Кіріспе
Белгілі бір бетке жақын жерде ұшақтың көтерілу күшінің артуы. Қанатты ұшақтар үшін жер әсері – ұшақтың қанаттары бекітілген бетке жақын болғанда аэродинамикалық кедергінің азаюы. Ұшу кезінде жер әсері ұшақты ұсынылған жылдамдықтан төменде "слайып" қалуына себеп болуы мүмкін. Осылайша, ұшқыш ұшақ қауіпсіз жылдамдыққа жеткенше ұшу жолағының үстінен аз биіктікте ұша алады. Роторлық ұшақтар үшін жер әсері жерге жақын аспандағанда ротордың кедергісін азайтады. Көтерілу салмағы жоғары болғанда, бұл роторлық ұшақтың жер әсерінде тұрып көтерілуіне мүмкіндік береді, бірақ жер әсерінен ұшуға көшуге мүмкіндік бермейді. Тікұшақ ұшқыштарына тікұшақтарын жер әсерімен (IGE) және жер әсерінен тыс (OGE) аспандау шектеулерін көрсететін өнімділік кестелері ұсынылады. Кестеде жер әсерінен туындаған қосымша көтерілу күші көрсетілген. Желдеткішті және реактивті тік ұшып-қону (VTOL) ұшақтарында жер әсері аспандаған кезде әуе кемесіне сору және фонтан тәрізді көтерілу әсерін тудыруы мүмкін, сондай-ақ қозғалтқыш өзінің шығарынды газын сорған жағдайда аспандау күшінің жоғалтылуына себеп болуы мүмкін, бұл ыстық газды сіңіру (HGI) деп аталады.
For fixed wing aircraft, ground effect is the reduced aerodynamic drag that an aircraft's wings generate when they are close to a fixed surface. During takeoff, ground effect can cause the aircraft to "float" while below the recommended climb speed. The pilot can then fly just above the runway while the aircraft accelerates in ground effect until a safe climb speed is reached. For rotorcraft, ground effect results in less drag on the rotor during hovering close to the ground. At high weights this sometimes allows the rotorcraft to lift off while stationary in ground effect but does not allow it to transition to flight out of ground effect. Helicopter pilots are provided with performance charts which show the limitations for hovering their helicopter in ground effect (IGE) and out of ground effect (OGE). The charts show the added lift benefit produced by ground effect. For fan and jet powered vertical take off and landing (VTOL) aircraft, ground effect when hovering can cause suckdown and fountain lift on the airframe and loss in hovering thrust if the engine sucks in its own exhaust gas, which is known as hot gas ingestion (HGI).
Қалқымалы ұшақтар
Әуе кемесі қанатының ұзындығының жартысына тең немесе одан төмен биіктікте жер бетінен немесе судан ұшқанда, көбінесе байқалатын жер әсері пайда болады. Бұл ұшақтағы индукциялық қарсылықтың төмендеуіне әкеледі. Бұл негізінен жердің немесе судың қанат ұшындағы маңайларды бөгеп, қанаттың артындағы ауа ағынының төмен қарай бағытталуын тоқтатуынан туындайды. Қанат, қарсы келе жатқан ауа массасын (салыстырмалы жел) төмен қарай бұрып, көтеру күшін жасайды. Бұрылған немесе "айналған" ауа ағыны қанатқа қарама-қарсы бағытта күш түсіреді (Ньютонның үшінші заңы). Осы күш көтеру күші деп аталады. Жер бетіне жақын ұшу қанаттың төменгі бетіндегі ауа қысымын арттырады, бұл "қошқар" немесе "жастық" эффектісі деп аталады, соның арқасында ұшақтың көтеру күші мен қарсылық арақатынасы жақсарады. Қанат жерге неғұрлым жақын болса, жер әсері соғұрлым күшті болады. Жер әсері аймағында, қанаттың бірдей көтеру күшін жасауы үшін, оның шабуыл бұрышы төмендеуі керек. Жел тоннеліндегі сынақтарда, шабуыл бұрышы мен ауа жылдамдығы тұрақты болғанда, көтеру коэффициентінің артуы байқалады, бұл "көтерілу" эффектісін түсіндіреді. Жер әсері сондай-ақ жылдамдыққа қарсы итеру күшін өзгертеді, мұнда индукциялық қарсылықтың төмендеуі бірдей жылдамдықты сақтау үшін аз итеру күшін қажет етеді. Ауа ағынының жоғарылауы, төмендеуі және қанат ұштарындағы маңайлардың өзгеруіне байланысты, статикалық қысым көзіндегі жергілікті қысымның өзгеруіне байланысты жер әсері аймағында ауа жылдамдығын өлшеу жүйесінде қателер пайда болуы мүмкін. Жер әсерінің пайдасы жылдамдықпен бірге тез жоғалады, бірақ қауіпсіз көтерілу үшін индукцияланған қуат та тез төмендейді. Кейбір алғашқы, жеткіліксіз қуатты тікұшақтар тек жерге жақын қана ұша алатын. Жер әсері қатты, тегіс бетте ең жоғары деңгейде болады.
Ұшуды басқару және ұшуды басқару әуе кемесінің
VTOL ұшақтарының жер әсері күшімен жұмыс істегендегі нөлдік және төмен жылдамдықтардағы екі негізгі әсері – сору және фонтандық көтеру. Үшінші әсер, ыстық газды сіңіру, желді жағдайда немесе кері жылдамдық режимінде тұрақты қанатты ұшақтарға да қатысты болуы мүмкін. VTOL ұшағының IGE жағдайындағы көтеру қабілеті ауа райының сору күшіне, фюзеляждың астыңғы бөлігіне тиетін фонтандық әсерге және қозғалтқышқа HGI әсеріне байланысты. Сору күші ұшақ корпусына төмен бағытталған күш ретінде қозғалтқыштың көтеруіне қарсы әрекет етеді. Фонтан ағыны қозғалтқыш көтеру реактивтерімен бірге жоғары бағытталған күш ретінде әрекет етеді. HGI мәселесінің ауырлығы ITR деңгейі қозғалтқыштың итермелі күшін төмендеткенде анық көрінеді – әр 10°F температураның өсуіне 3-4% дейін. Сору күші – көтеру реактивтерінің ұшақ төңірегіндегі ауаны қозғалысқа келтіруінің нәтижесі. Бұл бос ауада (OGE) да орын алады, фюзеляждың астыңғы бөлігі мен қанаттардағы қысымды төмендетіп, көтеруді азайтады. Жерге жақын жерде ауаның қозғалысы күшейеді, соның салдарынан көтерудің жоғалуы да артады. Фонтандық көтеру ұшақта екі немесе одан көп көтеру реактивтері болғанда пайда болады. Реактивтер жерге тиіп, таралады. Фюзеляждың астында кездескенде олар араласып, тек жоғары қарай қозғалып, фюзеляждың астыңғы бөлігіне соғады. Олардың жоғары бағытталған импульсінің жаққа немесе төмен қарай бұрылуы көтеруді анықтайды. Фонтан ағыны фюзеляждың иілген астыңғы бөлігімен өтеді және жоғары бағытталған импульсінің бір бөлігін сақтайды, сондықтан көтеруді жақсарту құрылғылары орнатылмаса, толық фонтандық көтеруге жете алмайды. HGI қозғалтқыштың итермелі күшін азайтады, өйткені қозғалтқышқа кіретін ауа суық ауаға қарағанда ыстық және тығыздығы төмен. Алғашқы VTOL эксперименттік ұшақтары қозғалтқыш түтіндерін шығарып, HGI-ден туындаған итермелі күштің жоғалуын болдырмау үшін ашық торлардан жұмыс істеді. Bell X 14 ұшағы VTOL технологиясын зерттеу үшін салынған, сору күші ұшақтың тіреу аяқтарын ұзарту арқылы азайтылғанға дейін ұшуға қабілетсіз болды. Сонымен қатар, HGI-ді азайту үшін перфорацияланған болаттан жасалған жоғары платформадан жұмыс істеу қажет болды. Dassault Mirage IIIV VTOL зерттеу ұшағы тек тік көтерілу режимінде жұмыс істеді, бұл сору және HGI әсерінен аулақ болу үшін қозғалтқыш түтіндерін ұшақтан алыстатуға мүмкіндік берді. P.1127 ұшағына кері бағытталған желкелік шабуылдар орнатылып, төмен биіктікте ұшу кезінде ағын жақсартылып, корпустың астындағы қысым арттырылды. Өндірістік Harrier GR.1/GR.3 және AV 8A Harrier ұшақтарында да осы позицияда орнатылған қару кабиналары дәл осы функцияны орындады. AV 8B және Harrier II үшін қосымша көтеруді жақсарту құрылғылары (LIDS) әзірленді. Ұшақтың көтеруін күшейтетін фонтандардың тиетін жерін қоршау үшін, қару кабиналарының астыңғы бөлігіне шабуылдар қосылды және алдыңғы шеттері арасындағы аралықты жабу үшін икемді бөгет төмен түсірілді. Бұл 1200 фунт көтеруге қосымша мүмкіндік берді. Lockheed Martin F 35 Lightning II ұшағының F 35B нұсқасындағы қару қоймасының ішкі есіктері қозғалтқыш пен желдеткіш көтеру реактивтерінен туындаған фонтан ағынын ұстап алу және IGE жағдайында сору күшіне қарсы тұру үшін ашылады.
Қанат тұрақсыздануы
Шабуылдың тоқтау бұрышы жер әсері болғанда, ашық ауадағыдан шамамен 2–4 градусқа төмен болады. Ағын бөлінген кезде қарсылық күші күрт артады. Егер ұшақ ұшып кету кезінде тым төмен жылдамдықпен айналып кетсе, қарсылық күшінің артуы ұшақтың жерден көтерілуіне кедергі келтіруі мүмкін. Екі "де Гавиленд Комет" ұшағы айналып кеткеннен кейін ұшу-қону жолағының соңынан шығып кетті. Жер әсерінен бір қанат ұшы тоқтаса, басқару жоғалуы мүмкін. "Gulfstream G650" бизнес-джетінің сертификациялық сынақтары кезінде сынақ ұшағы IGE бойынша болжанған тоқтау бұрышынан артық бұрышқа айналды. Айналудың артық болуы бір қанат ұшының тоқтауына және бақыланбай айналуға себеп болды, ол бүйіндік басқаруды жеңіп, ұшақтың жоғалуына әкелді.
Жер әсері бар көлік
Бірнеше көлік құралы, әсіресе су үстінде, жер әсерімен ұшудың артықшылықтарын зерттеу мақсатымен жобаланды. Жер бетіне тым жақын ұшудың қиындықтары осы технологияны кеңінен қолдануға кедерес келтірді.