Читать онлайн «"Мастер и Маргарита": гимн демонизму? либо Евангелие беззаветной веры». Страница 78

288

Глава 6. Достаточно общая теория управления (в крат-

ком изложении)

Данному определению явления устойчивости сопутствует по-

нятие «запас устойчивости». Оно основывается на том, что при

превышении возмущающим воздействием некоторой величины,

объект, устойчивый в указанном смысле при меньших значениях

возмущающего воздействия, может утрачивать это свойство. Но

запас устойчивости в каждом конкретном случае выражается

своеобразно, и в каждом конкретном случае параметр, определяе-

мый термином «запас устойчивости», должен быть метрологиче-

ски состоятельным.

Примеры:

 Устойчивость — неустойчивость:

 Сложенный из листа бумаги самолётик-стрела — аэродина-

мически устойчив (т.е. сам возвращается к углам своей ори-

ентации относительно вектора скорости набегающего потока

воздуха), благодаря чему летит, в общем-то, по предсказуе-

мой плавной траектории: при некоторой сноровке им можно

попасть в заранее намеченное место.

 Листья деревьев имеют иную форму и, опадая осенью с

ветвей, иначе обтекаются потоком воздуха, летят по криволи-

нейной ломано-прерывистой траектории и падают в непред-

сказуемое место (это хорошо видно в безветренное время).

 Запас устойчивости:

 Бумажный самолётик-стрела, если его просто уронить, —

вне зависимости от своей ориентации по отношению к вер-

тикали — под воздействием возникающих на его поверхно-

сти аэродинамических сил прекращает падение, подобное

падению листа, и начинает планировать — главное, чтобы

хватило начальной высоты. Т.е. он аэродинамически устой-

чив во всём диапазоне возможных отклонений от режима

устойчивого планирования, и с оговоркой о начальном запа-

се высоты его запас аэродинамической устойчивости неогра-

ничен.

В отличие от бумажного самолётика-стрелы, история авиации

знает примеры реальных самолётов, аэродинамические компо-

новки которых оказывались таковы, что, если в полёте угол ата-

ки1 (или крена) превысит некоторое критическое значение, то

1 Если не вдаваться в рассмотрение профиля крыла, его характеристи-

ческих точек и линий, то угол атаки это — угол в продольной плоскости

симметрии самолёта между проекцией на неё вектора скорости набегаю-

289

Основы социологии

самолёт начнёт падать почти так, как падает осенний лист (это

явление называется в авиации «плоский штопор»1).

Критический угол атаки, по превышении которого самолёт

сваливается в плоский штопор либо в пикирование, для выхода

из которых требуется управление2, — одна из возможных мер

запаса устойчивости режима нормального полёта.

 При опрокидывании предмета, стоящего на твёрдой поверх-

ности (например, табуретки), он теряет устойчивость, когда

момент сил (тяжести и равнодействующей реакций опоры)

изменяет свой знак, после чего момент названных сил начи-

нает способствовать дальнейшему опрокидыванию предмета

даже в случае исчезновения накренившей предмет силы.

Одна из возможных мер запаса устойчивости в этом случае

— механическая работа, которую необходимо совершить для

того, чтобы привести предмет в положение, в котором мо-

щего потока и следом на ней «плоскости» крыла; либо ещё примитивнее

— угол наклона «плоскости» крыла по отношению к вектору скорости на-

бегающего потока.

1 Причём из режима падения в плоском штопоре далеко не всякий

самолёт способен выйти за счёт средств нормального управления. Для

того, чтобы такой самолёт можно было вывести из плоского штопора, на

нём необходимо устанавливать специальные устройства — например спе-

циальные парашюты, которые подтормаживая хвост, переводят самолёт

из плоского штопора в режим пикирования, в котором восстанавливается

нормальная управляемость самолёта, после чего противоштопорный па-

рашют сбрасывается.

Сваливание в плоский штопор вследствие ошибок пилотирования —

причина гибели нескольких авиалайнеров Ту-154 со всеми находившими-

ся на их борту (последний случай — гибель рейса «Пулковских авиали-

ний» 22 августа 2006 г. под Донецком). Эта особенность Ту-154 была из-

вестна ещё на стадии проектирования, по какой причине опытные экзем-

пляры, проходившие испытания, были снабжены противоштопорными

парашютами. Однако с целью увеличения весовой отдачи и экономично-

сти лайнера их не стали устанавливать на серийные самолёты, предпола-

гая, что квалифицированные лётчики не будут допускать полётов на углах

атаки, близких к критическим.

2 Если управление не требуется, то реальный самолёт по своим аэро-

динамическим характеристикам аналогичен бумажному самолётику-стре-

ле. Так советский истребитель Як-3 (времён Великой Отечественной

войны), если срывался в пикирование из-за превышения критического

угла атаки, набрав в пикировании скорость, сам выходил из него.

290

Глава 6. Достаточно общая теория управления (в крат-

ком изложении)

мент сил тяжести и равнодействующей реакций опоры изме-

няет свой знак.

Однако в теории и практике управления применимость при-

ведённого выше определения устойчивости носит ограниченный

характер. Дело в том, что жизни встречаются объекты и процессы,

которые сами по себе свойством устойчивости не обладают (т.е. об-

ладают нулевым запасом устойчивости); либо их запас устойчиво-

сти настолько близок к нулю, что в практических задачах его мож-

но считать нулевым, а сами объекты (процессы) — неустойчивы-

ми, но при этом:

Организация соответствующего управления может придать

устойчивость течению процессов, которые без управления (или

при несоответствующем управлении) оказываются неустойчи-

выми.

Наиболее широко известным примером такого рода организа-

ции соответствующего управления, придающего устойчивость

заведомо неустойчивому процессу, является вся история конструи-

рования и строительства вертолётов одновинтовой схемы1. Хотя

практически все видели такие вертолёты хотя бы в кино, но

большинство не задумывается и не знает, что обеспечивает возмож-

ность полёта такого вертолёта.

Дело в том, что, если вращающийся винт перемещается в

направлении, перпендикулярном оси своего вращения, то воздуш-

ный поток с разными скоростями набегает на лопасти винта.

Вследствие этого на лопастях винта (если углы атаки лопастей

одинаковые) возникают разные по величине аэродинамические

силы, которые порождают кренящий момент. По этой причине вер-

толёт с таким несущим винтом во время полёта обречён завалиться

на один из бортов и после этого, потеряв подъёмную силу, «упасть

1 Вертолёт одновинтовой схемы имеет:

 один несущий винт, который вращается вокруг вертикальной оси, со-

здаёт подъёмную силу и силу тяги в направлении полёта;

 один рулевой винт, расположенный на хвостовой балке, который враща-

ется вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной диаметру несущего

винта — он предназначен для компенсации реактивного момента от

вращения несущего винта и тем самым — для предотвращения враще-

ния фюзеляжа вертолёта в направлении, противоположном направле-

нию вращения несущего винта, а также — для изменения ориентации

вертолёта по курсу.

291

Основы социологии

камнем»; практически же он вообще оказался бы не способен взле-

теть. В терминах теории управления это означает, что желатель-

ный режим функционирования устройства объективно неустойчив.

Для того чтобы вертолёт одновинтовой схемы мог летать, тре-

буется обнулить кренящий момент. Наиболее эффективный способ

достичь этого — изменять угол атаки лопастей несущего винта в

процессе его вращения так, чтобы лопасть, перемещающаяся в

направлении полёта, имела меньший угол атаки, нежели лопасть,

перемещающаяся в направлении, обратном направлению полёта: в

этом случае там, где скорость набегающего на лопасть потока

выше, — угол атаки лопасти ниже и возникает подъёмная сила

меньшей величины; а там, где скорость набегающего на лопасть

потока ниже, — угол атаки лопасти выше и возникает подъёмная

сила большей величины; вследствие этого при определённом соот-

ношении углов атаки при прохождении лопастями несущего винта

разных секторов ометаемого ими круга — можно управлять ве-

личиной кренящего момента и направлением его действия (послед-