Если бы кто-то лет двадцать назад стал утверждать, что существует летательный аппарат весом 10 килограммов и на нем можно пролететь без особого труда 300 километров, то в лучшем случае его бы сочли большим чудаком. И тем не менее такие аппараты существуют и называются парапланами.
Датой рождения параплана можно считать тот день, когда была предпринята первая попытка полета с горы с использованием планирующего парашюта-крыла. Такие попытки делались в Закавказье еще в 70-х годах ХХ века. Низкое аэродинамическое качество парашютного крыла не позволяло в полной мере насладиться полетом. В конце 80-х годов в Европе появились первые крылья для полетов с гор. По своей конструкции они напоминали парашюты. По существу, это и были те же парашютные крылья, с небольшими отличиями. Для уменьшения вертикальной скорости снижения они имели большую, чем парашюты, площадь, порядка 28-30 м2 (планирующие парашюты того времени - 20-24 м2). В результате несколько упала и горизонтальная скорость (эти параметры связаны между собой), но это уже больше напоминало полет. С того времени началось активное развитие и парапланеризма как технического вида спорта, и техники для него. Крылья все больше и больше становились действительно крыльями. Выросло от 3 до 6 единиц их удлинение, появились модели даже и с большим удлинением, но из-за сложности пилотирования, меньшей устойчивости крыла и соответственно меньшей надежности они не нашли широкого распространения. По мере того как увеличивалось количество поклонников нового вида спорта, росло и производство парапланов. Поначалу их делали, копируя друг у друга наиболее удачные модели, но со временем появились специализированные конструкторские бюро, была разработана инженерная методика расчета, и парапланы из простой забавы превратились во вполне серьезные летательные аппараты. Их можно использовать как для спорта и отдыха, так и для проведения разнообразных наблюдений, например, для контроля пожарной обстановки в лесах, для контроля водохранилищ, проведения учета животных и для решения множества других вполне серьезных задач.
Развитие парапланерной техники сейчас идет по трем направлениям: совершенствование аэродинамического качества, повышение безопасности, удобство пилотирования. Последний критерий хотя и субъективен и не имеет каких-либо количественных оценок, но тем не менее является важным свойством параплана. Здесь уместна аналогия с музыкой: человек может воспринимать ее по принципу "нравится - не нравится". Можно любые звуки представить в цифровом виде и пытаться их анализировать. И наверняка можно сделать выводы, что лучше, а что хуже, но эмоции в этих оценках присутствовать не будут. И как для музыканта важно уметь чувствовать музыку, так и для авиатора важно чувствовать в полете аппарат: насколько легко он откликается на действия пилота, как выполняет тот или иной маневр, как ведет себя в начале маневра, как входит в него и как его заканчивает.
Парапланы, как и все летательные аппараты, подвергаются обязательной сертификации. Но в отличие от больших самолетов или вертолетов у них оцениваются (нормируются) не многочисленные летные характеристики, а основные параметры, определяющие безопасность полета. И оценивает их пилот-испытатель, выполняя конкретные маневры и манипуляции с крылом. Испытатель искусственно создает сложные и даже аварийные ситуации, которые могут возникнуть в полете из-за складывания крыла под воздействием турбулентных потоков или срыва потока, вызванного действиями пилота. По тому, как крыло ведет себя, и делают заключение о его надежности и соответствии одной из установленных категорий.
Однако для спортсменов-профессионалов, да и для любителей наряду с устойчивостью, управляемостью и безопасностью не менее важны и хорошие аэродинамические характеристики параплана, поскольку от них во многом зависят дальность и скорость полета. Что же касается высоты полета, то для парапланов, впрочем, как и для планеров, она определяется не столько характеристиками аппарата, сколько состоянием атмосферы, в частности высотой инверсии.
Конструкция парапланов развивается постепенно, без резких скачков и революций. Но процесс идет тем не менее достаточно динамично. "Матрасоподобные" по форме крылья первых парапланов постепенно эволюционировали в крылья с более гладкими поверхностями, форма и конструкция которых позволяет минимизировать все виды сопротивлений.
Форма крыла и его характеристики совершенствуются в какой-то степени за счет оптимизации геометрии применяемых профилей. С другой стороны, используются новые конструктивные решения, которые тоже улучшают аэродинамические свойства мягких крыльев.
Специальные легкие, плотные и очень прочные ткани, из которых шьют парапланы, практически не пропускают воздух. Благодаря этому крыло как бы надувается встречным потоком. Само крыло состоит из двух больших кусков ткани, сшитых, в свою очередь, из более мелких элементов, и большого количества нервюр, которые делятся на силовые и промежуточные. К силовым крепят стропы, а промежуточные - нужны для придания крылу правильной аэродинамической формы.
В ранних конструкциях количество нервюр было относительно небольшим (соответственно крыло делилось на небольшое количество секций), при этом силовые нервюры чередовались с промежуточными (рис. 1а). На схеме хорошо видно, что и верхняя и нижняя поверхности крыльев ранних конструкций были весьма неровными и напоминали сложенные рядком диванные валики. Такая форма ухудшала аэродинамические характеристики крыла (в том числе профильное сопротивление), снижала его скорость и управляемость.
Чтобы сделать обе поверхности крыла более гладкими, стропы стали крепить и к промежуточным нервюрам (рис. 1б). Кроме того, количество секций крыла увеличили до 60-70. В результате поверхности выровнялись и профильное сопротивление уменьшилось. Но из-за увеличения количества строп несколько возросло общее сопротивление параплана.
Следующим шагом в совершенствовании конструкции стало уменьшение относительной толщины промежуточной нервюры. Ее величина характеризуется отношением длины нервюры к средней ширине (рис. 1в). Это позволило уменьшить количество строп, но сохранить достаточно ровную верхнюю поверхность купола. При этом, правда, стала менее ровной его нижняя поверхность. Но поскольку скорость потока воздуха на ней ниже, чем на верхней, такое решение в итоге дало положительный эффект.
Заметно продвинуться вперед удалось, введя в конструкцию новый элемент - диагональную нервюру. Это сразу же позволило, с одной стороны, сгладить поверхность крыла, а с другой - уменьшить количество строп (рис. 1г).
Применение в этой схеме промежуточных нервюр сделало поверхность крыла еще более гладкой (рис. 1д). На современных крыльях промежуточные нервюры делают в виде легких "косынок", которые своими острыми концами сходятся в местах крепления строп, а широкими - крепятся к верхней поверхности (рис. 2).
Первые модели крыльев при расчетах представляли как набор плоских панелей. В более поздних конструкциях стали учитывать, что при полете в оболочке возникают значительные напряжения и деформации. Это позволило делать более точные расчеты и в результате способствовало улучшению реальной формы крыла.
Наконец, еще один важный момент - уменьшение аэродинамического сопротивления строп и пилота. Сопротивление строп составляет до четверти от общего сопротивления параплана. При проектировании всегда стремятся уменьшить их количество и суммарную длину. При этом используют многоярусное ветвление, стараются подбирать номиналы по нагрузке с минимальным диаметром. На спортивных парапланах для ответственных соревнований зачастую применяют стропы без защитной оплетки. Они значительно тоньше обычных, их диаметр - от 0,6 до 1,2 мм. Но, к сожалению, служат они не более одного сезона. Пилотам, чтобы уменьшить собственное аэродинамическое сопротивление, все чаще приходится использовать различные эластичные обтекатели.
Эволюция мягких крыльев продолжается, появляются новые направления их использования, например мотопарапланы и паруса-крылья (кайты). Если у крыла мотопараплана все изменения, по сравнению с привычным парапланом, продиктованы особенностями моторного полета, то крылья для кайтинга отличаются от классических весьма значительно. Это связано с совершенно другими задачами, которые ставятся перед такими крыльями.
Крыло мотопараплана, как правило, имеет большую удельную нагрузку (количество полетной массы, приходящееся на единицу площади крыла) и соответственно должно иметь более прочные или усиленные элементы конструкции. Взлет на мотопараплане проходит зачастую с совершенно ровной площадки и в полный штиль, следовательно, подъем крыла при старте должен проходить легко, просто и контролируемо. Поэтому среди моторных крыльев очень мало моделей с большим удлинением, которым для взлета нужен достаточно сильный встречный поток воздуха.
Кайт - крыло, похожее на парапланерное, с его помощью можно буксироваться на лыжах или сноуборде по снегу, на серфинге по водным просторам или на тележке-багги по земле.
Благодаря длинным стропам - 10-30 метров - и особенностям динамики движения кайт позволяет не только буксироваться с большой скоростью, но и совершать прыжки, пролетая по воздуху десятки метров. Сейчас кайтинг стал самостоятельным видом спорта, по которому проводятся международные соревнования вплоть до ранга чемпионата мира.
Аэродинамическое качество летательного аппарата определяется отношением подъемной силы к силе сопротивления или отношением коэффициента подъемной силы к коэффициенту сопротивления.
Удлинение для прямоугольного крыла - это отношение размаха крыла к его хорде, для крыла сложной формы - отношение квадрата размаха к его площади.
Складывание крыла - потеря крылом своей формы.
Турбулентный поток - поток, в котором вектор скорости движения воздуха в разных его точках отличается по величине и направлению.
Срыв потока - явление, когда течение отрывается от обтекаемой поверхности, при этом резко падает подъемная сила и растет сила сопротивления.
Высота инверсии - высота, на которой прекращается действие термических потоков.
Профильное сопротивление - сопротивление, зависящее от формы обтекаемого тела и не связанное с созданием подъемной силы.
