Используемая терминология:
ЛА-летательный аппарат.
ВПП- взлётно-посадочная полоса.
Самолёт (аэроплан) — воздушное судно, предназначенное для полётов в атмосфере с помощью силовой установки, создающей тягу и неподвижного относительно других частей аппарата крыла, создающего подъемную силу.
Вертолёт — винтокрылый летательный аппарат, у которого подъёмная и толкающая силы на всех этапах полёта создаются одним или несколькими несущими винтами с приводом от одного или нескольких двигателей.
Раке́та — летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной тяги, возникающей только вследствие отброса части собственной массы (рабочего тела) аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, то он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме.
Случай, при котором вектор тяги имеет такую вертикальную составляющую, что позволяет двигательной установке развить такую силу тяги чтобы оторвать ЛА практически без пробега либо с места, будем считать ЛА с вертикальным взлетом. Теоретически, да и практически могут быть, как реактивный, так и винтовой самолеты, способные взлетать с места будучи расположенные "на попа" либо с изменяемым вектором тяги, но в этом случае имеет место трансформация первых в ракету, а вторых в вертолет!
Вернемся к условию задачи:
Самолет (реактивный или винтовой) стоит на взлетной полосе с подвижным покрытием (типа транспортера). Покрытие может двигаться против направления взлета самолета, то есть ему навстречу. Оно имеет систему управления, которая отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом, чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения полотна. Вопрос: сможет ли самолет разбежаться по этому полотну и взлететь?
Это абстрактно-концептуальная задача, разберемся что нам в ней дано!
Прежде всего самолет поднимающийся в воздух с помощью крыла, создающего подъемную силу.
Для начала считаем, что вектор тяги направлен строго в горизонтальной плоскости и никакой вертикальной составляющей нет!
Первоначально этот самолет стоит на взлетной полосе, затем начинает движение с ускорением, начиная со скорости движения относительно земли и полотна равной 0 км/ч! Это как не странно первый важный момент!
Чтобы самолет взлетел, используя только (особо подчеркну) подьемную силу крыла, а не винта, как вертолет, или реактивную, как ракета, ему необходимо двигаться с ускорением от скорости 0 до скорости отрыва, т.е. скорости при которой подъёмная сила крыла станет больше веса взлетающего объекта, относительно земли!!!
Второе, " система управления (полотна) отслеживает и подстраивает скорость движения полотна таким образом, чтобы скорость вращения колес самолета была равна скорости движения полотна."
Таким образом, существует обратная связь колесо-полотно. Если сразу заблокировать колесо от вращения, т.е. его скорость все время будет равна 0, то соответственно и полотно будет стоять на месте. Обратная связь не работает и равна нулю! Самолет взлетает скользя, как на лыжах. Этот частный случай удовлетворяет условию задачи, скорости колеса и полотна равны, система управления исправно выполняет поставленную задачу!!!
Случай общий, если колеса свободно вращаются, вспомним что для взлета самолет должен двигаться с ускорением от скорости 0 до скорости отрыва относительно земли!!! В систему вмешивается отрицательная обратная связь колесо-полотно, а это в данной контексте означает, что колеса не проскальзывают и система "колесо-полотно" связана мертво, потому как абстрактный транспортер и его система управления абсолютно без инерционны и не допускают разности ускорений самолета и полотна друг относительно друга, что исключает проскальзывание!!! Что в реальной жизни абсолютно невозможно именно из-за инерционности как системы управления, так и механики. В этом случае самолет не взлетит!!!
Это ключевой момент в условии задачи !!!
Рассмотрим задачу когда вектор тяги может иметь вертикальную составляющую, т.к. автор задачи об этом не упоминал .
Например, это даже может иметь место в легких винтовых самолетах имеющих шасси с хвостовым колесом. При этом вектор тяги первоначально уже может быть расположен под углом 15 градусов к горизонтали. Так как наш самолет при увеличении тяги и увеличении скорости полотна все равно остается относительно земли на месте, то он не принимает горизонтального положения как при пробеге по ВПП. Таким образом, если мощность абстрактной двигательной установки такова, что позволяет вертикальной составляющей Fверт, которая составит Fверт=Fтяги*sin15=0,259*Fтяги стать больше веса взлетающего объекта, ЛА взлетит!!! Но взлет этот будет не благодаря подъемной силе крыла, а вот продолжившийся горизонтальный полет будет осуществляться уже благодаря подьемной силе крыла!!! Таким образом в этом контексте задача приобретает смысл как построение ЛА с минимальной ВПП или ЛА с вертикальным взлетом, при этом горизонтальное движение компенсируется абстрактным транспортереом как не продуктивное!!! Мы теоретически подошли к построению ЛА с изменяемым вектором тяги способным к вертикальному взлету! Практически этот аппарат реализован США и называется F-35B Lightning II (2006). Есть и другой теоретический способ заставить самолет взлететь, его элементы использовались в самолете США YF-104 (1954). YF-104 оборудовали системой сдува пограничного слоя (СПС), позволившей снизить посадочную скорость на 20% и довести ее до "вполне приемлемых" 265 км/ч. Принцип работы СПС заключался в том, что сжатый воздух, отбираемый от компрессора двигателя, подавался на закрылки, резко повышая их эффективность. Система включалась автоматически при отклонении закрылков на 15 град, и выходила на полную мощность при их отклонении на максимальный посадочный угол в 45 град. Так называемый принудительный обдув для увеличения подьемной силы крыла.
