Основні закономірності, що пояснюють чому і як літає літак, були розглянуті в главі (чому і як літає планер). Тут ми зупинимося лише на тих питаннях, які безпосередньо пов'язують розглянуті раніше закономірності з польотом моделей літаків і особливостями їх ізготовленія.Ми з'ясували, що при русі крила зі швидкістю U на вугіллі атаки (а) на нього діє аеродинамічна сила R, складовими якої є підйомна сила Y і сила лобового опору X. Причому чим більше U і (а), тим більші значення сил X і Y.
Залежно від співвідношення значень підйомної сили Y і сили тяжіння літака G літак буде летіти горизонтально або під кутом до горизонту, набираючи або втрачаючи висоту. А співвідношення сили тяги силової установки P і сили лобового опору X визначає, чи летить літак з постійно сталою швидкістю або з прискоренням (уповільненням). Розглянемо основні режими польоту літака. Літак може летіти по прямолінійною або криволінійною траєкторією, з постійною або змінною швидкістю, по горизонтальній траєкторії і по траєкторії, похилій до горизонту, т. Е. При підйомі або спуску
Політ з постійною швидкістю називають сталим. Розглянемо усталений горизонтальний політ (рис. 99, а). Нехай літак летить прямолінійно по горизонтальній траєкторії з деякої постійної повітряної швидкістю при деякому куті атаки. У цьому випадку на літак діє повна аеродинамічна сила R.Разложім цю силу за правилом паралелограма на дві складових: перпендикулярно напрямку польоту - Y і по польоту - X. Підйомна сила крила Y буде спрямована вертикально, так як літак летить горизонтально, (a) сила лобового опору всього літака X спрямована прямо проти руху. На літак діє сила тяжіння G прикладена в центрі ваги і спрямована вертикально вниз. За величиною сили Y і G повинні бути рівні, інакше літак не буде летіти горізонтально.Наконец, на літак діє сила тяги гвинта P, яка спрямована в загальному випадку у напрямку руху літака. Ця сила врівноважує силу лобового опору.
Отже, при сталому горизонтальному польоті підйомна сила крила дорівнює силі тяжіння літака, а тяга гвинта - лобовому опору. При відсутності рівності цих сил рух буде або нерівномірним, або криволінійним. Розглянемо тепер, які сили діють на літак при сталому підйомі (рис. 99, б). Підйомна сила Y направлена перпендикулярно руху літака, сила лобового опору X- прямо проти руху (їх рівнодіюча на малюнку не показана), сила тяги P - по руху і сила тяжіння G - вертикально вниз. Всі ці сили, як ми вже знаємо, повинні перебувати в рівновазі. Так як підйомна сила перпендикулярна напрямку руху, то при підйомі вона не буде співпадати з напрямом сили тяжіння і, отже, не може її врівноважувати (як це було в горизонтальному польоті). Розкладемо силу тяжіння G на дві складових G1 і G2 (остання спрямована по лінії дії сили X). Ми бачимо, що підйомна сила врівноважує тільки одну складову - силу G1.
Іншу ж складову - силу G2- разом з силою лобового опору X повинна врівноважувати сила тяги двигуна P. Таким чином, при підйомі літака тяга двигуна частково виконує роль підйомної сили. Неважко зробити висновок, що чим більше буде кут підйому, тим більшу частину сили тяжіння повинна буде врівноважувати тяга двигуна. При підйомі літак, рухаючись поступально, одночасно набирає висоту. Та висота, яку літак набирає за 1 с, називається вертикальною швидкістю підйому. Вертикальна швидкість буде тим більше, чим більше надлишок потужності гвинтокорилої групи. Стале планування літака - це рівномірне його рух з задросселірованним двигуном по прямолінійною низхідній траєкторії (рис. 99, в).
Планування характеризується безперервною втратою висоти. В льотної практиці під плануванням прийнято розуміти всі випадки пологого прямолінійного рівномірного зниження літака, коли тяга двигуна менше мінімальної потрібної тяги для сталого горизонтального польоту. Кут 0, складається траєкторією планування з горизонтом, називається кутом планування. При плануванні (якщо знехтувати силою тяги задросселірованного двигуна) на літак діють дві сили: сила тяжіння G, прикладена, як завжди, в центрі ваги і спрямована вниз, і повна аеродинамічна сила R. Сила R повинна врівноважувати силу G, т. Е. Має дорівнювати їй і спрямована вертикально вверх.Разложім силу R за правилом паралелограма на підйомну силу Y і силу лобового опору X.
Таким же чином розкладемо силу G на сили G1 і G2 Складова сили тяжіння G2 є єдиною силою, спрямованої в бік польоту. Завдяки дії цієї сили, що врівноважує лобове опір X, і можливо планування літака. У польоті літак весь час долає опір повітря. Цю роботу виконує його силова установка. В якості силової установки використовують або двигун і повітряний гвинт, або реактивний двигун. Тут ми розповімо тільки про роботу повітряного гвинта, тому що на більшості літаючих моделей встановлюють двигун і повітряний гвинт, Отже, при обертанні повітряного гвинта його лопаті набігають на потік повітря під деяким кутом атаки і відкидають його назад, а самі прагнуть рухатися вперед відповідно до третім законом Ньютона (тіла діють один на одного з силами, спрямованими по одній і тій же прямій, рівними за абсолютним значенням і протилежними за напрямком).
Повітряний гвинт при цьому розвиває силу, яка тягне літак вперед і тому називається силою тяги або просто тягою вінта.Тяга гвинта врівноважує лобове опір літака і повідомляє йому необхідну для польоту поступальну швидкість. Повітряний гвинт складається з лопатей і з'єднує їх центральній частині - маточини. Силу тяги розвивають лопаті гвинта. Перетин лопаті (профіль) має форму подібну формі профілю крила. Профіль лопаті змінний: у кінця лопаті тонкий, а до осі поступово потовщується. Ребро лопаті, яке при обертанні набігає на потік повітря, називається ребром атаки або передньою кромкою, а заднє - ребром обтікання або задньою кромкою. Основний геометричній величиною, що характеризує повітряний гвинт, є його діаметр, т. Е. Діаметр окружності, описуваної при обертанні гвинта кінцями його лопатей.
Ще одна важлива характеристика повітряного гвинта - його крок. Теоретичний крок повітряного гвинта - це відстань, яке рухається поступально з певною швидкістю гвинт мав би пройти за один повний оберт, якби він рухався в повітрі, як в непоступливого середовищі. При польоті літака повітряний гвинт внаслідок податливості повітря просувається за один оборот на відстань, зазвичай дещо менше теоретичного кроку. Це відстань називають дійсним кроком гвинта або його ходою. Різниця між теоретичним кроком і ходою називається ковзанням гвинта. Робота лопатей повітряного гвинта подібна роботі крила. Але рух гвинта складніше. На відміну від крила лопаті гвинта в польоті не тільки рухаються вперед, але ще і обертаються. Як же виникає сила тяги повітряного гвинта? Виділимо на лопаті маленький елемент, обмежений двома перетинами
Його можна розглядати як маленьке крило, яке в польоті рухається по гвинтовій лінії. Отже, елемент лопаті, подібно крилу літака, створює аеродинамічну силу R. Цю силу ми можемо розкласти на дві сили - паралельну осі гвинта і перпендикулярну їй. Сила, спрямована вперед, буде силою тяги елемента лопаті; друга, менша сила, спрямована проти обертання гвинта, - гальмує силою. Сила тяги гвинта в значній мірі залежить від швидкості польоту: зі збільшенням швидкості вона зменшується. Чому це відбувається і яке значення має для польоту? Коли літак стоїть на землі і силова установка працює, то лопаті гвинта мають тільки одну швидкість - окружну. Значить, повітря набігає на лопать у напрямку стрілки А в площині обертання гвинта. Кут між напрямком потоку, що набігає і хордою профілю лопаті буде кутом атаки.
Як ми бачимо, при нерухомому повітрі він дорівнює куту установки лопаті до площини обертання. Інша картина виходить в польоті, коли гвинт не тільки обертається, але і рухається вперед. Ці рухи складаються, і в результаті лопать рухається по гвинтовій лінії (рис. 100, б), а кут між потоком, що набігає повітря і хордою профілю лопаті (кут атаки) зменшується і стає менше кута установки лопаті. Чим більше швидкість польоту, тим менше кути атаки лопатей, а отже, менше і сила тяги. Сила тяги гвинта залежить від його діаметра, від ширини лопаті гвинта, від кута атаки, під яким лопать зустрічає потік повітря, і від швидкості, з якою обертається гвинт, т. Е. Від частоти обертання. Для отримання певної сили тяги можна або малу масу повітря відкидати з великою швидкістю (малий діаметр гвинта і велика частота обертання), або велику масу повітря відкидати з малою швидкістю (великий діаметр гвинта і мала частота обертання) .У другому випадку витрати енергії менше. Звідси випливає, що вигідніше застосовувати гвинти великого діаметру. У той же час гвинти великого діаметра громіздкі.
Для кожного перетину лопаті окружна швидкість обертання різна: близько осі вона дорівнює нулю, а на кінці лопаті найбільша. Тому кут нахилу (установки) лопаті повинен зменшуватися від її центру до кінців. Нахил лопаті пов'язаний з відстанню, яке проходять різні точки перетину гвинта за один оборот. Щоб лопать працювала однаково по всій довжині і кути атаки всіх перетинів були приблизно однаковими і рівними кутку, відповідному найбільшою тязі, потрібно закручувати лопать гвинта, надаючи їй в різних перетинах різний нахил. Ці важливі особливості ми будемо враховувати при виготовленні гвинтів для силових установок наших моделей.