Ветер и курс: путевая скорость, боковой ветер и угол сноса

Представьте, что вы пытаетесь переплыть реку. Если плыть прямо к противоположному берегу, течение снесёт вас вниз. Чтобы приплыть точно напротив, нужно плыть немного против течения. С самолётом, летящим в ветреную погоду, происходит ровно то же самое.

Три скорости, один треугольник

В авиации различают три скорости:

• Воздушная скорость: скорость самолёта относительно воздуха. Именно эту скорость «видит» крыло.
• Ветер: движение воздуха относительно земли.
• Путевая скорость: скорость самолёта относительно земли. Именно она определяет время прибытия.

Навигационный треугольник скоростей из раздела о навигации в руководстве FAA связывает эти три величины: сумма вектора воздушной скорости и вектора ветра даёт вектор путевой скорости. При ветре направление, в которое смотрит нос самолёта (курс), и путь, по которому он движется относительно земли (линия пути), не совпадают.

Воздушная скорость · курсВетерПутевая скорость · линия путиУПВВетер дует слева спередиНос развёрнут навстречу ветру; самолёт движется боком, как краб, но по линии пути.

Разложение ветра на составляющие

Задачу упрощает разложение ветра на две составляющие относительно линии пути. Если обозначить угол между ветром и линией пути через θ:

• Встречная составляющая = W · cos θ: уменьшает путевую скорость (если она отрицательна, это попутный ветер, и путевая скорость растёт).
• Боковая составляющая = W · sin θ: сносит самолёт в сторону от линии пути.

Угол поправки на ветер

Чтобы компенсировать действие бокового ветра, нос немного разворачивают навстречу ветру. Этот угол называется углом поправки на ветер (УПВ):

sin(УПВ) = Боковой ветер / Воздушная скорость

С таким углом самолёт движется по линии пути, слегка развернувшись боком, как краб.

Пример

Вы хотите лететь с воздушной скоростью 60 км/ч по линии пути 90° (на восток). Ветер дует с 30° со скоростью 20 км/ч:

• Угол между ветром и линией пути — 60°.
• Встречная составляющая: 20 · cos 60° = 10 км/ч
• Боковая составляющая: 20 · sin 60° ≈ 17,3 км/ч (слева)
• Угол поправки на ветер: sin⁻¹(17,3 / 60) ≈ 16,8° влево
• Выдерживаемый курс: примерно 73°
• Путевая скорость: 60 · cos 16,8° − 10 ≈ 47 км/ч

Если не вводить поправку и держать нос на 90°, самолёт снесёт примерно на 19° вправо: на каждом километре он сместится в сторону примерно на 350 м.

Практические выводы для авиамоделиста

Когда вы наблюдаете за моделью с земли, треугольник скоростей проявляется в следующих ситуациях:

• При полёте против ветра модель кажется замедлившейся, по ветру — ускорившейся. Воздушная скорость та же, меняется путевая. Опасно поддаться впечатлению, что модель «разогналась» при развороте по ветру, и убрать газ.
• Модель, летящая по ветру, удаляется быстрее, чем вы ожидаете. Не отпускайте модель далеко под ветер: возвращаться она будет медленно.
• При посадке с боковым ветром модель заходит на полосу, развернувшись боком. Небольшой поправкой курса удерживайте её на оси полосы.
• При ветре сильнее собственной воздушной скорости модель движется относительно земли назад. Именно поэтому в ветреные дни не летают на лёгких моделях.

Попробуйте сами

Меняйте линию пути и ветер. В 3D-виде зелёная пунктирная линия показывает желаемую линию пути, синяя стрелка — курс, оранжевая стрелка — ветер, зелёная стрелка — путевую скорость. Красная пунктирная линия — путь, по которому вы летели бы без поправки.

Следующий шаг

До сих пор, говоря о том, откуда берётся тяга, мы ограничивались статьёй о воздушном винте. На следующем шаге рассмотрим силовую установку электрической модели: аккумулятор, ESC, мотор и продолжительность полёта.