Динамическое парение - Dynamic soaring

Динамическое парение это техника полета, используемая для получения энергия многократно пересекая границу между воздушными массами разных скорость. Такие зоны градиент ветра обычно находятся рядом с препятствиями и близко к поверхности, поэтому этот метод в основном используется для птицы и операторы радиоуправляемые планеры, но летчики-планеры иногда могут парить динамично в метеорологических ножницы для ветра на больших высотах.

Динамическое парение иногда путают с крутой склон это метод достижения возвышения.

Основной механизм

В то время как при динамическом парении могут использоваться различные схемы полета, самым простым является замкнутая петля через слой сдвига между двумя воздушными массами при относительном движении. Прирост скорости можно объяснить с точки зрения воздушной или наземной скорости:

  • Планер резко набирает скорость вдвое во время петли, когда он пробивает пограничный слой под острым углом. Поскольку развороты на 180 ° сохраняют большую часть воздушной скорости, планер завершает цикл в пределах начальной воздушной массы на более высокой воздушной скорости.
  • Увеличение путевой скорости происходит после того, как планер выполняет разворот на 180 ° по ветру в движущейся воздушной массе. Поскольку при входе в стационарную воздушную массу делается противоположный поворот на 180 °, усиление путевой скорости не меняется.

Энергия извлекается за счет использования разницы скоростей между двумя воздушными массами для подъема летающего объекта на большую высоту (или для обратного снижения соответственно) после перехода между воздушными массами.

Динамический парящий цикл

На практике есть бурный слой смешения между движущейся и неподвижной воздушной массой. Кроме того, тащить силы постоянно замедляют самолет. Поскольку более высокая скорость приводит к увеличению силы сопротивления, существует максимальная скорость, которая может быть достигнута. Обычно для эффективных конструкций планеров скорость ветра примерно в 10 раз превышает скорость ветра.

Когда морские птицы динамично летают, градиенты ветра гораздо менее выражены, поэтому потребление энергии сравнительно меньше. И вместо того, чтобы делать круги, как это делают летчики-планеры, птицы будут выполнять серию полукругов в противоположных направлениях, т.е. слалом полет. Птица может начать с подъема по уклону, глядя на усиливающийся ветер, чтобы набрать высоту, а затем повернуть на 180 ° по часовой стрелке. Это будет сопровождаться погружением обратно вниз через градиент, увеличивая свою воздушную скорость, поскольку он движется в более медленный воздух на меньшей высоте. Затем цикл завершался поворотом против часовой стрелки на малой высоте, чтобы повернуться лицом к ветру. Это приводит к перемещению птицы по ветру. В идеале он может бесконечно преодолевать встречный ветер, продолжая выполнять этот маневр.

Поскольку сопротивление замедляет птицу, динамическое парение - это компромисс между скоростью, теряемой из-за сопротивления, и скоростью, полученной при движении через градиент ветра. В какой-то момент подъем выше не приносит дополнительных преимуществ, поскольку градиент ветра уменьшается с высотой.

Птицы

Волнистый альбатрос Phoebastria irrorata

Альбатросы особенно искусны в использовании этих методов и могут путешествовать на сотни миль, расходуя очень мало энергии. Птицы, которые парят динамично, имеют скелетную структуру, которая позволяет им блокировать крылья, когда они парят, чтобы уменьшить мышечное напряжение и усилие, помимо управления.

Лорд Рэйли впервые описал динамическое парение в 1883 году в британском журнале Природа:[1]

«... птица, не работающая своими крыльями, не может ни в неподвижном воздухе, ни при равномерном горизонтальном ветре бесконечно поддерживать свой уровень. В течение короткого времени такое поддержание возможно за счет начальной относительной скорости, но вскоре это должно быть Таким образом, всякий раз, когда птица какое-то время следует своим курсом, не работая крыльями, мы должны сделать вывод:
  1. что курс не горизонтальный,
  2. что ветер не горизонтальный, или
  3. что ветер неравномерный.
Вероятно, что истина обычно представлена ​​(1) или (2); но вопрос, который я хочу поднять, заключается в том, может ли причина, предложенная в пункте (3), иногда не проявляться ".

Первый случай, описанный выше Рэлеем, - это простой планирующий полет, второй - статический парящий (с использованием термики, подветренные волны или же крутой склон ), и последнее - динамическое парение.[2]

Пилотируемый самолет

В своей книге 1975 года Streckensegelflug (опубликовано на английском языке в 1978 г. как Парящий по пересеченной местности посредством Парящее общество Америки ), Гельмут Райхманн описывает полет, совершенный Инго Реннер в Glasflügel H-301 Libelle планер над Tocumwal в Австралии 24 октября 1974 г. В этот день не было ветра у поверхности, но над инверсия на высоте 300 метров дул сильный ветер около 70 км / ч (40 узлы ). Реннер взял буксировку на высоту примерно 350 м, откуда он круто нырнул по ветру, пока не вошел в неподвижный воздух; затем он повернул на 180 градусов (с высокой грамм ) и снова полез наверх. При прохождении инверсии он снова встретил ветер со скоростью 70 км / ч, на этот раз встречный ветер. Дополнительная воздушная скорость, которую это обеспечило, позволила ему восстановить свой первоначальный рост. Повторяя этот маневр, он успешно поддерживал свою высоту около 20 минут без наличия восходящего воздуха, хотя он быстро дрейфовал по ветру. В более поздних полетах в Пик 20 планера, он усовершенствовал технику, так что он смог устранить дрейф по ветру и даже уйти против ветра.

Беспилотный самолет

Техника динамического парения адаптирована в беспилотных летательных аппаратах для улучшения их характеристик в условиях отталкивания. Это увеличивает выносливость и дальность полета самолета в суровых условиях.[требуется разъяснение ]

Радиоуправляемый планер

Динамическое парение на радиоуправляемом планере возле Айдахо-Фолс, штат Айдахо. Направление ветра - справа налево.

В конце 1990-х гг. радиоуправляемое планирование пробудился к идее динамического парения («открытие» в значительной степени приписывается парящему светилу RC Джо Вуртсу).[3] Пилоты-планеры с радиоуправлением выполняют динамическое парение, используя подветренную сторону наземных элементов, таких как гребни, седла или даже ряды деревьев. Если гребень обращен к ветру и имеет крутой обратный (подветренный) край, это может вызвать отрыв потока от вершины холма, что приведет к тому, что слой быстрого воздуха будет перемещаться поверх объема застойного или обратного потока воздуха. за холмом. Градиент скорости, или сдвиг ветра, могут быть намного больше, чем те, которые используются птицами или полномасштабными планерами. Более высокий градиент позволяет соответственно увеличить потребление энергии, что приводит к гораздо более высоким скоростям летательного аппарата. Модели многократно пересекают слой сдвига, летя по круговой траектории, преодолевая быстро движущийся встречный ветер после полета вверх, поворачиваясь, чтобы лететь по ветру, ныряя через слой сдвига в застойный воздух и снова поворачиваясь, чтобы лететь назад вверх по обратной стороне холма. Нагрузки, вызванные быстрым поворотом на высокой скорости (самые быстрые модели могут тянуть более 100 Gs ) требуют значительного усиления конструкции в фюзеляж и крыло. По этой причине динамические модели парения обычно строятся с использованием композитные материалы.

По состоянию на июнь 2018 г. путевая скорость для радиоуправления динамический взлет составлял 545 миль в час (877 км / ч).[4] Официальной организации, налагающей санкции, которая сертифицирует скорости, нет, поэтому записи перечислены неофициально на основе показаний радаров, хотя также используется анализ видеозаписей и других источников. В последнее время на некоторых моделях появилась бортовая телеметрия и другие приборы для регистрации таких вещей, как ускорение, воздушная скорость и т. Д.

Рекомендации

  1. ^ Лорд Рэлей (5 апреля 1883 г.) «Парение птиц», Природа, т. 27, нет. 701, страницы 534–535.
  2. ^ Бослоу, Марк Б. (Июнь 2002 г.). "Автономная динамическая парящая платформа для распределенных мобильных сенсорных массивов" (PDF). Национальные лаборатории Сандиа, Альбукерке, Нью-Мексико. SAND2002-1896. Архивировано из оригинал (PDF) 23 сентября 2006 г. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Соррел, Чарли (24 июня 2009 г.). "Не мигай: планер на 392 мили в час разрывается в воздухе" - через www.wired.com.
  4. ^ «Список рекордов скорости». RCSpeeds.com. Получено 25 апреля, 2017.

внешняя ссылка