Скорость сваливания

Скорость сваливания — это минимальная скорость, при которой летательный аппарат (самолёт, вертолёт, планёр) способен удерживаться в горизонтальном полёте без потери высоты. При дальнейшем уменьшении скорости или увеличении угла атаки происходит срыв потока с крыла, что приводит к резкому падению подъёмной силы и неконтролируемому снижению — сваливанию. Скорость сваливания является одной из ключевых лётно-технических характеристик воздушного судна, определяющей его безопасность, манёвренность и эксплуатационные ограничения.

Физическая сущность

Подъёмная сила крыла возникает за счёт разности давлений на верхней и нижней его поверхностях, которая создаётся при обтекании крыла потоком воздуха. Величина подъёмной силы прямо пропорциональна плотности воздуха, площади крыла, квадрату скорости полёта и коэффициенту подъёмной силы. Коэффициент подъёмной силы, в свою очередь, зависит от угла атаки — угла между хордой крыла и направлением набегающего потока.

При увеличении угла атаки коэффициент подъёмной силы растёт до определённого предела — критического угла атаки. После его превышения происходит срыв пограничного слоя с верхней поверхности крыла, что приводит к резкому падению коэффициента подъёмной силы и, следовательно, подъёмной силы в целом. Скорость сваливания — это скорость, соответствующая полёту на критическом угле атаки в заданных условиях (масса, центровка, конфигурация механизации крыла, перегрузка).

Классификация

Скорость сваливания классифицируется по нескольким признакам, в зависимости от условий полёта и конфигурации самолёта.

По конфигурации механизации крыла

• Скорость сваливания в чистой конфигурации — при убранных закрылках и предкрылках. Характерна для крейсерского полёта и взлётно-посадочных режимов с убранной механизацией.
• Скорость сваливания во взлётной конфигурации — при выпущенных закрылках и предкрылках во взлётное положение. Увеличение кривизны профиля и площади крыла позволяет снизить скорость сваливания на 10–25 % по сравнению с чистой конфигурацией.
• Скорость сваливания в посадочной конфигурации — при полностью выпущенных закрылках и предкрылках в посадочное положение. Снижение скорости сваливания достигает 30–40 %, что необходимо для безопасного захода на посадку.

По условиям полёта

• Скорость сваливания в установившемся горизонтальном полёте — при перегрузке 1g (единица). Это стандартная характеристика, приводимая в лётных руководствах.
• Скорость сваливания при манёвре — при перегрузке больше 1g (например, в вираже). С увеличением перегрузки скорость сваливания возрастает пропорционально квадратному корню из перегрузки. Например, при перегрузке 2g скорость сваливания увеличивается в 1,41 раза.
• Скорость сваливания с учётом влияния силовой установки — работа двигателей может изменять распределение давления на крыле и влиять на срывные характеристики.

По типу сваливания

• Симметричное сваливание — срыв потока происходит одновременно на обоих полукрыльях. Характерно для самолётов с прямым крылом и малой стреловидностью.
• Асимметричное сваливание — срыв начинается на одном из полукрыльев раньше, что приводит к резкому крену и возможному переходу в штопор. Свойственно самолётам со стреловидным крылом.

Факторы, влияющие на скорость сваливания

Скорость сваливания не является постоянной величиной и зависит от ряда факторов:

• Масса самолёта — чем больше масса, тем больше потребная подъёмная сила, а следовательно, выше скорость сваливания. Зависимость квадратичная: при увеличении массы на 20 % скорость сваливания возрастает примерно на 10 %.
• Центровка — смещение центровки назад (к хвосту) может ухудшить срывные характеристики и увеличить склонность к сваливанию.
• Высота полёта — с уменьшением плотности воздуха (с набором высоты) скорость сваливания увеличивается. На высоте 10 000 м скорость сваливания может быть в 1,5–2 раза выше, чем у земли.
• Температура воздуха — при повышении температуры плотность воздуха падает, что ведёт к росту скорости сваливания.
• Обледенение — отложение льда на передней кромке крыла разрушает ламинарное обтекание, снижает критический угол атаки и увеличивает скорость сваливания на 20–50 %.
• Выпуск шасси — выпуск шасси увеличивает лобовое сопротивление, но незначительно влияет на подъёмную силу, однако может изменить балансировку самолёта.
• Работа двигателей — у самолётов с двигателями под крылом струя от винтов или реактивных двигателей может обдувать крыло, изменяя срывные характеристики.

Измерение и определение

Скорость сваливания определяется в лётных испытаниях и указывается в руководстве по лётной эксплуатации (РЛЭ) для каждой конфигурации. В полёте пилоты ориентируются на показания указателя скорости (приборной скорости) и на сигнализацию сваливания — звуковые и световые предупреждения, а также на тряску штурвала (буфет) — вибрацию, возникающую при приближении к сваливанию.

Существуют два основных подхода к определению скорости сваливания:

• Лётный метод — самолёт выводится на режим сваливания в контролируемых условиях, фиксируется приборная скорость в момент срыва.
• Расчётный метод — по аэродинамическим характеристикам крыла (поляре) и массе самолёта вычисляется скорость сваливания для заданных условий.

Значение для безопасности полётов

Скорость сваливания является критическим параметром для безопасной эксплуатации воздушных судов. Превышение скорости сваливания в полёте (особенно на малых высотах) может привести к потере управления и катастрофе. Поэтому в авиации установлены строгие правила:

• Запас по скорости — в полёте пилоты обязаны поддерживать скорость не менее 1,3–1,5 скорости сваливания для соответствующей конфигурации (в зависимости от этапа полёта).
• Предупреждение о сваливании — все современные самолёты оборудованы системами предупреждения о сваливании (stick shaker, stick pusher), которые автоматически воздействуют на органы управления при приближении к сваливанию.
• Тренировки — пилоты регулярно проходят тренировки по выводу самолёта из сваливания и штопора на тренажёрах и в реальных полётах.

Примеры

• Для лёгкого одномоторного самолёта Cessna 172 скорость сваливания в посадочной конфигурации составляет около 85 км/ч (46 узлов), в чистой конфигурации — около 100 км/ч (54 узла).
• Для пассажирского лайнера Boeing 737-800 скорость сваливания в посадочной конфигурации составляет около 220 км/ч (119 узлов), в чистой конфигурации — около 320 км/ч (173 узла).
• Для сверхзвукового истребителя Су-27 скорость сваливания в чистой конфигурации составляет около 250 км/ч (135 узлов) при малой массе.

См. также

• Сваливание (авиация)
• Штопор
• Критический угол атаки
• Механизация крыла
• Подъёмная сила

Источники

• Аэродинамика самолёта: учебник для вузов / под ред. Г. С. Бюшгенса. — М.: Машиностроение, 1985.
• Руководство по лётной эксплуатации самолёта Cessna 172 (POH).
• Руководство по лётной эксплуатации самолёта Boeing 737 (FCOM).
• Федеральные авиационные правила (FAR) часть 23 — Нормы лётной годности самолётов нормальной, многоцелевой, акробатической и коммунальной категорий.
• Остославский И. В., Стражева И. В. Динамика полёта. Траектории летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1969.