Получил личное сообщение:
Сообщение от ккарай
>> Перегрузка была же, Юрий. И все ждут перегрузку. Ну и накройняк боевое приминения (все дымари хотят знать про перегрузку со скольки весило, со скольки больно становится).Сел писать ответ. Но потом подумал, что, возможно, это будет интересно и другим читателям-НЕлётчикам, интересующимся авиацией.
Больно от пилотажа (перегрузки) не становится никогда. Больно пытаются сделать, когда тебе начинают грязно и мелко мстить за твоё творчество, за твой какой-нибудь рассказ, который не понравился какой-либо мелкой душонке, мрази, которая со смаком собирает сплетни о том, что могло быть или вообще не было, но рассказывает с видом знатока, что якобы было. К сожалению, таких оказалось из Борисоглебского училища многовато… Но не на того напали!
А перегрузка? С чего она, боль, будет-то? Перегрузка – это коэффициент, показывающий, во сколько раз вес вашего тела превышает то, что в нормальном состоянии. В виде формулы можно представить так:G реал. = G норм. n y
Где G – вес, а n y – вертикальная перегрузка (голова-таз).
Из формулы понятно, что на вас в данный момент действует перегрузка, равная единице. Если n y равен нулю – это невесомость. Если станете на руки у стены и вес будет направлен таз-голова – вы почувствуете отрицательную перегрузку (минус единица).
А в полёте есть ещё боковые перегрузки n z (не расшифровываю, они незначительны), продольные n x (грудь – спина) – это очень приятные ускорения, на взлёте, например (положительные, это ускорение), при выпуске тормозного парашюта (отрицательные, это торможение).
Хуже всего переносятся вертикальные перегрузки, они же чаще воздействуют на лётчика в полёте. На глубоком вираже перегрузку надо держать 3-6-8 единиц. И чем больше крен, тем нужна большая перегрузка, чтобы удержать самолёт в горизонте и тем меньше будет радиус разворота. Перегрузка будет больше необходимой для данного крена – истребитель пойдёт с набором высоты, если меньше – вираж получится с «зарыванием» (т.е. с опусканием носа, высота начнёт падать; чтобы исправить глубокое «зарывание» придётся выводить из крена, а это в воздушном бою опасно, особенно если противник уже сзади и прицеливается). И чем больше перегрузка на вираже, тем большая тяга должна быть у двигателя, иначе начнёт падать скорость и придётся уменьшать перегрузку; а уменьшишь перегрузку – не собьёшь противника или тебя собьют.
При выполнении петли Нестерова или полупетли, при «закручивании» самолёта в первой части фигуры n y достигает 4,5-6 единиц . Т.е. вес лётчика увеличивается в 4,5-6 раз : если пилот весит 70 кг, то при пилотаже на этой фигуре его вес будет 315-420 кг. В эти разы увеличивается вес рук, ног, головы, крови, наконец! С меньшей перегрузкой выполнять эту фигуру нельзя – траектория станет растянутой и самолёт потеряет в верхней части петли скорость, что чревато срывом в штопор. С большей тоже нельзя (ну, в зависимости от типа самолёта) – самолёт выйдет на закритические углы атаки и тоже потеряет скорость. Поэтому перегрузка должна быть оптимальной (для каждого типа самолёта своя). В верхней части петли Нестерова лётчик не повисает на ремнях, а его также прижимает к сидению, т.к. самолёт надо «закручивать» с перегрузкой 2-2,5. Нижняя часть петли выполняется с перегрузкой 3,5-4,5 (зависит от типа).
Максимальные перегрузки, которые может выдержать человеческий организм – от (+)12 до (-)4.
Опасность больших вертикальных перегрузок в том, что кровь отливает от головного мозга. Если пилот на пилотаже расслаблен, а не напрягает мышцы тела, можно потерять сознание. У лётчика сужается поле зрения (со всех сторон наваливается темнота, ну как диафрагма в объективе), если перегрузку не «попустить», человек отключится. Поэтому при пилотаже лётчик напрягает все основные группы мышц. А посему физическое состояние своё надо поддерживать в хорошей форме.
На первом фото то, что видит курсант перед собой до создания большой перегрузки. На втором: создана большая перегрузка, пилот не успел сильно напрячь мышцы всего тела, кровь отлила от головного мозга, пелена во взгляде обступила со всех сторон, ещё немного инструктор потянет ручку на себя и курсант потеряет сознание...На этих же факторах построен принцип действия противоперегрузочного костюма (ППК), его камеры пережимают тело пилота на животе, бёдрах и икрах ног, препятствуя оттоку крови. Специальный автомат подаёт воздух в камеры ППК в зависимости от перегрузки: чем больше перегрузка, тем больше обжатие тела лётчика. Но! Надо иметь в виду, что ППК не снимает перегрузку, а только облегчает её переносимость!
Наличие ППК в разы увеличивает возможности истребителя. И в воздушном бою лётчик с ППК получает преимущества перед противником, который «забыл» его надеть!
ППК не работает при отрицательных перегрузках, когда наоборот кровь большим потоком приливает к мозгу. Но с отрицательными перегрузками (когда повисаешь на ремнях, головой упираешься в остекление фонаря кабины, а пыль с плохо убранного пола попадает в лицо, глаза) воздушные бои и не ведут. Я знаю только одного лётчика, который мог уходить из-под атаки противника отрицательной перегрузкой, прицельно стрелять и сбивать самолёты из любого положения своего истребителя, в т.ч. перевёрнутого – обер-лейтенант Эрих Хартман. В годы войны совершил 1404 боевых вылета, в 802 воздушных боях одержал 352 воздушные победы, из них 344 над советскими самолётами. Про 802 воздушных боя можно говорить только условно. Э. Хартман, как правило, атаковывал противника со стороны солнца и уходил, а когда ему навязывали воздушный бой он 11 раз был сбит менее именитыми советскими истребителями – выбрасывался с парашютом или шёл на вынужденную посадку. Но этим своим умением (поражать цель из любого положения) он удивлял своих лётчиков-инструкторов даже ещё будучи курсантом, обучаясь в Ц-флюгшулле (лётное училище, которое готовило к выпуску истребителей).
Врачи рекомендуют при возникновении усталости в полёте вручную создавать давление в камерах ППК, нажимая на кнопку автомата, который и подаёт воздух в костюм. Обжатие всего тела – это воздействие на акупунктуры нервной системы, где-нибудь да на нужное место и будет воздействие. Сам этим методом пользовался неоднократно! Обжал себя – через 3-5 секунд стравливание воздуха, потом ещё. И так 3-4 раза. И как огурчик! Правы авиационные медики! Усталость снимает, как рукой! А настроение и работоспособность повышаются!На авиационных праздниках можно видеть виртуозов, которые крутят «обратный» пилотаж – выполняют виражи, пикирования и горки, петли Нестерова, полупетли, боевые развороты и перевороты в перевёрнутом положении. (Т.е. с отрицательной перегрузкой.) И в таком напряжении их тело находится 5-7 минут! Это действительно мастерство! Высшее мастерство!! Как они это умудряются делать, мне трудно усечь! Тут нужны годы тренировки. Это мастерство в сотни раз увеличивается, когда такой пилотаж выполняется в паре: один лётчик пилотирует самолёт нормально, а другой метрах в десяти стоит над ним в перевёрнутом положении (кабина к кабине) и так сохраняет своё место в строю! Малейшая несогласованность в действиях и столкновение неминуемо, погибнут оба! Однако такой пилотаж будет вытянутым в вертикальной плоскости – это чтобы не превышать отрицательную перегрузку для перевёрнутого самолёта (-) 4. После посадки у этих лётчиков, выполнявших фигуры обратного пилотажа, чаще всего красные белки глаз (если отрицательные перегрузки предельные, и тогда мелкие капилляры лопаются). Но так летают только спортивные самолёты, боевые самолёты в перевёрнутом положении могут летать не более 30 секунд (по обеспечению топливом двигателей из бачков отрицательных перегрузок). Это действительно высококлассные лётчики-спортсмены! Я так никогда не летал! Вернее, было один раз: уходил от атаковавшего меня истребителя в учебном воздушном бою отжатием ручки от себя на вираже (получился вираж «обратный») Ушёл! «Противник» (командир полка подполковник Туненко Борис Тихонович, имевший опыт реальных воздушных боёв на Бл. Востоке, где он открыл счёт сбитым – один F-4e «Фантом») к такому маневру готов не был и не последовал за мной. Меня потеряли из виду, Я атаковал его с задней полусферы-сверху и «сбил» его. Но это было один раз, и скажу, что ощущения не из приятных! И я убедился: данный приём Э. Хартмана очень эффективен, прежде всего неожиданностью применения. (Впрочем, нет, был у меня ещё один такой случай, когда меня в учебном воздушном бою «зажимали» два истребителя, а я от них ушёл подобным методом. Но об этом расскажу как-нибудь в другой раз.)
А перед лётчиками-спортсменами, которые так могут пилотировать регулярно, я снимаю шляпу!
В современном ближнем воздушном бою перегрузка должна быть 6-8 ед. и более на протяжении всего боя! Будет меньше – собьёшь не ты, собьют тебя!
При катапультировании вертикальная перегрузка воздействия на тело лётчика достигает 18-20 единиц. Приятного мало.
«Но как же так! - воскликните вы. - Вы же только что говорили, что предел для человеческого организма – (+)12! А тут 20 единиц!»
Всё верно! Не отказываюсь! Просто при выстреле катапульты такое воздействие перегрузки на организм лётчика кратковременно, доли секунды. Поэтому при правильном положении тела пилота (голова прямо и с силой вжата в заголовник кресла, спина прижата к спинке кресла, бёдра и туловище составляют прямой угол, а позвоночник, в вертикальном положении и образует перпендикуляр по отношению к сидению; кроме того, все мышцы тела должны быть сильно напряжены) отрицательные моменты сведены к минимуму и позвонки не успевают высыпаться в трусы! Если в момент выстрела голова будет наклонена вперёд-вниз, в сторону или даже просто не прижата с силой к заголовнику (за счёт огромной перегрузки она наклонится сама), если пилотяга перед катапультированием развалился в кабине, как дома в любимом кресле перед телевизором, перелома шейных позвонков в первом случае и поясничного отдела позвоночника во втором не избежать. И чем быстрее такого пилота найдут спасатели, тем лучше. Сам он не выживет! Потом будет от 6 до 12 месяцев лежать на досках в гипсе с ног до головы, как бревно, не переворачиваясь. Позвоночник консолидируется, конечно, но это уже будет не тот, что сработан природой. И чем выше был перелом, тем большее количество органов в его теле будет работать хуже и хуже. Такие люди уменьшают свою жизнь на 12-20 лет! Однажды в Киевском госпитале, когда я проходил комиссию, встретил Александра Санатова, с которым служил в Монголии. Много лет назад Саша лейтенантом вынужденно катапультировался на пределе с неправильной посадкой в кресле! («А! Сойдёт!») В результате получил перелом поясничного отдела позвоночника. Долгие упорные месяцы и годы лечения. Спрашиваю: «Как оно сейчас?» - «Живу на лекарствах… По 7-8 месяцев в году в госпитале!..» (Когда-нибудь я опишу этот случай… Он по-своему интересен и поучителен…)
Слышал, что на некоторых первых американских самолётах лётчиков катапультировали в сторону. Но там была сложная система разрушения боковой стенки кабины, да и не всегда можно было сохранить шейные позвонки пилотам. От этого отказались. Были самолёты, где члены экипажа (штурман, стрелок) катапультировались вниз. (Первые серии Ту-16 все члены экипажа, кроме лётчиков, катапультировавшихся вверх, и на Ту-22.) Но в этом случае резко повышались минимальные высоты спасения (а иногда делали это невозможным), а такие пилоты долго проходили период реабилитации...
Самое оптимальное для здоровья лётчиков было бы катапультирование вперёд. Тут вообще травм, скорее всего, никогда не было бы! Но технически осуществить это просто невозможно!
Перегрузкой называется отношение равнодействующей всех сил (кроме веса), действующих на самолет, к весу самолета.
В связанной системе координат определены перегрузки:
nх - продольная перегрузка; nу - нормальная перегрузка; nz - боковая перегрузка.
Полная перегрузка определяется по формуле
Продольная перегрузка nх возникает при изменении тяги двигателя и лобового сопротивления.
Если тяга двигателя больше лобового сопротивления, то перегрузка положительная. Если же величина лобового сопротивления больше силы тяги двигателя, то перегрузка отрицательная.
Продольная перегрузка определяется по формуле
Боковая перегрузка nz возникает при полете самолета со скольжением. Но по величине боковая аэродинамическая сила Z очень мала. Поэтому в расчетах боковую перегрузку принимают равной нулю. Боковая перегрузка определяется по формуле
Выполнение фигур пилотажа в основном сопровождается возникновением больших нормальных перегрузок.
Нормальной перегрузкой nу называется отношение подъемной силы к весу самолета и определяется по формуле
Нормальная перегрузка, как видно из формулы (11.5), создается подъемной силой. В горизонтальном полете при спокойной атмосфере подъемная сила равна весу самолета, следовательно, перегрузка будет равна единице:
Рис. 6 Действие центробежной силы инерции на летчика а - при резком увеличении угла атаки, б - при резком уменьшении угла атаки
В криволинейном полете, когда подъемная сила становится больше веса самолета, перегрузка будет больше единицы.
При движении самолета по криволинейной траектории центростремительной силой является, как уже говорилось, подъемная сила, т. е. давление воздуха на крылья. При этом величине центростремительной силы всегда сопутствует равная, но противоположная по направлению центробежная сила инерции, которая выражается силой давления крыльев на воздух. Причем центробежная сила действует подобно весу (массе), а так как она всегда равна центростремительной силе, то при увеличении последней возрастает во столько же раз. Таким образом, аэродинамическая перегрузка подобна увеличению веса самолета (летчика).
При появлении перегрузки летчику кажется, что его тело стало тяжелее.
Нормальная перегрузка делится на положительную и отрицательную. Когда перегрузка прижимает летчика к сиденью, то эта перегрузкаположительная, если же отделяет его от сиденья и удерживает на привязных ремнях -отрицательная (Рис. 6).
В первом случае кровь будет отливать от головы к ногам, во втором случае - приливать к голове.
Как уже говорилось, увеличение подъемной силы в криволинейном движении равносильно увеличению веса самолета на ту же величину, тогда
(11.6)
(11.7)
где n ур - располагаемая перегрузка.
Из формулы (11.7) видно, что величина располагаемой перегрузки определяется запасом коэффициентов подъемной силы (запасов углов атаки) от потребного для горизонтального полета до его безопасного значения (Су ТР или Су КР).
Максимально возможная нормальная перегрузка может быть получена тогда, когда в полете на данной скорости и высоте полета будут полностью использованы возможности самолета по созданию подъемной силы. Эту перегрузку можно получить в том случае, когда самолет резко (без заметного уменьшения скорости полета) выводится на С у =С у макс:
(11.8)
Однако до такой перегрузки нежелательно доводить самолет, так как произойдет потеря устойчивости и срыв в штопор или штопорное вращение. По этой причине не рекомендуется на больших скоростях полета, особенно при выходе из пикирования, отклонять резко ручку управления на себя. Поэтому максимально возможную или располагаемую перегрузку принимают меньшей по величине, чтобы предупредить выход самолета на режим тряски. Формула определения этой перегрузки имеет вид
(11.9)
Для самолетов Як-52 и Як-55 графические зависимости располагаемых перегрузок от скорости полета показаны на Рис. 7, Рис. 8. При выполнении полетов на самолетах Як-52 и Як-55 располагаемая нормальная перегрузка в основном ограничена по прочностным характеристикам самолета.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-52:
с колесным шасси:
положительная +7;
отрицательная -5;
с лыжным шасси:
положительная +5;
отрицательная -3.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-55:
в тренировочном варианте:
положительная +9;
отрицательная -6;
в перегоночном варианте:
положительная +5;
отрицательная -3.
Превышение в полете этих перегрузок запрещается, так как могут появиться остаточные деформации в конструкции самолета.
При выполнении установившихся криволинейных маневров перегрузка зависит от запаса тяги силовой установки. Запас тяги определяется из условия сохранения заданной скорости в течение всего маневра.
Предельной перегрузкой по располагаемой тягеnу ПРЕД называется наибольшая перегрузка, при которой тяга силовой установки еще уравновешивает лобовое сопротивление. Она определяется по формуле
(11.10)
Предельная по располагаемой тяге перегрузка зависит от скорости и высоты полета, так как вышеуказанные факторы влияют на располагаемую тягу Рр и от скорости аэродинамическое качество К. Для расчета зависимости n у ПРЕД V необходимо иметь кривые Рр (V)для различных высот и сетку поляр.
Для каждого значения скорости с кривой Рр (V) снимают значения располагаемой тяги, определяют с поляры для соответствующей скорости V снимают величину коэффициента Су и рассчитывают по формуле (11.10).
При маневрировании в горизонтальной плоскости с перегрузкой меньше располагаемой, но более предельной по тяге самолет будет терять скорость или высоту полета.
Сила, приложенная к телу, в системе единиц СИ измеряется в ньютонах (1 Н = 1 кг·м/с 2 ). В технических дисциплинах в нередко качестве единицы измерения силы традиционно используют килограмм-силу (1 кгс , 1 кГ ) и аналогичные единицы: грамм-силу (1 гс , 1 Г ), тонна-силу (1 тс , 1 Т ). 1 килограмм-сила определена как сила, сообщающая телу массой 1 кг нормальное ускорение, равное по определению 9,80665 м/с 2 (это ускорение приблизительно равно ускорению свободного падения). Таким образом, по второму закону Ньютона, 1 кгс = 1 кг · 9,80665 м/с 2 = 9,80665 Н . Можно сказать также, что тело массой 1 кг , покоящееся на опоре, имеет вес 1 кгс Часто ради краткости килограмм-силу называют просто «килограммом» (а тонна-силу, соответственно, «тонной»), что порождает порой путаницу у людей, не привыкших к использованию разных единиц.
Русская терминология, сложившаяся в ракетостроении, традиционно использует «килограммы» и «тонны» (точнее, килограмм-силы и тонна-силы) в качестве единиц тяги ракетных двигателей. Таким образом, когда говорят о ракетном двигателе с тягой 100 тонн, имеют в виду, что данный двигатель развивает тягу 10 5 кг · 9,80665 м/с 2 $\approx$ 10 6 Н .
Путая ньютоны и килограмм-силы, некоторые считают, что сила в 1 килограмм-силу сообщает телу массой 1 килограмм ускорение 1 м/с 2 , т. е. пишут ошибочное «равенство» 1 кгс / 1 кг = 1 м/с 2 . В то же время очевидно, что на самом деле 1 кгс / 1 кг = 9,80665 Н / 1 кг = 9,80665 м/с 2 — таким образом, допускается ошибка почти в 10 раз.
<…> Соответственно, сила которая давит на частицы в пределах средневзвешенного радиуса будет равна: 0,74 Гс/мм 2 · 0,00024 = 0,00018 Гс/мм 2 или 0,18 мГс/мм 2 . Соответственно, на среднюю частицу с поперечным сечением в 0,01 мм 2 будет давить сила в 0,0018 мГс.
Эта сила придаст частице ускорение, равное ее отношению к массе средней частицы: 0,0018 мГс / 0,0014 мГ = 1,3 м/сек 2 . <…>
(Выделение apollofacts .) Разумеется, сила величиной 0,0018 миллиграмм-сил сообщила бы частице массой 0,0014 миллиграмм ускорение почти в 10 раз больше того, что насчитал Мухин: 0,0018 миллиграмм-сил / 0,0014 миллиграмм = 0,0018 мг · 9,81 м/с 2 / 0,0014 мг $\approx$ 13 м/сек 2 . (Можно заметить, что с исправлением одной только этой ошибки насчитанная Мухиным глубина кратера, который якобы должен был бы образоваться под лунным модулем при посадке, сразу упадет с 1,9 м , которые требует Мухин, до 20 см ; однако весь остальной расчет настолько нелеп , что эта поправка не способна его исправить).
По определению, вес тела есть сила, с которой тело давит на опору или подвес. Вес тела, покоящегося на опоре или подвесе (т. е. неподижного относительно Земли или иного небесного тела) равен
(1)\begin{align} \mathbf{W} = m \cdot \mathbf{g}, \end{align}
где $\mathbf{W}$ — вес тела, $m$ — масса тела, $\mathbf{g}$ — ускорение свободного падения в данной точке. На поверхности Земли ускорение свободного падения близко к нормальному ускорению (часто округляемому до 9,81 м/с 2 ). Тело массой 1 кг имеет вес $\approx$ 1 кг · 9,81 м/с 2 $\approx$ 1 кгс . На поверхности Луны ускорение свободного падения примерно в 6 раз меньше, чем у поверхности Земли (точнее, близко к 1,62 м/с 2 ). Таким образом, на Луне тела примерно в 6 раз легче, чем на Земле.
Путают вес тела и его массу. Масса тела не зависит от небесного тела, она постоянна (если пренебречь релятивистскими эффектами) и всегда равна одной и той же величине — и на Земле, и на Луне, и в невесомости
В газете «Дуэль », № 20, 2002 г. автор живописует страдания, которые должны испытывать астронавты лунного модуля при посадке на Луну, и настаивает на невозможности такой посадки :
Космонавты <…> испытывают длительную перегрузку, максимальное значение которой — 5. Перегрузка направлена вдоль позвоночника (самая опасная перегрузка). Спросите у военных летчиков, можно ли устоять в самолете в течение 8 мин. при пятикратной перегрузке да еще и управлять им. Представьте себе, что после трех дней пребывания в воде (три дня полета к Луне в невесомости) вы выбрались на сушу, вас поместили в Лунную кабину, а ваш вес стал 400 кг (перегрузка 5), комбинезон на вас — 140 кг, а рюкзак за спиной — 250 кг. Чтобы вы не упали, вас держат тросом, прикрепленным к поясу, 8 минут, а затем еще 1,5 мин. (никаких кресел, ложементов нет). Не подгибайте ноги, опирайтесь на подлокотники (руки должны быть на органах управления). Кровь отлила от головы? Глаза почти не видят? Не умирайте и не падайте в обморок <…>
уж совсем плохо заставлять космонавтов управлять посадкой в положении «стоя» при длительной 5-кратной перегрузке — это просто НЕВОЗМОЖНО.
Однако, как уже было показано, в начале спуска астронавты испытывали перегрузку $\approx$ 0,66 g — то есть заметно меньше их нормального земного веса (и никакого рюкзака за спиной у них не было — они были непосредственно подключены к системе жизнеобеспечения корабля). Перед посадкой тяга двигателя почти уравновешивала вес корабля на Луне, поэтому связанное с ней ускорение составляет $\approx$ 1/6 g — таким образом, в течение всей посадки они испытывали меньшую нагрузку, чем при простом стоянии на земле. По сути, одна из задач описыванной тросовая системы как раз и была в том, чтобы помочь астронавтам удержаться на ногах в условиях пониженного веса .
В данной статье репетитор по физике и математике рассказывает о том, как рассчитать перегрузку, которую испытывает тело в момент разгона или торможения. Данный материал очень плохо рассматривается в школе, поэтому школьники очень часто не знают, как осуществлять расчёт перегрузки , а ведь соответствующие задания встречаются на ЕГЭ и ОГЭ по физике. Так что дочитайте эту статью до конца или посмотрите прилагающийся видеоурок. Знания, которые вы получите, пригодятся вам на экзамене.
Начнём с определений. Перегрузкой
называется отношение веса тела к величине силы тяжести, действующей на это тело у поверхности земли. Вес тела
— это сила, которая действует со стороны тела на опору или подвес. Обратите внимание, вес — это именно сила! Поэтому измеряется вес в ньютонах, а не в килограммах, как некоторые считают.
Таком образом, перегрузка — это безразмерная величина (ньютоны делятся на ньютоны, в результате ничего не остаётся). Однако, иногда эту величину выражают в ускорениях свободного падения. Говорят, к примеру, что перегрузка равна , имея ввиду, что вес тела вдвое больше силы тяжести.
Покажем, как осуществлять расчёт перегрузки на конкретных примерах. Начнём с самых простых примеров и перейдём далее к более сложным.
Очевидно, что человек, стоящий на земле, не испытывает никаких перегрузок. Поэтому хочется сказать, что его перегрузка равна нулю. Но не будем делать поспешных выводов. Нарисуем силы, действующие на этого человека:
К человеку приложены две силы: сила тяжести , притягивающая тело к земле, и противодействующая ей со стороны земной поверхности сила реакции , направленная вверх. На самом деле, если быть точным, то эта сила приложена к подошвам ног человека. Но в данном конкретном случае, это не имеет значения, поэтому её можно отложить от любой точки тела. На рисунке она отложена от центра масс человека.
Вес человека приложен к опоре (к поверхности земли), в ответ в соответствии с 3-м законом Ньютона со стороны опоры на человека действует равная по величине и противоположно направленная сила . Значит для нахождения веса тела, нам нужно найти величину силы реакции опоры.
Поскольку человек стоит на месте и не проваливается сквозь землю, то силы, которые на него действуют скомпенсированы. То есть , и, соответственно, . То есть расчёт перегрузки в этом случае даёт следующий результат:
Запомните это! При отсутствии перегрузок перегрузка равна 1, а не 0. Как бы странно это не звучало.
Определим теперь, чему равна перегрузка человека, который находится в свободном падении.
Если человек пребывает в состоянии свободного падения, то на него действует только сила тяжести, которая ничем не уравновешивается. Силы реакции опоры нет, как нет и веса тела. Человек находится в так называемом состоянии невесомости. В этом случае перегрузка равна 0.
Космонавты находятся в горизонтальном положении в ракете во время её старта. Только так они могут выдержать перегрузки, которые они испытывают, не потеряв при этом сознания. Изобразим это на рисунке:
В этом состоянии на них действует две силы: сила реакции опоры и сила тяжести . Как и в прошлом примере, модуль веса космонавтов равен величине силы реакции опоры: . Отличие будет состоять в том, что сила реакции опоры уже не равна силе тяжести, как в прошлый раз, поскольку ракета движется вверх с ускорением . С этим же ускорением синхронно с ракетой ускоряются и космонавты.
Тогда в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось Y (см. рисунок), получаем следующее выражение: , откуда . То есть искомая перегрузка равна:
Надо сказать, что это не самая большая перегрузка, которую приходится испытывать космонавтам во время старта ракеты. Перегрузка может доходить до 7. Длительное воздействие таких перегрузок на тело человека неминуемо приводит к летальному исходу.
В нижней точке «мёртвой петли» на пилота будут действовать две силы: вниз — сила , вверх, к центру «мёртвой петли», — сила (со стороны кресла, в котором сидит пилот):
Туда же будет направлено центростремительное ускорение пилота , где км/ч м/с — скорость самолёта, — радиус «мёртвой петли». Тогда вновь в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось, направленную вертикально вверх, получаем следующее уравнение:
Тогда вес равен 
. Итак, расчёт перегрузки даёт следующий результат:
Весьма существенная перегрузка. Спасает жизнь пилота только то, что действует она не очень длительно.
Ну и напоследок, рассчитаем перегрузку, которую испытывает водитель автомобиля при разгоне.
Итак, конечная скорость автомобиля равна км/ч м/с. Если автомобиль ускоряется до этой скорости из состояния покоя за c, то его ускорение равно м/с 2 .Автомобиль движется горизонтально, следовательно, вертикальная составляющая силы реакции опоры уравновешена силой тяжести, то есть . В горизонтальном направлении водитель ускоряется вместе с автомобилем. Следовательно, по 2-закону Ньютона в проекции на ось, сонаправленную с ускорением, горизонтальная составляющая силы реакции опоры равна .
Величину общей силы реакции опоры найдём по теореме Пифагора: 
. Она будет равна модулю веса. То есть искомая перегрузка будет равна:
Сегодня мы научились рассчитывать перегрузку. Запомните этот материал, он может пригодиться при решении заданий из ЕГЭ или ОГЭ по физике, а также на различных вступительных экзаменах и олимпиадах.
Материал подготовил , Сергей Валерьевич
Тамбовское областное государственное общеобразовательное учреждение
Общеобразовательная школа – интернат с первоначальной летной подготовкой
имени М. М. Расковой
Реферат
«Перегрузки в авиации»
Выполнил: воспитанник 103 взвода
Зотов Вадим
Руководитель: Пеливан В.С.
Тамбов 2006 г
1. Вступление.
2. Вес тела.
3. Перегрузка.
4. Перегрузки при выполнении фигур высшего пилотажа.
5. Ограничения по перегрузке. Невесомость.
6. Заключение.
ПЕРЕГРУЗКИ В АВИАЦИИ
1. Вступление.
Силы тяготения являются, очевидно, первыми, с которыми мы знакомимся еще с детских лет. В физике их часто называют гравитационными (от латинского – тяжесть).
Значение сил тяготения в природе огромно. Они играют первостепенную роль в образовании планет, в распределении вещества в глубинах небесных тел, определяют движение звезд, планетных систем и планет, удерживают около планет атмосферу. Без сил тяготения невозможной была бы жизнь и само существование вселенной, а значит, и нашей Земли.
Сооружая здания и каналы, проникая в глубь Земли или в космическое пространство, конструируя корабль или шагающий экскаватор, добиваясь результатов почти в любом виде спорта, человек всюду имеет дело с силой тяготения.
Великие и таинственные силы тяготения были предметом размышления выдающихся умов человечества: от Платона и Аристотеля в древнем мире до ученых эпохи Возрождения – Леонардо да Винчи, Коперника, Галилея, Кеплера, от Гука и Ньютона до нашего современника Эйнштейна.
При рассмотрении гравитационных сил используются различные понятия, в числе которых сила тяготения, сила тяжести, вес.
2. Вес тела.
Вес – есть сила, с которой вследствие земного притяжения тело давит на опору или натягивает подвес.
В аэродинамике под весом тела понимают несколько иную величину.
На самолет при полете действуют аэродинамические силы (подъемная сила и лобовое сопротивление), сила тяги двигательной установки и сила земного притяжения, которую называют весом и обозначают G.
где m – масса летательного аппарата, g – ускорение свободного падения.
Вес – одна из самых сложных сил в природе. Вы знаете, что вес – величина непостоянная, он меняется в зависимости от характера движения тела.
Если тело движется без ускорения, то вес тела равен силе тяжести и определяется по формуле P = mg.
Если тело движется с ускорением вверх, т. е. с ускорением противоположно направленным ускорению свободного падения (а↓g), то вес тела увеличивается, определяется по формуле P = m(g+a) и возникает перегрузка.
Если тело движется с ускорением вниз, т. е. с ускорением сонаправленным с ускорением свободного падения (а ↓↓g), то вес тела определяется по формуле P = m(g-a), и в этом случае возможны несколько вариантов:
если |a|<|g|, то вес тела уменьшается (становится меньше силы тяжести), и возникает состояние частичной невесомости;
если |a|=|g|, то вес тела равен 0, возникает состояние полной невесомости (т. е. тело свободно падает);
если |a|>|g|, то вес тела становится отрицательным и возникает отрицательная перегрузка.
3. Перегрузки.
Перегрузкой называется отношение суммы всех сил, кроме силы веса, действующих на самолет, к весу самолета, и определяется по формуле:
где P – тяга двигателя, R – суммарная аэродинамическая сила.
Стрелки над символами в формуле указывают, что учитывается направление действия сил, поэтому силы нельзя складывать алгебраически.
Например, если аэродинамическая сила R и тяга двигателя P лежат в плоскости симметрии, то их сумма R+P, определяется, как показано на рисунке 4.14.
В большинстве случаев пользуются не суммарной перегрузкой n, а ее проекциями на оси скоростной системы координат – n x , n y , n z как показано на рисунке 4.15.
Существуют три вида перегрузки: нормальная, продольная и боковая.
Нормальная перегрузка n y определяется в первую очередь подъемной силой и определяется по формуле:
где Y – подъемная сила.
На заданной скорости и высоте полета изменить нормальную перегрузку можно путем изменения угла атаки. Как показано на рисунке с уменьшением скорости полета предельные нормальные перегрузки возрастают, а с увеличением высоты – уменьшаются. При отрицательном угле атаки возникают отрицательные перегрузки.
Продольная перегрузка n x определяется отношением разности сил тяги двигателя (Р) и лобового сопротивления (Q) к весу самолета:
n x = (P-Q) / G.
Продольная перегрузка положительна, если тяга больше лобового сопротивления, и отрицательна, если тяга меньше лобового сопротивления или если тяги вообще нет.
Таким образом, знак продольной перегрузки зависит от соотношения величин тяги двигателя и лобового сопротивления самолета.
С увеличением высоты полета положительные продольные перегрузки n х уменьшаются, т. к. уменьшается избыточность тела. Зависимость продольной перегрузки от высоты и скорости полета изображена на рисунке.
Боковая перегрузка n z возникает при несимметричном обтекании самолета воздушным потоком. Это наблюдается при наличии скольжения, либо при отклонении руля направления.
4. Перегрузки при выполнении фигур высшего пилотажа.
Рассмотрим, какие перегрузки возникают при выполнении фигур высшего пилотажа.
На самолетах в разных пилотажных фигурах перегрузка действует по-разному.
Например, на самолете Л-39 при выполнении полупетли необходимо выдерживать оптимальные изменения перегрузки.
Полупетля – фигура пилотажа, при выполнении которой самолет описывает восходящую часть петли Нестерова с последующим поворотом относительно продольной оси на 180 0 и выводом в горизонтальный
полет в направлении, обратном вводу.
При выполнении данной фигуры можно отметить несколько отсчетных точек:
1. Ввод в полупетлю.
2. Угол кабрирования 50 0 – 60 0 . Перегрузка в данной
точке 4,5 – 5 ед.
3. Угол кабрирования 90 0 . Перегрузка 3,5 – 4 ед.
4. Начало ввода в полубочку. Перегрузка
приблизительно равна 1ед.
5. Вывод из полубочки.
При перегрузке больше оптимальной резко увеличивается лобовое сопротивление и быстро падает скорость, возможен выход самолета на режим тряски и сваливания. При перегрузке меньше оптимальной увеличивается время выполнения фигуры и скорость в верхней точке также становится менее заданной.
Рассмотрим еще одну фигуру высшего пилотажа – переворот.
Переворот – это фигура пилотажа, при выполнении которой самолет поворачивается относительно продольной плоскости оси на 180 0
с последующим движением по нисходящей траектории в вертикальной плоскости и выводом в горизонтальный полет в направлении, обратном вводу.
При выполнении переворота на Л-39, в первой половине траектории составляющая силы веса (Gcosθ) способствует искривлению траектории, поэтому на этом участке достаточно небольшое значение нормальной перегрузки 2 – 3 ед. Во второй половине эта же сила препятствует искривлению траектории, поэтому для вывода самолета из пикирования необходима большая перегрузка 3,5 – 4,5 ед. При перевороте происходит зависание самолета, возникновение отрицательных перегрузок в положении «вверх колесами» летчик устраняет, взяв РУС на себя, увеличивает перегрузку до допустимой и создает необходимое угловое вращение.
На Як-52 , например, при выполнении пикирования, при вводе в пикирование появляется отрицательная перегрузка. При выводе из пикирования потеря высоты определяется скоростью, углом пикирования и перегрузкой, создаваемой летчиком.
При выводе из виража «Горки», во избежание возникновения больших отрицательных перегрузок, вывод летчик производит плавным движением ручки управления от себя.
«Пикирование» «Горка»
Еще одной захватывающей фигурой высшего пилотажа является петля Нестерова.
Петля Нестерова – фигура пилотажа, при выполнении которой самолет описывает траекторию в вертикальной плоскости, расположенную выше точки ввода.
При выполнении петли Нестерова на Як-52 летчик должен следить по нарастанию перегрузки за созданием угловой скорости. Необходимо создать угловую скорость вращения с таким расчетом, чтобы при угле кабрирования 40 0 – 50 0 перегрузка была равна 4 – 4,5 ед. При выводе самолета из петли летчик должен следить за темпом нарастания перегрузки.
