К плану подготовки
Урок 725 августа · ~1,5 часа

Скорости и режимы полёта

Сегодня главная мысль курса про пилотирование: у каждой задачи своя скорость. Перелезть препятствие — одна, быстро набрать высоту — другая, дотянуть до поля с остановившимся двигателем — третья. Разберём, откуда эти скорости берутся, почему малые скорости — ловушка, и выучим рабочие числа Cessna 172S.

Блок 1Горизонтальный полёт: четыре силы в балансе

Установившийся горизонтальный полёт — это равновесие четырёх сил. Подъёмная сила равна весу (Y = G): самолёт не проваливается и не всплывает. Тяга равна сопротивлению (P = X): самолёт не разгоняется и не тормозит. Скорость постоянна по величине и направлению, скольжения нет — шарик координатора в центре.

Из этого равновесия растут все режимы. Нарушила баланс тяги — скорость меняется: перешла из набора в горизонт и не убрала газ — тяга стала больше сопротивления, и самолёт разгоняется, пока не приберёшь мощность до P = X. Выгорает топливо на маршруте — самолёт легчает, подъёмная сила при той же скорости становится избыточной, и машина ползёт вверх: газ прибирают.

Второе важное отношение — аэродинамическое качество K = Y/X: сколько подъёмной силы самолёт получает на единицу сопротивления. Чем выше качество, тем меньше тяги нужно для полёта и тем дальше самолёт планирует без двигателя. К этому числу вернёмся в блоке про планирование — оно однажды может спасти тебе жизнь.

Блок 2Две кривые тяги и два режима полёта

Один график объясняет половину пилотирования: кривые потребной и располагаемой тяги — их называют кривыми Жуковского.

Потребная тяга — сколько тяги нужно, чтобы лететь горизонтально на данной скорости. Её кривая — «ковш» с минимумом посередине. Справа от минимума всё интуитивно: летишь быстрее — сопротивление воздуха больше, тяги нужно больше. Слева — контринтуитивно: чтобы лететь медленнее, тяги тоже нужно больше. Причина в угле атаки: на малой скорости подъёмную силу добирают большим углом атаки, а большой угол атаки резко увеличивает индуктивное сопротивление. Кривая загибается вверх с обеих сторон.

Располагаемая тяга — сколько двигатель с винтом может дать. Наложи обе кривые, и на графике видно три ключевые точки:

Минимум кривой делит все скорости на два мира. Первый режим — правее минимума: большой запас тяги, самолёт устойчив и предсказуем, добавила газ — разогнался. Второй режим — левее, «за горбом» кривой: чем медленнее летишь, тем больше тяги нужно, полёт неустойчив, запаса почти нет. У Cessna 172 второй режим — это заход, финал и вся работа на малых скоростях.

Ловушка второго режима на заходе

Скорость на финале упала, самолёт проседает — рука инстинктивно тянет штурвал на себя: «нос выше — полетим вверх». Во втором режиме это работает наоборот: больше угол атаки → больше сопротивление → скорость падает ещё сильнее → просадка глубже, и так до сваливания у самой земли. Выход из второго режима один: штурвал от себя и полная мощность — сначала скорость, потом высота. По той же причине сразу после отрыва не задирай нос на малой скорости: выдержи самолёт, разгонись, потом набирай.

Где это лежит в РЛЭ

В РЛЭ Cessna 172S ты не найдёшь этих графиков: практические скорости даны таблицами в разделах 4 и 5 — готовые числа для своей высоты и мощности. Графики нужны, чтобы понимать, откуда числа берутся и почему они именно такие.

Аэродинамика для всех — Часть 8: Горизонтальный полёт, Кривые Жуковского
Maksi Pilot · 29 мин · на русском
Основное видео урока: баланс сил и кривые потребной и располагаемой тяги нарисованы и разобраны по шагам. Если полтора часа поджимают — смотри со второй половины, где строятся сами кривые: именно эта часть нужна для блоков про режимы и набор.
Открыть на YouTube

Блок 3Рабочие скорости 172S: у каждой задачи своя

Это тот минимум, который на лётной практике держат в голове без книжки. Значения — из разделов 4 и 5 РЛЭ, масса 2550 lb, все скорости приборные.

ЗадачаСкоростьЗамечание
VR — подъём носового колеса55 ktотрыв основных стоек — на 55–60 kt
VX — максимальный угол набора62 ktперелезть препятствие; на 10 000 ft — 67 kt
VY — максимальная скороподъёмность74 ktбыстрее по времени; на 10 000 ft — 72 kt
Нормальный набор75–85 ktна 10 000 ft — 70–80 kt
Взлёт с короткой полосы56 kt на 50 ftзакрылки 10°
Наивыгоднейшее планирование68 ktдотянуть при отказе двигателя
Заход, закрылки убраны65–75 ktс закрылками — меньше
Уход на второй круг60 ktзакрылки сразу до 20°, при препятствии — 10°
Вынужденная с работающим двигателем65 ktбез двигателя, закрылки убраны — 70 kt

Обрати внимание на закономерность: почти вся рабочая жизнь 172S проходит в узком коридоре 55–85 узлов, то есть вблизи наивыгоднейшей скорости и левее неё. Именно поэтому второй режим для тебя не экзотика, а повседневность: каждый заход — это осознанная работа в диапазоне, где скорость сама себя не держит.

Блок 4Набор высоты: VX, VY и геометрия

В наборе тяга работает за двоих: уравновешивает сопротивление и «тащит» часть веса вдоль наклонной траектории. Поэтому набирать можно только там, где есть запас тяги, — и весь набор строится вокруг двух скоростей с разной логикой.

VX = 62 kt — максимальный угол: максимум высоты на каждый метр пути. Это скорость одной задачи — перелезть препятствие в торце полосы: деревья, ЛЭП, мачту. Траектория самая крутая, но по времени набор медленнее, и охлаждение двигателя на большом угле хуже — поэтому на VX идут только до пролёта препятствия, потом опускают нос.

VY = 74 kt — максимальная скороподъёмность: максимум высоты за единицу времени. Это скорость быстрого выхода на заданную высоту, когда впереди чисто. У земли она даёт 730 фт/мин.

62 kt
VX — высота на метр пути: препятствие впереди
74 kt
VY — высота в минуту: быстрее наверх
730 фт/мин
Скороподъёмность у земли на VY
14 000 ft
Практический потолок 172S (≈ 4250 м)

С высотой воздух разрежается, двигатель отдаёт меньше, запас тяги тает — и скорости сближаются: на 10 000 ft VX вырастает до 67 kt, а VY падает до 72 kt. Там, где они сойдутся, набор закончится. Теоретический потолок — высота, где скороподъёмность падает до нуля; практический — где самолёт ещё способен набирать около 0,5 м/с. У 172S это 14 000 ft.

Геометрия набора: не «сначала вверх»

Нужно прийти в точку B на заданной высоте? Правильный профиль — равномерный набор по наклонной от точки A, а не «сначала вертикально вверх, потом горизонтально»: ломаная траектория жжёт лишнее топливо. Держи наивыгоднейшую поступательную скорость набора, а подстраивай вертикальную по вариометру: выходит, что займёшь высоту раньше точки — чуть уменьши вертикальную, поступательную не трогай. Жертвуют не тем параметром, которым обычно хочется.

Блок 5Планирование: 68 узлов, которые надо помнить всегда

Двигатель остановился — самолёт не падает, а планирует: снижается по наклонной, разменивая высоту на дальность. Курс обмена задаёт аэродинамическое качество: тангенс угла планирования равен 1/K. У 172S на скорости 68 kt качество около 8,6 — с каждого километра высоты в штиль самолёт проходит около 8,6 км по горизонтали, угол снижения примерно 6,5°.

Ключевое слово — наивыгоднейшая: 68 узлов дают максимальную дальность, и любое отклонение её съедает. Медленнее — растёт индуктивное сопротивление, круче вниз. Быстрее — растёт лобовое, тоже круче вниз. Инстинкт «тянуть нос вверх, чтобы лететь дальше» здесь убийственен — это прямой путь во второй режим и сваливание. Нужен больший угол снижения — пожалуйста: угол и скорость подбираются в паре, но дальность будет меньше.

Монограмма планирования в РЛЭ построена для конкретных условий: винт на авторотации, закрылки убраны, ветра нет. Ветер вносит поправку: попутный увеличивает дальность планирования, встречный уменьшает. На нормальном заходе с работающим двигателем логика та же, только угол положе: вертикальная 450–500 фт/мин, заданная скорость, тангаж и мощность подгоняются штурвалом и рудом.

Почему 68 kt учат до автоматизма

При отказе двигателя нет времени вспоминать и вычислять: первое действие — установить 68 узлов, и только потом искать площадку и разбираться с причиной. С высоты 1000 м у тебя около 8,5 км радиуса в штиль — этого обычно хватает, если скорость выдержана точно.

Блок 6Крейсер: дальность, продолжительность и ветер

Крейсерский режим — установившийся полёт по маршруту. Здесь разводим два понятия, которые в быту путают. Дальность — расстояние от точки взлёта до точки посадки. Продолжительность — время от отрыва до касания. Это разные задачи с разными скоростями: дальность максимальна на наивыгоднейшей скорости (минимум потребной тяги), а «висеть» в воздухе дольше всего можно на режиме минимального часового расхода.

124 kt
Крейсерская на 75 % мощности, 8500 ft
126 kt
Максимальная скорость у земли
518 NM
Дальность на 75 % — 4 ч 16 мин на 53 галлонах
638 NM
Дальность на 45 % и 10 000 ft — 6 ч 43 мин

Сравни строки: на 45 % мощности самолёт летит медленнее, но на том же топливе проходит на 120 миль больше. Быстро и далеко — разные режимы; профессионалы без жёсткого контрольного времени держат экономичный крейсер.

Теперь ветер. Все ограничения и характеристики самолёта живут в воздушной массе — по истинной скорости. А путь над землёй считается по путевой: истинная ± компонента ветра. Пример: TAS 130 kt, встречный ветер 30 kt — путевая 100 kt: топливо горит по времени так же, а земли под тобой проходит меньше — дальность падает. Попутные те же 30 kt дают путевую 160 kt — на том же топливе улетишь существенно дальше. Продолжительность от ветра не зависит, дальность — сильно: встречный ветер на маршруте обязан быть в расчёте топлива.

Запас топлива — правило из урока навигации

К расчёту маршрута всегда добавляется навигационный остаток 7–10 % и аэронавигационный запас на запасной аэродром: +30 минут днём, +45 минут ночью.

Дополнительно: перегрузки, нагрузка на крыло и экономичный режим руками

Перегрузки nx, ny, nz — формально

Перегрузка — отношение равнодействующей сил к весу. В связанной системе координат три компоненты: nx — продольная (разгон прижимает к спинке), ny — нормальная, «вертикальная» (манёвры, болтанка), nz — боковая (появляется только при скольжении). Полная перегрузка складывается из компонент по теореме Пифагора. Пределы 172S по РЛЭ: +3,8 g / −1,52 g (с полными закрылками +3,0 g). Отрицательную перегрузку человек переносит хуже — поэтому руль высоты 172-й отклоняется вверх до 26°, а вниз только до 23°, и поэтому космонавты стартуют лёжа: пусть перегрузка идёт через грудь, а не вдоль позвоночника.

Удельная нагрузка на крыло

Вес, делённый на площадь крыла. У 172S по РЛЭ — 14,7 lb/ft² (≈ 72 кг/м²): машина «лёгкая на крыло», отсюда невысокие скорости сваливания и допуск только на простой пилотаж. У пилотажных самолётов — 280–350 кг/м² (Як-52 ≈ 285): другой класс нагрузок и прочности.

Как судить о мощности двигателя

По одним оборотам мощность не определить — смотри параметры в связке: CHT (температура головок цилиндров, датчик обычно на третьем цилиндре — порядок зажигания 1-4-2-3), EGT (температура выхлопных газов на инжекторных), давление наддува — обязательно при винте изменяемого шага, и положение ручки смеси. Ограничение из раздела 2 РЛЭ: обороты 2400–2700 — не более 5 минут.

Экономичный режим без расходомера

Расходомер — опция: на 172S с G1000 он есть, на других модификациях может не быть. Тогда экономичный режим выводят руками:

  1. Знать табличную скорость для своей высоты из РЛЭ.
  2. Рудом подвести самолёт к этой скорости — но это ещё не значит, что режим экономичен.
  3. Миксом чуть-чуть обеднять смесь. Признак правильного направления — рост EGT и едва заметная прибавка оборотов.
  4. Как только скорость слегка возросла — рудом добрать и держать. Обеднять дальше нельзя: мощность упадёт, скорость уйдёт.
Аэродинамика для всех — Часть 4: Аэродинамические характеристики, Поляра
Maksi Pilot · 24 мин · на русском
Откуда на самом деле растут кривые тяги: поляра крыла и аэродинамическое качество. Для глубины понимания, не обязательное.
Открыть на YouTube

ПроверкаПонимание, не память