Сваливание

Сваливание — это критический режим полёта летательного аппарата, при котором в результате превышения допустимого угла атаки происходит резкое падение подъёмной силы крыла, сопровождающееся потерей управляемости и переходом самолёта в неуправляемое снижение. Сваливание является одним из наиболее опасных явлений в аэродинамике, поскольку оно может привести к штопору и, при отсутствии своевременных действий пилота, к катастрофе.

Физическая природа явления

Подъёмная сила крыла возникает за счёт разности давлений над и под крылом, которая создаётся при обтекании его воздушным потоком. При увеличении угла атаки (угла между хордой крыла и направлением набегающего потока) подъёмная сила сначала растёт, достигая максимума на критическом угле атаки (обычно 15–20° для большинства профилей). При дальнейшем увеличении угла атаки происходит срыв потока — отрыв пограничного слоя от верхней поверхности крыла. Это приводит к резкому падению подъёмной силы и росту лобового сопротивления. Самолёт перестаёт удерживаться в воздухе и начинает терять высоту.

Сваливание может произойти на любой скорости, но наиболее вероятно на малых скоростях полёта (например, при заходе на посадку), когда для создания необходимой подъёмной силы требуется большой угол атаки. При этом скорость сваливания (минимальная скорость, при которой возможен горизонтальный полёт) зависит от массы самолёта, плотности воздуха, конфигурации механизации крыла и перегрузки.

Классификация сваливания

По характеру развития

• Прямое сваливание — происходит плавно, с предшествующим тряской (бафтингом) и опусканием носа. Характерно для самолётов с прямым крылом.
• Сваливание с креном — одно крыло срывается раньше другого, что приводит к резкому кренению и переходу в штопор. Наиболее опасно на стреловидных крыльях.
• Глубокое сваливание — состояние, при котором самолёт находится на закритических углах атаки, а управление по тангажу (продольное) становится неэффективным. Выход из глубокого сваливания требует специальных приёмов или автоматических систем.

По условиям возникновения

• Сваливание на взлёте — возникает при чрезмерном взятии штурвала на себя сразу после отрыва от полосы, когда скорость ещё мала.
• Сваливание на посадке — наиболее частый тип, связанный с попыткой «дотянуть» до полосы при заниженной скорости.
• Сваливание на вираже — происходит при увеличении перегрузки в развороте, что повышает скорость сваливания.
• Сваливание на больших высотах — может быть неожиданным из-за малой плотности воздуха и особенностей поведения самолёта на высоте.

Признаки приближающегося сваливания

Современные самолёты оснащаются системами предупреждения о сваливании (stick shaker, stick pusher), но пилот должен распознавать его и по косвенным признакам:

• Аэродинамическая тряска (бафтинг) — вибрация планера, вызванная турбулентным срывом потока.
• Уменьшение эффективности рулей — штурвал становится «ватным», самолёт вяло реагирует на отклонения.
• Падение скорости — показания указателя скорости быстро снижаются.
• Опускание носа — самолёт самопроизвольно стремится перейти в пикирование.
• Звуковая и визуальная сигнализация — на большинстве лайнеров включается речевое предупреждение «Stall, stall» и загорается табло.

Выход из сваливания

Стандартная процедура выхода из сваливания (рекомендованная производителями и лётными инструкциями) включает:

1. Отдача штурвала от себя — уменьшение угла атаки до докритического. Это первоочередное действие, так как без этого невозможно восстановить подъёмную силу.
2. Увеличение тяги двигателей — до взлётного режима или максимального.
3. Устранение крена — педалями и элеронами, если самолёт начал крениться.
4. Вывод из пикирования — после восстановления обтекания крыла плавным взятием штурвала на себя.

Важно: при сваливании категорически запрещается брать штурвал на себя, так как это усугубляет срыв. На многих самолётах (например, на Boeing 737) установлены автоматические толкатели штурвала (stick pusher), которые принудительно опускают нос при приближении к сваливанию.

Особенности для различных типов самолётов

Стреловидное крыло

Самолёты со стреловидным крылом (большинство современных реактивных лайнеров) имеют склонность к сваливанию с креном и «подхвату» — резкому увеличению угла атаки при попытке выхода. На них часто устанавливают предкрылки и интерцепторы для улучшения срывных характеристик.

Сверхзвуковые самолёты

У сверхзвуковых истребителей (например, Су-27, МиГ-29) сваливание может переходить в плоский штопор, из которого выход затруднён. Для таких машин разработаны системы автоматического ограничения угла атаки и противоштопорные парашюты.

Лёгкая авиация

На лёгких поршневых самолётах (Cessna 172, Як-52) сваливание происходит на меньших скоростях и часто предсказуемо, но требует от пилота быстрой реакции. В учебных полётах отработка сваливания является обязательным элементом подготовки.

Предотвращение сваливания

Основные меры предотвращения:

• Соблюдение скоростных режимов — поддержание скорости не ниже минимальной эксплуатационной (Vmin).
• Контроль угла атаки — на многих самолётах установлены указатели угла атаки (AOA).
• Использование механизации крыла — закрылки и предкрылки увеличивают критический угол атаки и снижают скорость сваливания.
• Обучение пилотов — регулярные тренировки на тренажёрах по распознаванию и выходу из сваливания.
• Автоматические системы — системы управления полётом (FBW) на современных лайнерах (Airbus A320, Boeing 787) не позволяют пилоту выйти на закритические углы атаки.

Известные катастрофы, связанные со сваливанием

• Катастрофа Boeing 737 под Пермью (2008) — самолёт авиакомпании «Аэрофлот-Норд» (организация признана иноагентом в РФ) свалился в штопор из-за потери пространственной ориентировки экипажем в условиях гипоксии.
• Катастрофа Boeing 747 под Токио (1985) — разрушение хвостового оперения привело к потере управления и сваливанию, погибло 520 человек.
• Катастрофа ATR 72 под Ростовом-на-Дону (2016) — сваливание на посадке из-за неправильных действий экипажа в условиях сдвига ветра.
• Катастрофа Ту-154 под Иркутском (2001) — сваливание на взлёте из-за неправильной конфигурации механизации.

Интересные факты

• Первое научное описание сваливания дал немецкий аэродинамик Людвиг Прандтль в начале XX века.
• На некоторых самолётах (например, на F-16) сваливание практически невозможно из-за системы автоматического ограничения угла атаки.
• В авиасимуляторах (Microsoft Flight Simulator, X-Plane) сваливание моделируется с высокой точностью, что позволяет пилотам-любителям отрабатывать навыки.
• В русской авиационной терминологии слово «сваливание» закрепилось в 1930-х годах, вытеснив более ранние «срыв» и «штопор».

Источники

• Аэродинамика самолёта: учебник для вузов / под ред. Г. С. Бюшгенса. — М.: Наука, 1993.
• Руководство по лётной эксплуатации самолёта Boeing 737NG.
• Федеральные авиационные правила (ФАП-128) — «Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации».
• Отчёты Межгосударственного авиационного комитета (МАК) по расследованию авиационных происшествий.
• «Stall and Spin Awareness» — FAA Advisory Circular AC 61-67C.