Штопор

Штопор — это фигура пилотажа, представляющая собой неуправляемое или управляемое движение самолёта (или другого летательного аппарата) по нисходящей спирали малого радиуса с одновременным вращением относительно всех трёх осей. В штопоре самолёт теряет подъёмную силу и переходит в режим сваливания, при котором его траектория близка к вертикальной, а вращение происходит вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей. Штопор является одним из наиболее опасных режимов полёта, особенно на малых высотах, и требует от пилота специальных навыков для вывода.

История

Первые случаи непреднамеренного сваливания в штопор были зафиксированы вскоре после начала полётов на самолётах с неустойчивой аэродинамической компоновкой. В начале XX века, когда авиация только зарождалась, пилоты часто сталкивались с этим явлением, не понимая его природы. Одним из первых, кто научно описал штопор, был российский учёный и лётчик Николай Егорович Жуковский. В 1910-х годах он разработал теоретические основы устойчивости и управляемости самолёта, включая анализ срывных режимов.

Практическое изучение штопора началось в 1910-е годы. В 1912 году британский лётчик Томас Соури (Thomas Sopwith) впервые намеренно ввёл самолёт в штопор и успешно вышел из него, продемонстрировав, что этот режим поддаётся контролю. Однако систематические исследования начались только после Первой мировой войны, когда авиация стала активно развиваться. В 1920-е годы советские лётчики, такие как Михаил Громов и Валерий Чкалов, отрабатывали фигуры высшего пилотажа, включая штопор, на самолётах И-16 и других.

В 1930-е годы штопор стал обязательным элементом подготовки военных лётчиков, так как умение выходить из него спасало жизни в бою. Во время Второй мировой войны многие пилоты погибли из-за непреднамеренного входа в штопор на малых высотах, особенно на истребителях с высокими нагрузками на крыло (например, Messerschmitt Bf.109). После войны исследования штопора продолжились, и в 1950-е годы были разработаны методы его предотвращения с помощью автоматических систем (например, системы предупреждения о сваливании).

Физика и аэродинамика штопора

Штопор возникает, когда самолёт теряет подъёмную силу из-за превышения критического угла атаки. В нормальном полёте крыло создаёт подъёмную силу, обтекаемое потоком воздуха. При увеличении угла атаки (угла между хордой крыла и набегающим потоком) подъёмная сила сначала растёт, но после достижения критического угла (обычно 15–18° для большинства профилей) происходит срыв потока — воздух перестаёт плавно обтекать крыло, образуются вихри, и подъёмная сила резко падает. Самолёт переходит в сваливание.

Если в момент сваливания самолёт имеет крен или скольжение (например, из-за несимметричного отклонения рулей), то одно крыло оказывается с сорванным потоком раньше другого. Это создаёт вращающий момент вокруг продольной оси, и самолёт начинает вращаться. Вращение усиливается за счёт гироскопического эффекта от винта (у поршневых самолётов) и инерции. В результате самолёт движется по спирали, при этом его скорость падает, а вертикальная скорость снижения может достигать 50–100 м/с.

Типы штопора

Штопоры классифицируются по нескольким признакам:

• По характеру вращения:
• Правый штопор — вращение вправо (по часовой стрелке, если смотреть сверху).
• Левый штопор — вращение влево (против часовой стрелки).
• По углу наклона оси:
• Крутой штопор — ось самолёта близка к вертикали, угол наклона траектории 60–90°.
• Пологий штопор — ось самолёта наклонена меньше, угол траектории 30–60°.
• По управляемости:
• Неуправляемый штопор — самолёт вращается без возможности вмешательства пилота (обычно на ранних этапах или при полном отказе рулей).
• Управляемый штопор — пилот может контролировать вращение и направление (фигура высшего пилотажа).
• По количеству витков:
• Одиночный штопор — один виток.
• Многократный штопор — несколько витков (до 10–20).

Ввод и вывод из штопора

Ввод в штопор

Ввод в штопор (как фигура пилотажа) выполняется намеренно для отработки навыков или демонстрации. Порядок действий:

1. Самолёт выводится на режим сваливания: уменьшается скорость, увеличивается угол атаки.
2. Одновременно отклоняются руль направления и элероны в сторону желаемого вращения (например, для левого штопора — левая педаль и левый элерон).
3. Руль высоты отклоняется на себя (кабрирование), чтобы удерживать угол атаки выше критического.
4. После начала вращения пилот фиксирует рули в нейтральном положении, чтобы не усугублять режим.

Вывод из штопора

Вывод из штопора — критически важный навык. Стандартная методика (для большинства самолётов):

1. Убрать газ (двигатель на малый газ), чтобы уменьшить тягу, которая может усугубить вращение.
2. Отклонить руль направления в сторону, противоположную вращению (например, при правом штопоре — левая педаль). Это создаёт момент, противодействующий вращению.
3. Отклонить руль высоты от себя (пикирование), чтобы уменьшить угол атаки и восстановить обтекание крыла.
4. После остановки вращения (самолёт переходит в пикирование) плавно вывести самолёт в горизонтальный полёт, избегая резких движений, чтобы не вызвать повторное сваливание.

Важно: на разных типах самолётов методика может отличаться. Например, на самолётах с задней центровкой (как некоторые истребители) требуется более агрессивное отклонение руля высоты. На современных самолётах с электронными системами управления (fly-by-wire) штопор часто предотвращается автоматически, но в случае отказа системы пилот действует по аварийным процедурам.

Штопор в авиационной подготовке

Штопор является обязательным элементом подготовки пилотов в большинстве стран, включая Россию. В лётных училищах курсанты отрабатывают ввод в штопор и вывод из него на учебно-тренировочных самолётах, таких как Як-52, L-39, а также на тренажёрах. В России программа подготовки включает теоретическое изучение аэродинамики сваливания и практические полёты с инструктором.

Однако в гражданской авиации штопор считается опасным режимом, и пилоты коммерческих авиалиний проходят только теоретическую подготовку по предотвращению сваливания. Реальные тренировки по штопору проводятся только на специальных тренажёрах или в рамках курсов повышения квалификации (например, на самолётах типа Cessna 172 с инструктором).

Штопор в авиационных происшествиях

Непреднамеренный вход в штопор является одной из частых причин авиакатастроф, особенно на малых высотах. Примеры:

• Катастрофа Як-130 в 2018 году (Россия): при выполнении учебного полёта самолёт вошёл в штопор на высоте около 200 метров, пилоты не успели вывести машину — оба погибли.
• Катастрофа Boeing 737-200 в 1991 году (США, рейс 585 United Airlines): при заходе на посадку самолёт неожиданно вошёл в штопор из-за отказа руля направления, погибли 25 человек.
• Катастрофа Су-27 в 2002 году (Украина, авиашоу во Львове): при выполнении фигуры пилотажа самолёт вошёл в штопор на малой высоте, упал на зрителей — погибли 77 человек.

Для предотвращения таких происшествий на современных самолётах устанавливаются системы предупреждения о сваливании (stick shaker, stick pusher) и автоматические системы вывода (например, система «Управление безопасностью полёта» на Airbus).

Штопор как фигура пилотажа

В высшем пилотаже штопор является одной из классических фигур. Он входит в программу соревнований по пилотажному спорту (например, чемпионаты мира по высшему пилотажу). Спортсмены выполняют штопор с точным количеством витков (обычно 1–3), а также комбинируют его с другими фигурами (например, «штопор с переворотом»). В России штопор активно используется в программе пилотажных групп, таких как «Русские Витязи» и «Стрижи», хотя на тяжёлых самолётах (Су-27, МиГ-29) он выполняется редко из-за риска.

Интересные факты

• Самый продолжительный штопор в истории авиации был выполнен в 1930-х годах советским лётчиком Валерием Чкаловым на самолёте И-16 — он сделал 10 витков, после чего успешно вышел.
• Некоторые самолёты, такие как F-16 Fighting Falcon, имеют конструктивные особенности, делающие их практически неуязвимыми для штопора (автоматическая система управления).
• В авиационной терминологии существует понятие «плоский штопор» — когда самолёт вращается почти в горизонтальной плоскости, без значительного снижения. Это особенно опасно, так как вывод из него затруднён.

Источники

• Жуковский Н. Е. «О динамике полёта». — М.: Издательство АН СССР, 1950.
• Громов М. М. «На земле и в небе». — М.: Воениздат, 1965.
• «Аэродинамика самолёта» / Под ред. В. В. Голубева. — М.: Машиностроение, 1987.
• «Руководство по лётной эксплуатации самолёта Як-52». — М.: ДОСААФ, 1985.
• «Авиационные происшествия: анализ и профилактика». — М.: Транспорт, 2003.