Штопор

Штопор — это полет, при котором центр тяжести дельтаплана перемещается по крутой спирали малого радиуса, а дельтаплан вращается вокруг оси, близкой к продольной. При этом угол атаки больше критического, а это значит, что на крыле происходит срыв потока.

Долгое время физическая сущность явления штопора оставалась неясной, и поэтому не могли быть разработаны практические меры по борьбе с ним. На заре авиации попадание в штопор часто заканчивалось катастрофой. Теория штопора была разработана А. Н. Журавченко и В. С. Пыш-новым. Причиной штопора является авторотация (самовращение) крыла, возникающая на закритических углах атаки.

При авторотации разные подъемные силы на правом и левом полукрыле создают вращающий момент. Кроме разности подъемных сил возникает разность сил лобового сопротивления, которое у опускающегося полукрыла из-за увеличения угла атаки станет больше, чем у поднимающегося. В результате начинает действовать момент, разворачивающий дельтаплан в сторону опускающегося полукрыла.

Чем больше момент инерции дельтаплана относительно его продольной оси, тем сложнее остановить его вращение вокруг оси х. У дельтаплана основная масса сосредоточена в центре аппарата (тело пилота), поэтому момент инерции мал. Кроме того, чем резче выражен срыв потока с крыла на закритических углах атаки, тем более склонен дельтаплан к штопору.

У дельтапланов, как правило, коэффициент Су на больших углах атаки имеет более плавный переход к падению подъемной силы, чем у планеров и самолетов. Поэтому штопоры на дельтапланах — явление очень редкое (рис. 37). Но если дельтаплан все же попал в штопор, то необходимо знать, что выход из него не составляет больших затруднений: пилоту необходимо зафиксировать тело и поставить рулевую трапецию в нейтральное положение. Дельтаплан сам имеет тенденцию к выходу из штопора, и ему не надо мешать.

Поперечная статическая устойчивость—это способность дельтаплана устранять возникший в полете угол крена или сохранять полет с заданным углом крена. Для того, чтобы дельтаплан мог самостоятельно устранять возникший угол крена, необходимо, чтобы появлялся поперечный момент, вызывающий вращение в сторону отстающего полукрыла. Но крен непосредственно не влияет на величину поперечного момента; влияние это проявляется через появляющееся скольжение. Для этого необходимо, чтобы боковой фокус находился выше ЦТ дельтаплана.

Все виды устойчивости дельтаплана зависят от расположения центра массы по высоте; чем ниже он расположен относительно хорды крыла, тем более устойчив летательный аппарат. При этом дельтаплан уподобляется маятнику часов: у маятника часов центр массы так же, как у дельтаплана, расположен достаточно низко. Если мы отведем маятник вбок, то он будет тем быстрее возвращаться в исходное положение, чем ниже расположен ЦТ.

Увеличение длины подвески значительно повышает стабильность полета, продольную и боковую статическую устойчивость, уменьшает опасность полета на малых углах атаки и усилия пилота, необходимые для управления, но, к сожалению, при этом уменьшается управляемость дельтапланом. Ее оптимальная длина рекомендуется порядка 1500 мм.
В 1985 году наши дельтапланеристы впервые столкнулись с явлением раскачки дельтапланов по курсу и по крену. «...Через несколько секунд после старта вертикальный порыв накренил правое крыло моего дельтаплана.

Опасаясь разворота на склон или потери скорости, я взял ручку на себя и переместился в противоположную сторону. Дельтаплан быстро восстановил первоначальное положение, но затем так же быстро приобрел крен в противоположную сторону. Сначала мне показалось, что это случайное чередование двух вертикальных порывов, но колебание повторилось вновь, затем еще и еще... С каждым разом угол крена и рысканья возрастали, амплитуда увеличивалась. Дельтаплан больше не подчинялся управлению, его словно подменили...» Это рассказ опытного пилота, впервые попавшего в режим раскачки. С этим режимом столкнулся целый ряд пилотов, и часть из них не смогла выйти из этой ситуации благополучно.

В погоне за максимальным качеством некоторые спортсмены форсируют геометрические и аэродинамические параметры своих аппаратов: чрезмерно уменьшают угол стреловидности крыла и крутку. Иногда это происходит при попытках восстановить первоначальную форму купола его растягиванием. Слепая погоня за качеством может привести к снижению боковой устойчивости, которое и проявляется в опасном явлении раскачки, так называемом «голландском шаге». В этом режиме дельтаплан на повышенной скорости раскачивается с крыла на крыло с нарастающей амплитудой. Явление можно связать с потерей поперечной устойчивости вследствие слишком большой отрицательной V-об-разности крыльев.

Если оценивать V дельтапланов по взаимному расположению его центральной хорды и передних кромок (боковых труб), то у всех дельтапланов V окажется отрицательным. Тем не менее дельтапланы летают устойчиво и противодействуют отклонению пилота в сторону, то есть ведут себя как летательные аппараты с положительной V-об-разностью. Поверхность крыла дельтаплана криволинейна и поэтому сказать заранее, какова их V-образность, невозможно. Это определяется только экспериментально по характеру полета.

Предположим, что в прямолинейном полете пилот случайно отклонился влево. При этом левое крыло оказывается более нагруженным, чем правое. Согласно теореме Жуковского о подъемной силе

Y=V2-a, откуда

где Y — подъемная сила; V — скорость крыла; а — его угол атаки.
Из формулы следует, что левое крыло должно приобрести большую скорость, а правое замедлить свое движение. Дельтаплан поворачивается вокруг вертикальной оси левым крылом вперед. Это явление называется обратным вращением. Вследствие отрицательного V угол атаки правого крыла увеличивается, а угол атаки левого — уменьшается. По той же формуле скорость левого крыла еще более увеличивается, а правого — уменьшается.

Это заставит правое крыло подняться, а левое опуститься. Благодаря стреловидности дельтаплан поворачивает влево. Когда пилот отклонится вправо, это явление повторится в обратном порядке. Правое крыло, прежде чем опуститься, продолжит вращение под возросшей нагрузкой. Пока оно будет обгонять левое крыло, на левом увеличится угол атаки, и оно начнет подниматься. В целом весь процесс выглядит, как колебания с постоянной или возрастающей амплитудой. Если пилот займет неподвижно нейтральное положение, то вместо колебаний аппарат будет совершать спираль, так как при отрицательном V положение с креном для него является устойчивым.

Если у дельтаплана положительная V-образность, то при отклонении пилота влево и после обратного вращения угол атаки увеличится на левом крыле, а не на правом. Это заставит приподняться левое полукрыло, что затруднит и задержит поворот. Этим объясняется тяжелое управление аппаратом с большой положительной V-образностью. Но зато у такого дельтаплана устойчивым является прямое положение.

Практика показывает, что голландский шаг начинается при повышенной скорости и для выхода из него достаточно отдать ручку на себя. Обратное вращение, а значит, и раскачивание более выражены при малых углах атаки.

Голландский шаг зависит от устойчивости дельтаплана по тангажу, то есть от крутки, стреловидности и от профилей. При большом запасе продольной устойчивости крылья интенсивнее стремятся изменить свой угол атаки в сторону оптимального.

В результате изучения этого явления Наставление по производству полетов на дельтапланах (НППД-84) дополнилось положением: «При возникновении в полете раскачки дельтаплана по курсу и крену, перемещением ручки управления от себя уменьшить скорость до экономичной. Восстановив нормальный режим полета, незамедлительно произвести посадку для выяснения причин раскачки».
Это сглаживает голландский шаг. Иногда достаточно немного на концах крыла увеличить крутку и сделать крылья мягче, и аппарат станет послушнее.

Если посмотреть, как меняется положение центра давления относительно центра массы, то можно увидеть, что коническое крыло дельтаплана подобно игрушке-неваляшке. Правильно спроектированный дельтаплан сам стремится занять сбалансированное положение и создать восстанавливающие моменты. 

Смотрите также

Веремей Б.И.
Веремей Борис Иванович (1935 - 2002гг.) - первый пилот самолета Ту-160, Герой Советского Союза, Заслуженный летчик-испытатель СССР. Борис Иванович Веремей отдал около 40 лет испытаниям и доводкам тупо ...

Валк ПСН-2 Планер специального назначения
В конце 1938 г. С.Ф.Валк предложил два поплавковых варианта "план-торпеды" ПСН-2 с подвеской торпеды - фюзеляжный и балочный. 12 июня 1939 г. решили строить первый вариант. Это был поплавков ...

Баллистическая ракета среднего радиуса действия Р-14 8К65, Р-14У 8К65У SS-5 "Scean"
Максимальная дальность стрельбы, км 4500 Сухая масса ракеты без ГЧ, т 5,2 Стартовая масса, т 86,0 Масса полезной нагрузки, кг 1,5 Длина ракеты, м 24,3 Диаметр ракеты, м 2,4 Количество ступеней 1 Мощно ...