Вчера разобрали, откуда берётся подъёмная сила. Сегодня — про её границы: где кончается полёт и начинается срыв, чем за подъём приходится платить, зачем крылу закрылки и почему устойчивый самолёт сам знает, как лететь. Главная мысль урока: сваливание происходит на угле атаки, а не на скорости — и самолёт сам сопротивляется падению, если ему не мешать.
Сваливание — это срыв потока с крыла за критическим углом атаки: плавное обтекание превращается в турбулентное, подъёмная сила резко падает, и нос уходит вниз. Ключевой факт, на котором держится весь урок: критический угол атаки один и тот же всегда — при любой массе, высоте и конфигурации он почти не меняется. Меняется только скорость, на которой самолёт до него доходит.
Почему тогда все говорят про «скорость сваливания»? Потому что в обычном полёте угол атаки не виден на приборах, а скорость — видна. Чем медленнее летишь, тем больший угол атаки нужен, чтобы крыло держало вес, — и на какой-то скорости ты упираешься в критический. Но связь работает и в обратную сторону: свалиться можно на любой скорости, если резко потянуть штурвал и загнать крыло за критический угол.
| Закрылки | крен 0° | крен 30° | крен 45° | крен 60° |
|---|---|---|---|---|
| UP (убраны) | 48 | 52 | 57 | 68 |
| 10° | 42 | 45 | 50 | 59 |
| FULL | 40 | 43 | 48 | 57 |
Скорости сваливания 172S в узлах приборной скорости — раздел 5 РЛЭ, масса 2550 lb, обороты холостого хода, задняя центровка. Читается таблица так: закрылки уменьшают скорость сваливания, крен — увеличивает. Механика простая: в вираже крыло держит не один вес самолёта, а больше — растёт перегрузка. Крен 60° — это 2g, а скорость сваливания растёт как корень из перегрузки: те же 48 узлов превращаются в 68 — почти на 40 % больше. Именно поэтому в круге полётов крен держат небольшим: зелёная дуга указателя скорости честна только в горизонтальном полёте.
Датчик срыва стоит на передней кромке левого полукрыла и срабатывает за 5–10 узлов до сваливания; на G1000 сигнал идёт прямо в гарнитуру. Это не «авария», а последнее предупреждение: услышала сирену — уменьшай угол атаки. Потеря высоты при выводе доходит до 230 футов — вот почему сваливание тренируют не ниже 4000 футов, и вот почему у земли запаса на исправление ошибки почти нет.
Высота маленькая, скорость маленькая, пилот «дожимает» разворот: тянет штурвал и давит педаль. Угол атаки растёт, крен добавляет перегрузку, скольжение ускоряет срыв — и сваливание сразу переходит во вращение. Если на развороте зазвучала сирена: штурвал от себя, крен убрать, полная мощность. Никогда не пытайся «дотянуть» разворот — уйти на второй круг всегда дешевле.
Штопор — это сваливание, перешедшее во вращение. Для него нужны два условия одновременно: закритический угол атаки и скорость не выше скорости сваливания. Только одно из двух даёт колебания или самовосстановление, но не полный штопор. Вращение поддерживает само себя — это называется авторотация: сорванное полукрыло опускается, его угол атаки растёт, срыв углубляется. При этом руль высоты и руль направления затенены турбулентным потоком — штурвал «не слушается».
Плоский штопор — тангаж до ~20°, самолёт падает «как кленовое семечко», теряя около 80 метров за оборот; крутой — тангаж больше 50°, потеря 100–150 метров за оборот. С высоты 300 метров до земли — максимум 4–5 оборотов. И коварная деталь: из кабины направление вращения примерно в 95 % случаев кажется обратным. Поэтому сторону вращения определяют только по приборам — компас, шарик, указатель поворота.
Здесь важна разница, которую любят спрашивать: вывод из сваливания — это работа штурвалом, возврат угла атаки на рабочие значения. А предотвращение штопора — это работа ногами: не дать сваливанию перейти во вращение, парируя крен и скольжение в момент срыва. Первое — про штурвал, второе — про координацию.
Намеренный штопор в нормальной категории запрещён — как и вся акробатика. Штопор разрешён только в многоцелевой (utility) категории: масса до 2200 lb, багажник пуст, задние кресла свободны. И отдельно: преднамеренный штопор с выпущенными закрылками не выполняется никогда — нагрузки во вращении повреждают закрылки и конструкцию крыла. Если сорвалась с выпущенной механизацией непреднамеренно — сначала выводи, уборка закрылков не первый пункт.
Крыло создаёт подъём разностью давлений: снизу больше, сверху меньше. Но на конце крыла эти зоны встречаются — воздух перетекает снизу вверх через законцовку, закручиваясь в вихревые жгуты. Вихри скашивают поток вниз, вектор подъёмной силы наклоняется назад — появляется индуктивное сопротивление. Это плата за подъём: пока крыло несёт, перетекание неизбежно.
Важная и неочевидная зависимость: индуктивное сопротивление максимально на малых скоростях, а не на больших. Медленный полёт — это большой угол атаки, большая разность давлений и сильные вихри. С ним борются удлинением крыла (у лёгких самолётов 6–10, у мотопланеров около 20), винглетами и гребнями на законцовках — на поздних 172-х винглет смотрит вниз. Клин перелётных птиц — та же идея: каждая следующая птица летит в восходящей части вихря соседки.
Полное сопротивление складывается из нескольких частей: профильное (форма самолёта), индуктивное (плата за подъём), трения (пограничный слой на обшивке), интерференционное (стыки крыла и фюзеляжа) и волновое — на скоростях 172-й оно пренебрежимо. Практический вывод: у профильного и индуктивного противоположные характеры — первое растёт с ростом скорости, второе падает.
Концевые вихри тяжёлого самолёта не исчезают мгновенно — они тянутся за ним спутным следом. Для лёгкой Cessna след тяжёлых и средних бортов опасен: попадание в чужой вихрь у земли может перевернуть самолёт. Поэтому за крупным бортом выдерживают интервал — об этом ещё поговорим в уроках про аэродром.
Аэродинамическое качество K = Y / X — насколько «выгодно» крыло несёт нагрузку. Его практический смысл проще формулы: сколько метров вперёд самолёт пролетит на каждый метр потерянной высоты. Отсюда главная формула на случай отказа двигателя: дальность планирования = высота × K.
Условия из РЛЭ: скорость 68 KIAS, закрылки убраны, винт на авторотации. Вращающийся винт работает как тормоз: если бы его можно было поставить во флюгер, качество выросло бы до ~12, но винт 172-й не флюгируется — поэтому реальная цифра всегда ниже «чистого» планера. И заметь: каждый разворот на 90° при планировании стоит 80–120 метров высоты — при отказе двигателя маршрут к площадке планируют с минимумом разворотов.
Отсюда — три запаса лётчика, о которых преподаватель говорит весь курс: запас по скорости — возможность манёвра, запас по высоте — время на решение, запас по топливу — дальность и второй круг. Высота при отказе двигателя конвертируется в дальность через качество — вот зачем её беречь.
Рули меняют направление полёта, а механизация — взлётно-посадочные характеристики: короче разбег и пробег, ниже скорости на заходе, а значит — больше времени на решение на финале. На 172S это закрылки типа Фаулера — выдвижные однощелевые: при выпуске растёт и кривизна профиля, и площадь крыла, а щель пропускает воздух с нижней поверхности на верхнюю и сдувает зону отрыва.
Что происходит с аэродинамикой при выпуске: коэффициент подъёмной силы растёт (до ~2 при полном выпуске) — крыло держит на меньшей скорости. Но есть две платы. Первая — сопротивление растёт ещё быстрее, поэтому в крейсерском полёте закрылки убраны. Вторая — критический угол атаки снижается: без закрылков ≈ 13,5°, с полными ≈ 12,5°. Закрылки отодвигают сваливание по скорости, но чуть приближают его по углу.
Вернись к таблице из блока 1 и посмотри на неё глазами пилота: закрылки FULL снимают со скорости сваливания 8 узлов, а крен 60° добавляет 20. Крен — гораздо более сильный игрок. Поэтому на кругу закрылки выпускают заранее и ступенями, а крен на развороте на посадочную держат небольшим.
Убирать закрылки одним движением нельзя: самолёт мгновенно теряет подъёмную силу и проседает. Порядок: полная мощность, затем ступенями FULL → 20° → 10° → UP, убирая каждую ступень на скорости не меньше 70 узлов. На 60 узлах убирать закрылки нельзя — скорость сваливания в чистой конфигурации 48 узлов уже слишком близко.
Устойчивость — способность самолёта без пилота вернуться к заданному режиму после возмущения. Управляемость — усилия и отклик на рули. Это противоположные свойства: чем устойчивее машина, тем больше усилий нужно, чтобы изменить режим. Учебная Cessna намеренно сделана очень устойчивой — «скучноватая» в управлении, с запаздыванием, зато предсказуемая: она не хочет падать.
Устойчивость раскладывается по трём осям. Продольная — по тангажу: классическая схема с хвостом позади крыла устойчива сама по себе — фокус позади центра тяжести, и любое отклонение по углу атаки рождает возвращающий момент. Поперечная — по крену: у 172-й работают сразу два механизма — высокоплан-маятник (центр тяжести висит под крылом) и V-образность крыла: при крене возникает скольжение, полукрыло со стороны крена получает больший угол атаки и большую подъёмную силу — и само поднимает самолёт обратно. Путевая — по рысканию: боковой порыв доворачивает нос, но киль и длинный хвост работают как флюгер и затухающими колебаниями возвращают самолёт на курс. Путевую устойчивость повышают длинная хвостовая часть, стреловидное вертикальное оперение и передняя центровка.
Практический вывод из всего блока: после порыва или болтанки устойчивый самолёт восстанавливается сам. Судорожное парирование каждого движения рулями не помогает, а раскачивает машину и выматывает руку. Но помни границу: устойчивость восстанавливает положение, а не маршрут — после возмущения высота и курс могут уйти, и вернуть их на заданные — уже твоя работа. Вернула — стриммируй заново.
И последний штрих к управлению: любое действие рулём меняет сразу комплекс сил — крен тащит за собой скольжение, педаль рождает крен. Цель всегда одна — координированный разворот: шарик в центре, вход совпадает с выходом. Скольжение не просто «некрасиво» — оно ускоряет срыв потока, а на малой скорости это ровно тот ингредиент, который превращает сваливание в штопор.
Простой щиток: за отклонённой поверхностью поток отрывается, застойная зона «не работает» — подъём растёт меньше ожидаемого, сопротивление исправно. Лечится турбулизатором — уголком перед закрылком, подмешивающим энергию в пограничный слой. Щелевой и Фаулер: щель сдувает зону отрыва, Фаулер ещё и выдвигается назад, увеличивая площадь. Двухщелевой на тяжёлых машинах даёт до +44 % к площади крыла; на взлёте (15°) щель механически закрывается, и закрылок работает как однощелевой — полная эффективность нужна только на посадке.
На Ан-2 и машинах SOCATA предкрылок работает сам, без приводов: на больших углах атаки разрежение над передней кромкой высасывает его вперёд, открывая щель, — ровно у критического угла, когда и нужно. Угол уменьшился — набегающий поток вталкивает его обратно. Опасность в другом: такая автоматика расслабляет. Пилот привыкает, что «машина вытащит», — а на типе без предкрылка привычка остаётся. Поэтому сваливание учат чувствовать, а не полагаться на механизацию.
На стыке крыла и фюзеляжа потоки складываются: у высокоплана результирующая направлена вниз, у низкоплана — вверх. Практический вывод преподавателя: низкоплан попадает в плоский штопор легко, а высокоплану «надо ещё ножкой помочь». Одна из причин, почему учебная машина — высокоплан.
Передняя центровка увеличивает пикирующий момент: в плоский штопор войти труднее. Задняя — задирает тангаж: войти легче, а выйти помогает рост скорости. Полная мощность при выводе полезна ещё и потому, что струя винта обдувает стабилизатор — руль высоты «оживает» раньше. В плоском штопоре преподаватель разбирает отдельный приём: педалью в сторону вращения раскрутить самолёт и перевести плоский штопор в крутой, где угол атаки меньше и рули эффективнее, — и уже оттуда выводить противоположной педалью. Это знание «на понимание», не на практику: намеренный штопор в твоей категории запрещён.
Винт крутится в одну сторону — самолёт стремится вращаться в другую. В полёте это компенсируют руль направления и статические триммеры — отогнутые металлические пластины на руле направления и правом элероне. Подробно разберём в уроке про силовую установку.