Сваливание: вопрос угла, а не скорости

На предыдущем шаге мы увидели, что подъёмная сила растёт с углом атаки, но не беспредельно. На этом шаге разберём одно из важнейших понятий авиации — сваливание (по-английски stall).

Что такое сваливание?

Сваливание — это резкая потеря подъёмной силы, когда крыло превышает критический угол атаки. До этого угла воздух следует за верхней поверхностью крыла. Если угол ещё немного увеличить, воздух отрывается от верхней поверхности, за крылом образуются беспорядочные вихри, и подъёмная сила резко падает.

Исправим здесь распространённую ошибку: аэродинамическое сваливание не означает остановку двигателя. Крыло может свалиться и при работе двигателя на полной мощности.

Главное правило: сваливание — вопрос угла

Руководство пилота FAA особо подчёркивает: самолёт может свалиться на любой скорости, в любом положении и при любом режиме двигателя. Решающим является не скорость, а угол атаки крыла.

Почему же тогда для самолётов указывают «скорость сваливания»? Потому что в горизонтальном полёте при определённом весе это нижняя граница, при которой можно держаться в воздухе, не выводя крыло на критический угол. Ниже этой скорости, чтобы создать достаточную подъёмную силу, пришлось бы превысить критический угол. Но это число действительно только для указанных условий. Вес, развороты и манёвры меняют скорость сваливания.

Почему в развороте скорость сваливания растёт?

Чтобы развернуться, самолёт накреняется. При крене подъёмная сила наклоняется: часть её разворачивает самолёт, остальная несёт вес. Чтобы сохранить высоту, крыло должно создавать больше подъёмной силы в целом. Отношение нагрузки на крыло к весу называется перегрузкой (n); в развороте на постоянной высоте n = 1 / cos(угол крена).

Скорость сваливания растёт пропорционально квадратному корню из перегрузки:

• Крен 30°: n ≈ 1,15 → скорость сваливания растёт примерно на 7–8 %
• Крен 45°: n ≈ 1,41 → скорость сваливания растёт примерно на 19 %
• Крен 60°: n = 2 → скорость сваливания растёт примерно на 41 %

У модели из предыдущего шага скорость сваливания в горизонтальном полёте была 8,0 м/с. В развороте с креном 60° она возрастает примерно до 11,3 м/с. То есть на скорости, на которой модель спокойно летит по прямой, она может свалиться в крутом развороте.

Влияние веса

С ростом веса для той же подъёмной силы нужна большая скорость или больший угол атаки. Поэтому тяжело нагруженная модель сваливается на более высокой скорости. Как мы видели на предыдущем шаге, скорость сваливания растёт пропорционально квадратному корню из веса.

Признаки сваливания и вывод

У самолёта, приближающегося к сваливанию, обычно наблюдается следующее:

• Управление становится «ватным»; самолёт реагирует на команды поздно и слабо.
• Несмотря на поднятый нос, самолёт начинает терять высоту.
• Одно крыло может внезапно опуститься; самолёт кренится в сторону.

Основное правило вывода — уменьшить угол атаки. Базовая последовательность из руководства по лётной подготовке FAA:

1. Уменьшите угол атаки: отпустите руль высоты и опустите нос настолько, насколько нужно, пока признаки сваливания не исчезнут. Крыло снова начнёт создавать подъёмную силу.
2. Выровняйте крылья: элеронами выведите самолёт из крена.
3. Используйте мощность правильно: при необходимости добавьте газ, чтобы восстановить скорость, затем плавно вернитесь в горизонтальный полёт.

Попробуйте сами

Введите скорость сваливания в горизонтальном полёте и свою скорость полёта, затем увеличивайте угол крена. Посмотрите, при каком крене заканчивается ваш запас до сваливания.

Итоги

• Сваливание — это превышение критического угла атаки; оно может произойти на любой скорости.
• В разворотах и при росте нагрузки скорость сваливания увеличивается.
• Ключ к выводу — уменьшение угла атаки.

Следующий шаг

Как мы управляем углом атаки, креном и направлением? На следующем шаге познакомимся с тремя осями самолёта и рулями, которые обеспечивают движение вокруг них.