ПРЕДИСЛОВИЕ

Для современных самолетов, особенно для сверхзвуковых, характерным является большое число различных летных и других эксплуатационных ограничений. Эти ограничения указываются в каждой инструкции летчику конкретного типа самолета и определяют предельные режимы полета — наиболее сложные эксплуатационные режимы. Пилотирование на таких режимах требует от летчика повышенного внимания для того, чтобы не допустить выхода за установленные ограничения.

В некоторых особых случаях возможно попадание самолета на критические режимы полета, т. е. выход за летные ограничения. Эти режимы представляют собой наиболее опасные неэксплуатационные режимы полета. Из всех критических режимов самыми сложными и опасными для летчика являются критические по углу атаки режимы — сваливание и штопор.

Основной опасностью (особенно на низких высотах) является сваливание с последующим переходом в штопор. В массовой летной эксплуатации самолетов чаще наблюдается сваливание с режимов полета со скольжением.

По имеющимся зарубежным статистическим данным за последние десять лет около 20% всех летных происшествий было связано со сваливанием самолетов и попаданием их в штопор. При этом происшествия по причине сваливания являются наиболее характерными для неманевренных (тяжелых) самолетов, а происшествия из-за попадания в штопор — для маневренных самолетов.

Сваливание и штопор приводят к возникновению особых ситуаций, потенциально снижающих уровень безопасности полета. По степени вероятности возникновения различают частые (вероятность более 10^-3, т. е. особая ситуация создается более одного раза за 1000 полетов), практически вероятные (вероятность от 10^-3 до 10^-5), маловероятные (вероятность от 10^-5до 10^-7), предельно маловероятные (вероятность менее 10^-7) и практически невероятные (вероятность на один или несколько порядков меньше 10^-7) особые ситуации. По степени влияния на безопасность полета и выполнение поставленной задачи различают такие особые ситуации: опасное усложнение условий полета; ситуация, в которой невозможно выполнить поставленную задачу; авария; катастрофа.

Вероятность сваливания и перехода в штопор у маневренных самолетов выше (на один-два порядка), чем у неманевренных, но степень опасности последствий возникновения особых ситуаций ниже. У неманевренных (тяжелых) самолетов, наоборот, вероятность сваливания, а тем более попадания в штопор ниже, чем у маневренных, но степень опасности указанных последствий выше.

Вероятность возникновения сваливания или штопора зависит от ряда постоянных и случайных факторов. Она существенно изменяется в зависимости от типа и назначения самолета, условий его боевого применения и т. п. По статистике сваливание (встречающееся чаще, чем штопор) для маневренных военных самолетов при выполнении боевой задачи оказывается практически вероятным событием, а это означает практически вероятное возникновение особых ситуаций, которые могут вызвать опасное усложнение в полете. Штопор в боевых условиях является менее вероятным событием, чем сваливание. Но попадание в штопор может приводить к возникновению более опасных, чем при сваливании, особых ситуаций (например, к невозможности выполнения боевого задания в результате большой потери высоты и скорости полета). Возникновение особых ситуаций вследствие попадания неманевренных (тяжелых) самолетов в штопор является предельно маловероятным событием.

Непроизвольный выход самолета на критические по углу атаки режимы может произойти чаще всего в следующих случаях: при грубых ошибках пилотирования в полете на больших углах атаки (по статистическим данным более 60% непроизвольных сваливаний современных самолетов были вызваны этой причиной); при полете с большими углами скольжения и крена и угловыми скоростями вращения самолета; при отказах авиационной техники (например, при отказе критического двигателя на многодвигательном самолете, неисправности в системе управления самолетом); при воздействии сильных внешних возмущений (болтанки, взрывной волны, спутной струи от впереди летящего на малом удалении самолета и др.).

Для надежного предотвращения непроизвольного попадания самолета на критические режимы, т. е. для повышения безопасности полета, проводятся различные конструктивно-аэродинамические мероприятия, применяются сигнализаторы, предупреждающие летчика о приближении опасного режима, устанавливаются летные ограничения и разрабатываются специальные методы пилотирования.

Летчик, хорошо владеющий техникой пилотирования своего самолета, не боится сваливания и попадания в штопор, хотя он всегда стремится избежать выхода самолета на эти режимы. Такой летчик обладает хорошим «чувством машины», помогающим ему определить приближение к опасному режиму.

Грамотное пилотирование самолета по углу атаки — одно из важнейших условий повышения безопасности полета на больших углах атаки, т. е. на предельных режимах. Но если все же самолет попадает в сваливание или входит в штопор, главное для летчика — сохранить спокойствие и действовать в строгом соответствии с инструкцией по пилотированию данного самолета. Умение летчика избежать выхода на критические режимы зависит от степени его летной тренированности.

Между предельными эксплуатационными режимами (на которых еще сохраняются достаточные устойчивость и управляемость самолета для исправления сравнительно небольших ошибок пилотирования) и критическими режимами (режимами начала сваливания) лежит диапазон промежуточных, буферных, режимов полета. Ширина этого диапазона зависит от скорости, числа М и высоты полета, перегрузки и полетного веса самолета, а также от манеры пилотирования и индивидуальных особенностей летчика. Известно, что некоторые режимы полета, доступные для одного летчика, могут оказаться очень сложными для другого. Поэтому каждый летчик должен глубоко понимать физическую картину полета на больших углах атаки и уметь «чувствовать» самолет. Кроме того, летчик должен изучить и знать не только инструкцию по технике пилотирования, «о и аэродинамику самолета, чтобы глубже понимать смысл и значение всех положений этой инструкции.

Высокая воздушная выучка позволит ему быстро оценить сложность обстановки в полете и принять единственно правильное в данной ситуации решение. Таким образом, тренированность летчика в сочетании с глубокой теоретической подготовкой — один из основных факторов повышения безаварийности полетов.

Современные самолеты, особенно сверхзвуковые, требуют более строгого, внимательного выполнения рекомендаций по предотвращению попадания в сваливание и штопор, чем дозвуковые самолеты. Это усложняет подготовку летчика и всего экипажа в целом.

В первые годы развития авиации сваливание и штопор, как правило, заканчивались катастрофами. (Последние были связаны, в частности, с тем, что летчики в то время не имели надежного средства для спасения — парашюта. Это обстоятельство лишало летчика возможности покинуть самолет в ситуации, грозящей его жизни.) Известны лишь единичные случаи, когда самолет штопорил до земли, но летчик оставался жив. Это наблюдалось, в частности, при попадании самолета в плоский штопор, при котором вертикальная скорость снижения была относительно невелика. Однако о существовании таких сугубо специфических режимов полета, как штопор, тогда и не подозревали. Аварии и катастрофы в то время объясняли, например, попаданием самолета в воздушные вихри, хотя в действительности (что выяснилось впоследствии) причиной этих происшествий были сваливание и штопор.

В дальнейшем (по рассказам летчиков, спасшихся после попадания самолета в штопор, и показаниям очевидцев) удалось установить факт возникновения и характер протекания столь сложных и плохо управляемых режимов полета. Были начаты теоретические и экспериментальные исследования сваливания и штопора для выяснения сущности этих явлений и разработки рекомендаций по предотвращению сваливания и штопора, а также методов вывода самолета из этих режимов. Особо следует отметить большие заслуги в разработке теории штопора самолета В. С. Пышнова.

Особенности устойчивости и управляемости современных самолетов, а тем более сверхзвуковых, в той или иной мере усложняют их пилотирование. В определенных условиях эти особенности могут способствовать возникновению опасных ситуаций в полете. Однако сами по себе только эти особенности нельзя отнести к факторам, снижающим безопасность полета при правильной летной эксплуатации. Опасные ситуации в полете, в частности выход самолета на критические режимы, могут возникать под влиянием этих особенностей, например, при грубых нарушениях требований инструкции по пилотированию самолета, при серьезных отказах или боевых повреждениях. Однако при нормальной летной эксплуатации этих самолетов уровень безопасности полета на всех разрешенных режимах достаточно высок.

* * *

Книга рассчитана на читателей, обладающих знаниями в объеме курса практической аэродинамики и динамики полета самолета, изучаемого в летных училищах. Для большей доступности материала в книге практически не используется применяемый в современной аэродинамике математический аппарат, а излагается в основном физическая картина рассматриваемых явлений.

Приводимые в данном труде примеры относятся к гипотетическим самолетам. Однако это не снижает возможности для показа основных особенностей поведения и пилотирования современных самолетов на описываемых режимах полета. Главное внимание в книге уделяется рассмотрению характеристик маневренных сверхзвуковых самолетов с тонким крылом малого удлинения и большой стреловидностью передней кромки и самолетов с изменяемой в полете геометрией крыла.

В книге указывается также на первостепенную важность для летчика систематической качественной тренировки в полетах, способствующей повышению его летной выучки: выработке четких приемов пилотирования, умения целесообразно распределять внимание, своевременно и правильно действовать при особых случаях в полете.

При написании книги использовался отечественный и зарубежный опыт летной эксплуатации современных самолетов, анализ их конструктивно-аэродинамических особенностей, динамических и общих летных характеристик применительно к предельным и критическим режимам полета.

Авторы будут признательны за любые замечания и советы, способствующие улучшению книги.