Поскольку решение задачи вызывает массу споров, разберемся, какие именно вопросы следует выяснить для ответа на главный вопрос задачи.
Это:
- условия взлёта
- происхождение сил, обеспечивающих взлёт
- наличие всех указанных сил при соблюдении условиё задачи
1. Итак, каковы условия для взлёта самолёта?
Для ответа на вопрос следует рассмотреть кинематику взлёта. Разумеется, в зависимости от конкретной модели она будет несколько отличаться (к примеру, у американского истребителя Brewster F-2А1 /B-239 профиль крыла работает на уменьшение разбега), но базовые принципы от этого не изменятся.
Процесс взлёта начинается с перехода двигателя с прогрева на рабочий (тяговый) режим - данный момент не особо зависим от типа двигателя. Далее пилот постепенно увеличивает тягу двигателя при зажатых колёсных тормозах - до достижения двигателем необходимого для взлёта режима тяги (100% или форсаж* для винтового, взлётный режим - для реактивного). По достижении достаточной тяги тормоза плавно опускаются и самолёт начинает разгон. В реальных условиях пилот дополнительно отрабатывает механизацией крыла, тем самым достигая укорочения взлёта либо развития максимальной горизонтальной скорости при отрыве от поверхности. Ежели взять истребитель времён второй мировой войны (двухстоечное шасси и хвостовое колесо), в начале разгона пилот будет прижимать к земле хвост, чтобы развить максимально быстро скорости около 100 км/ч, на которой самолёт легко приводится в горизонтальное (ось вала двигателя параллельна поверхности разбега) положение. Далее, для набора бОльшей скорости (опять же, для ускорения отрыва) пилот станет отрабатывать механизацией небольшой дифферент** на нос, обеспечивая тем самым прижимание колёс к ВПП. При варианте трёхстоечным шасси с рулевым колесом в носовой части (Эйркобра или большинство реактивных истребителей), когда крыло и ось тяги изначально практически параллельна поверхности разгона, с самого начала идёт отработка на нос.
Отрыв от поверхности (фактический взлёт) происходит при условии, что воздействующая на крыло подъемная сила превышает вес самолёта на значительную величину и носит постоянный характер.
2. За счёт чего образуется подъёмная сила крыла? На эти вопросы нам отвечает аэродинамика.
Основных факторов два: профиль крыла и скорость набегающего воздушного потока. Первый состоит из профиля неподвижной (несущей) части крыла и механизации, обеспечивающей на взлёте дополнительное усиление подъёмной силы, а в полёте - управление направлением. Поскольку в условиях задачи не оговорено, что самолёт взлетает, механизация считается находящейся в режиме полёта по горизонтали.
Скорость набегающего воздушного потока обеспечивается разгоном самолёта по ВПП, который в свою очередь осуществляется за счёт тяги движителя и вращения колёс шасси, контактирующих с поверхностью ВПП.
!!! основные споры вокруг задачи вызывает то, что в условии не оговорены явно тип самолёта, материал поверхности разгонной дорожки и ряд других деталей. Сделано это по вполне очевидной причине - для того, чтобы не усложнять задачу, так как в силу вступает принцип "по дефолту (умолчанию)".
Умолчания таковы: самолёт не использует оборудование вертикального/укороченного взлёта, вектор тяги двигателя направлен вдоль его оси, механизация в положении горизонтального полёта, колёса стандартные по размерам (пневматики), поверхность разгонной дорожки - асфальтобетон, дорожка горизонтальная ровная, сухая; основание системы, обеспечивающей подвижность дорожки неподвижно относительно земли (зафиксировано намертво), система обеспечивает условия подвижности, заданные в условии задачи; высота над уровнем моря - 0; погода ясная, солнечная, безветренная.
Обращу особое внимание, что ни в условиях задачи, ни в умолчаниях не оговорено, что взлетная дорожка приводится в движении собственным механическим приводом.
3. Вторым определяющим условием задачи является движение ВПП в направлении, противоположном направлению разгона самолёта. При этом скорость движения дорожки равна разгонной скорости самолёта.
Здесь возникает несколько моментов, которые и вызывают кривотолки вокруг корректности условий задачи. Первое - вопрос подвижности ВПП относительно земли. Второе - подвижнсть механизма, обеспечивающего подвижность ВПП относительно земли. Разумеется, дорожка разбега подвижна относительно земли, а вот основание механизма - нет.
Поскольку при разгоне самолёта мы имеем дело с возрастающей скоростью и, как следствие, с определенным ускорением, соблюдение условия равенства скоростей по умолчанию предполагает и равенство ускорений. Технически это означает что ВПП "абсолютно" подвижна.
В образовавшейся системе мы имеем "точку" взаимодействия двух компонентов системы в виде шасси, которе выполняет функции передающего реактивный момент звена.
от этой печки и танцуем.
___
* форсаж - режим работы двигателя, при котором развиваемая тяга превышает предельную рабочую в продолжительном режиме (100%-ю). Является экстремальным, так как приводит к увеличенному расходу топлива и износу механики двигателя, используется при взлёте (взлётный режим) либо в критических ситуациях полёта, когда требуется дополнительное ускорение.
** дифферент - наклонение ЛА/ПЛ/корабля по вертикали относительно продольной плоскости, на нос или хвост/корму. Влияет на изменение положения по высоте в среде при прямолинейном движении.
