Пользователь - "Мастер и Маргарита": гимн демонизму? либо Евангелие беззаветной веры
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-
