01
Політ без двигуна
Перед вами планер. У нього довгі крила, ручка керування й педалі, як у літака, але немає двигуна. Лебідка або літак-буксирувальник піднімає його на висоту від 300 до 1200 м, а далі він летить сам. Оскільки ніщо його не штовхає, він весь час знижується в повітрі, лише повільно.
Тож піднятися можна лише в повітрі, яке здіймається швидше, ніж знижується планер. У спокійному повітрі сучасний планер знижується зі швидкістю лише близько 0,5 м/с, тож повітря, що піднімається на 2 м/с, несе його вгору на 1,5 м/с. Висхідне повітря пілоти знаходять над прогрітою сонцем землею, на гірських схилах, куди дме вітер, і в хвилях за горами. Перескакуючи від одного потоку до іншого, планер може пролетіти дуже далеко: світовий рекорд вільної дальності становить 3009 км.
Модель пролітає одне 45-хвилинне коло в прискореному темпі. Планер набирає висоту в терміку над теплим полем аж до хмари, планує до гірського хребта, набирає висоту вздовж схилу, а потім у хвилі над ним і стрімко повертається додому. Місцевість стиснуто, а планер намальовано значно більшим, ніж насправді, але висоти, швидкості й темпи набору висоти на приладах справжні. Висоту відраховано від дна долини.
Перетягуйте модель, щоб оглянути її з усіх боків, і прокручуйте над нею, щоб наблизити. Поки ви читаєте, камера рухається слідом за текстом.
02
Чому він не падає
На планер у польоті діють три сили, у сцені їх показано стрілками. Вага тягне його прямо вниз. Опір, тобто тиск повітря, стримує його. У моделі стрілку опору намальовано набагато довшою, ніж насправді, щоб її було видно: за якості 1 : 50 опір становить лише п’ятдесяту частину ваги. Підйомну силу дають крила. Кожне крило зустрічає повітря під невеликим кутом і відхиляє його вниз, а коли крило штовхає повітря вниз, повітря штовхає крило вгору. До того ж над верхньою поверхнею повітря тече швидше, тож тиск над крилом нижчий, ніж під ним. Це два погляди на одне й те саме явище.
Без двигуна планер летить пологою траєкторією вниз. Оскільки траєкторія нахилена, невелика частина ваги тягне його вперед уздовж неї. Сила тяжіння — його двигун, а висота — його пальне. Відстань, яку він пролітає на кожен метр утраченої висоти, — це його аеродинамічна якість. За якості 1 : 50 він пролітає 50 м уперед на кожен метр зниження, тож із висоти 1000 м у спокійному повітрі долає 50 км.
Оберіть планер вище. Навчальний — це Schleicher ASK 21, двомісний планер із крилами 17 м, його якість 1 : 34. Спортивні — це Jonker JS3 із крилами 15 або 18 м, з якістю 1 : 50 і 1 : 57. Секрет у довгих тонких крилах: вони створюють підйомну силу з дуже малим опором. Для порівняння: великий пасажирський літак має приблизно від 1 : 15 до 1 : 20, дельтаплан близько 1 : 15, а параплан близько 1 : 10.
Тепер посуньте повзунок швидкості. JS3 найкраще планує на швидкості приблизно від 105 до 120 км/год, легкий — ближче до нижньої межі. Вага не змінює нахилу траєкторії: із водою в крилах, до приблизно 200 л, він планує тією самою траєкторією, лише швидше, ближче до верхньої межі. Якщо летіти ще швидше, якість падає, бо швидкість зниження зростає швидше, ніж швидкість польоту. І все ж 18-метровий JS3 на 200 км/год знижується зі швидкістю лише близько 1,4 м/с, а це все ще 1 : 40.
03
Тепле повітря піднімається
Сонце нагріває землю нерівномірно. Темні поля, міста й схили, звернені до сонця, прогріваються швидше, ніж трава чи волога земля, і нагрівають повітря над собою. Тепле повітря легше за прохолодніше повітря навколо, тож воно відривається й піднімається суцільним стовпом або низкою бульбашок. Пілоти планерів називають таке висхідне повітря терміком.
Термік зазвичай має від 150 до 300 м завширшки. Найшвидше він піднімається посередині й нахиляється за вітром. Слабкий термік — це менше ніж 1 м/с, середній — від 1 до 2,5 м/с, сильний — від 3 м/с. Наш піднімається над темним полем зі швидкістю близько 2,7 м/с і нахиляється в бік хребта.
Щоб залишатися в ньому, пілот кружляє з креном близько 45° на швидкості 90 км/год. Одне коло триває близько 16 с і має близько 127 м у діаметрі — досить тісне, щоб триматися поблизу сильної середини. Зазвичай пілоти кренять планер на 30–45°. З крутішим креном планер знижується швидше, тож далі вони заходять рідко.
Навіть у терміку планер і далі знижується, тільки повільніше, ніж піднімається повітря навколо. Чистий набір — це підйом повітря мінус зниження планера. Прилади показують усі три величини: висхідне повітря, власне зниження й чистий набір, тут близько 2,2 м/с. Так наш планер за сім з половиною хвилин піднімається з 500 до 1500 м.
04
Хмари показують, де підйом
Висхідне повітря охолоджується приблизно на 1 °C на кожні 100 м. У повітрі також є невидима водяна пара. Точка роси — це температура, за якої ця пара перетворюється на крихітні краплі. Поки термік піднімається, його температура швидко падає, а точка роси — лише трохи, аж доки вони не зустрінуться. Там пара конденсується, і над терміком виростає купчаста хмара.
Пласка основа хмари позначає висоту, де це стається, і всі хмари того дня мають основу приблизно на одній висоті. Практичне правило дає її: близько 125 м на кожен градус різниці між температурою біля землі й точкою роси. У наш день різниця становить 12 °C, тож основа хмар — на висоті 1500 м. Спробуйте повзунок.
Не кожен термік має хмару. Сухого дня повітря ніколи не охолоджується до точки роси, і терміки лишаються невидимими. Такі сухі терміки можуть бути не менш сильними. Іншого дня хмари шикуються за вітром у довгі ряди — хмарні вулиці, на відстані приблизно трьох висот хмар одна від одної. Уздовж такої вулиці планер може пролетіти далеко, майже не кружляючи.
Забагато хмар — погана новина. Коли хмари розпливаються, вони затіняють землю, і терміки слабнуть або зникають. Під доброю хмарою пілоти шукають найтемнішу й найчіткішу частину основи, де підйом часто найкращий, і залишають термік трохи нижче від неї. Коли наш планер наближається до основи, вигляд зупиняється. Натисніть «Відтворити», щоб продовжити.
05
Вітер проти гори
Коли вітер натрапляє на довгий хребет, він не може пройти крізь нього, тож його виштовхує вгору схилом, зверненим до вітру. Ця смуга висхідного повітря — схиловий потік, і він сягає вище за гребінь. Найкраще працює довгий хребет. Одиночний пагорб повітря здебільшого просто обтікає з боків.
Наш планер прилітає трохи вище гребеня, який здіймається на 1100 м над дном долини. Саме там підйом найкращий. Він літає туди й назад уздовж схилу на швидкості 90 км/год і на кожному кінці завжди розвертається від схилу, ніколи не до нього. Повітря тут піднімається зі швидкістю близько 1,5 м/с, тож планер набирає близько 1 м/с, з 1150 до 1400 м.
Схиловому потоку потрібен стійкий вітер близько 28 км/год або сильніший, що дме майже прямо на схил, з відхиленням не більше ніж на 30–45°. Наш дме зі швидкістю 30 км/год. Потік може сягати висоти, удвічі-втричі більшої за висоту хребта. Йому не потрібне сонце, лише вітер, тож він працює й увечері, коли терміки згасають.
Довгий прямий хребет — це автострада для планерів. Уздовж хребтів Аппалачів на сході Сполучених Штатів пілоти встановлювали світові рекорди, пролітаючи вздовж гір і повертаючись назад. Погляньте в сцені, як повітря струменить угору схилом і як планер щоразу розвертається від схилу.
06
Верхи на гірській хвилі
Вітер, що перевалює через гору, не завжди заспокоюється за нею. Якщо повітря стійке, за горою воно хвилюється вгору й униз, наче вода в струмку, що перетікає через камінь. Гребені хвиль можуть бути на відстані від 3 до 30 км один від одного, і вони стоять нерухомо над землею, поки вітер проходить крізь них. Це гірська хвиля, і вона може підняти планер значно вище, ніж будь-який термік.
Під першим гребенем лежить ротор — смуга бурхливого, вихрового повітря, яку іноді позначає пошарпана роторна хмара. Вище потік плавний. На вершині хвилі може утворитися лінзоподібна хмара. Вона стоїть на місці, хоча вітер продуває її наскрізь.
Наш планер переходить від хребта до висхідної частини хвилі й розвертається проти вітру. Із висотою вітер посилюється і тут дме приблизно так само швидко, як летить планер, тож той зависає над тією самою точкою на землі. Повітря піднімається зі швидкістю близько 2,8 м/с, а планер — близько 2,3 м/с, і за вісім хвилин набирає висоту з 1400 до 2500 м. Це лагідна хвиля. Хвильовий підйом від 1,5 до 6 м/с — звична річ, а 2 вересня 2018 року планер Perlan 2 піднявся у хвилях над Аргентиною на 22 657 м (74 334 фути). Це світовий рекорд висоти для планерів.
Пілоти, які високо піднімаються в хвилі, дихають киснем із балона, бо повітря там розріджене. Дорогою додому наш планер перетинає низхідний бік хвилі, де повітря опускається зі швидкістю близько 2,5 м/с, а показник висхідного повітря падає нижче нуля. У низхідному повітрі вигідно летіти швидко, тож планер проскакує цю ділянку на 200 км/год, за чотири хвилини знижується приблизно до 1560 м, а потім спокійно планує через долину додому.