления. Вследствие трения воздушных струй о поверхность самолета сопротивление воздуха не устранимо полностью, возможно лишь уменьшение его до определенного предела соответственным выбором формы и приданием поверхности возможно лучшей чистоты (гладкости).
При движении таких тел, как плоская пластинка (и вообще плохо обтекаемых тел), трение не имеет большого значения; у тел же удобообтекаемой формы трение имеет решающее значение. Все наружные части самолета обычно делаются лакированными, с гладкой поверхностью, что значительно уменьшает сопротивление. Придав удобообтекаемому телу шероховатую поверхность, можно во много раз увеличить его сопротивление.
Поэтому содержание самолета в чистоте, удаление с него пыли, грязи и масла имеет значение не только для его сохранности, но и способствует уменьшению сопротивления. А это значит, что при прочих равных условиях самолет, имеющий меньшее лобовое сопротивление, будет развивать большую скорость полета и иметь меньший расход горючего на километр пути и, следовательно, пролетит большее расстояние или будет иметь большую продолжительность полета.
Известно, что продолжительность полета самолета, у которого запас горючего равен Gгоркг, а двигатель расходует в час Ch кг горючего, равна
Если при полете самолета на 1 км пути расходуется Cq кг горючего, то очевидно, что дальность полета самолета равна
Таким образом, часовой расход горючего определяет продолжительность полета, а километровый расход — дальность полета.
Для уяснения влияния величины сопротивления воздуха на дальность и продолжительность полета следует понять, что вся мощность, развиваемая двигателем (двигателями) в полете, расходуется на преодоление силы сопротивления воздуха, направленной в сторону, противоположную направлению движения самолета. Эту силу называют лобовым сопротивлением, и она является составляющей силы полного сопротивления.
Все силы, действующие на самолет в полете, всегда могут быть приведены к трем силам, а именно: равнодействующей всех действующих на самолет в полете аэродинамических сил R (рис. 4), силе тяги Р и силе веса G.
Угол, заключенный между хордой крыла[1] и направлением движения самолета (направлением набегающего потока), называется углом атаки крыла и обозначается греческой буквой α.
Для простоты изучения и аэродинамических расчетов условились раскладывать силу R, пользуясь так называемым правилом параллелограмма, на две составляющие. Одна из них направлена перпендикулярно линии полета; составляющая, действующая в этом направлении, называется подъемной силой и обозначается буквой Y. Другое направление берется параллельно и в сторону, обратную направлению полета; составляющая, действующая в этом направлении, называется лобовым сопротивлением и обозначается буквой Q (см. рис. 4).
Таким образом, условились считать, что подъемная сила всегда перпендикулярна линии полета, а сила лобового сопротивления параллельна линии полета и обратна направлению полета. Подъемная сила в горизонтальном полете равна силе веса самолета и является полезной силой, так как удерживает самолет на заданной высоте, а сила лобового сопротивления препятствует движению самолета вперед и поэтому является вредной силой.
Чем больше подъемная сила и меньше лобовое сопротивление, тем лучше летные качества самолета. Поэтому одним из важнейших условий сохранения летных качеств самолета является сохранение удобообтекаемой формы его частей и поддержание их в образцовом (чистом) состоянии.
Для всех самолетов, особенно для скоростных, во время эксплуатации большое значение имеет сохранение внешних очертаний (обводов) профилей крыла, оперения и фюзеляжа, а также состояние их внешних поверхностей, плотность подгонки щитков, зализов[2]