В связи с развернувшейся дискуссией на страницах "АОН" по проблеме кувырка дельтаплана я хотел бы высказать следующие соображения.
Во-первых, читательская общественность живо откликнулась на предложенную весьма актуальную тему кувырка дельтаплана. Здесь особую ценность представляют свидетельства очевидцев и участников событий, а также пилотов, близко подходивших к этому режиму.
Во-вторых, я бы хотел отметить отличительную особенность наших читателей по сравнению с западными по их отношению к различным проблемам. Наши глубже и серьезнее пытаются разобраться в сущности явления, тогда как западного читателя интересуют только готовые решения и очень простые объяснения. Поэтому на страницах популярных западных изданий можно увидеть только материалы рекламного и развлекательного характера.
Итак, вернемся к нашим проблемам. Поскольку в статьях по кувырку дельтаплана был высказан ряд спорных суждений, я еще раз дам несколько определений с учетом последних исследований и размышлений.
В механике рассматривается перемещение центра масс аппарата под воздействием сил и его вращение относительно центра масс под воздействием моментов. Иные определения только запутывают проблему.
Анализ имеющихся материалов привел меня к мысли о возможности вывода дельтаплана из кувырка на любой стадии. После проведения исследований на моделяторе полета мне удалось разработать приемы управления дельтапланом, которые позволяют вывести его из кувырка на любой стадии.
Для того, чтобы пилот мог совершать осознанные и адекватные обстоятельствам действия, необходимо понимать, хотя бы в общих чертах, механику полета. Для этого рассмотрим характеристики продольного момента дельтаплана в полном диапазоне углов атаки для различных положений центра масс (положения ручки управления). Ниже представлены зависимости коэффициента продольного момента дельтаплана по углу атаки для различных положений точки приведения момента.
Хт = 0.1 - ручка максимально взята на себя;
Хт = 0.35 - полет на балансировочной скорости;
Хт = 0.6 - ручка максимально отклонена от себя.
Подробные характеристики и объяснения приведены в книге "Опасные режимы полета дельтаплана", поэтому сразу начнем рассматривать кувырок.
Кувырок - это сложный режим движения дельтаплана и его можно разбить на следующие стадии: предкувырок, кувырок и установившееся самовращение.
Рассмотрим стадии классического кувырка, который возникает на сваливании при выполнении крутой горки.
Предкувырок есть апериодически неустойчивое продольное вращательное движение дельтаплана с отрицательной угловой скоростью, которое начинается при попадании дельтаплана на большие (больше 90°) углы атаки. Предкувырок может самопроизвольно прекратиться или перейти в режим кувырка.
Предкувырок происходит в диапазоне углов атаки 0-180° и характеризуется начавшимся вращением дельтаплана в продольной плоскости с отрицательной угловой скоростью (опусканием носа аппарата).
Если обратиться к зависимости продольного момента, то можно отметить большую величину продольного момента на больших положительных углах атаки для среднего положения центра масс (Хт = 0.34), соответствующего полету на балансировочной скорости. Если дельтаплан под действием внешних факторов попадает на большие углы атаки, то появившийся продольный момент начинает вращать его с отрицательной угловой скоростью и угол атаки уменьшается. Пока действует момент, до тех пор увеличивается скорость вращения. После того, как дельтаплан прошел балансировочный угол атаки, где mz=0, на него начинает действовать положительный продольный момент, замедляющий вращение.
Следует заметить, что против вращения действует также момент демпфирования, поэтому сравнительно небольшого положительного момента на малых углах атаки достаточно для прекращения вращения и выхода в нормальный режим полета.
Но если скорость вращения была велика или пилот отклонил от себя ручку управления на малых углах атаки (зависимость при Хт = 0.6), то положительного момента окажется недостаточно, дельтаплан выйдет в область отрицательных углов атаки, и его дальнейшее поведение будет определяться характеристиками продольного момента на отрицательных углах атаки.
Естественная для пилота реакция на зависание дельтаплана (начальный этап предкувырка) - это отклонение ручки управления от себя, что оказывается вполне благоприятным для дальнейшего движения дельтаплана. Величина отрицательного момента при этом отклонении ручки на больших углах атаки уменьшится, а положительного на малых положительных углах атаки увеличится, что обеспечит для правильно спроектированного дельтаплана прекращение вращения и в дальнейшем выход в нормальный режим полета.
Если же пилот прозевал момент или аппарат самопроизвольно продолжает опускать нос, тогда необходимо взять ручку на себя. В этом случае увеличивается положительный момент на малых и отрицательных углах атаки (зависимость Хт = 0.1).
Если пилот неправильно управлял дельтапланом, то аппарат может выйти на режим кувырка. Пилот должен реагировать адекватно ситуации.
Мне вспоминается случай из авиационной практики, когда пилот "разложил" Ан-24 на посадке перед ВПП в условиях обледенения. Дело в том, что у самолетов с ручным управлением в условиях обледенения при выпуске закрылков в посадочное положение штурвал самопроизвольно идет вперед, вводя самолет в пике. Командир отряда тренировал на тренажере пилотов только на один короткий этап этого движения и пилот, правильно среагировав на первый признак обледенения, не смог в дальнейшем справиться с управлением, и в результате - катастрофа.
Пилот должен быть готовым к различным неожиданностям и осознанно управлять летательным аппаратом в любых условиях.
Если пилот не справился с управлением или ситуация вышла из-под контроля, то может наступить режим кувырка.
Кувырок есть неуправляемое апериодически неустойчивое продольное вращательное движение дельтаплана на отрицательных углах атаки, приводящее к устойчивому самовращению с большими отрицательными угловыми скоростями тангажа.
Наступит ли режим кувырка, зависит от характеристик продольного момента в области отрицательных углов атаки. Если характеристики продольного момента неблагоприятные (mz<0 в большом диапазоне отрицательных углов атаки) или пилот отдал ручку от себя (зависимость при Хт = 0.6), то дельтаплан продолжает вращаться. Для прекращения вращения пилот должен взять ручку управления на себя, положительный момент увеличится (зависимость при Хт = 0.1), и вращение прекратится.
Кувырок проходит в диапазоне углов атак 0-180° .
Если пилот не справился с управлением или характеристики дельтаплана неблагоприятные, то кувырок переходит в режим установившегося самовращения, которому можно дать следующее определение.
Установившееся самовращение есть неуправляемое устойчивое вращательное движение дельтаплана в продольной плоскости с большой отрицательной угловой скоростью.
Во время установившегося самовращения угловая скорость составляет примерно 1 об/с и незначительно изменяется по фазам вращения. До сих пор считалось, что нет выхода из режима самовращения, но последние исследования дают надежду, что и этот режим не фатальный.
Обратим внимание на зависимость продольного момента в диапазоне a=0-180° при отданной от себя ручке управления (Хт = 0.6). В диапазоне положительных углов атаки величина отрицательного продольного момента уменьшилась, а положительного - увеличилась.
Теперь, если на режиме установившегося самовращения при выходе на большие положительные углы атаки пилот отдаст ручку управления максимально от себя, то дельтаплан может затормозить и даже прекратить свое вращение.
Исследования, проведенные на компьютерном моделяторе, показали, что при отдаче ручки управления от себя в фазе вращения с положительными углами атаки вращение останавливалось, и дельтаплан обычными методами пилотирования выводился в нормальный полет. Хотя характеристики реального дельтаплана могут отличаться от исследованного крыла дельтаплана, общая механика указывает на благоприятное изменение характеристик.
Итак, можно дать следующие рекомендации пилоту дельтаплана для действий на различных этапах.
Рассмотрим для примера сваливание на крутой горке.
В верхней части траектории при зависании аппарата угол атаки быстро увеличивается и аппарат начинает проваливаться вниз. Инстинктивное движение пилота, отклоняющего ручку управления от себя, приводит к уменьшению отрицательного момента (Хт = 0.6) и к уменьшению угловой скорости. По мере прекращения вращения или опускания носа крыла пилот соразмеренными движениями должен прибрать ручку на себя и вывести аппарат в нормальный полет.
Если угловая скорость продолжает увеличиваться, то при достижении угла атаки меньше 10°ё20° (нос крыла направлен вниз) следует максимально взять ручку управления на себя, и после прекращения вращения соразмерными движениями вывести аппарат в нормальный полет.
Если вращение не прекратилось и дельтаплан с увеличивающейся скоростью заваливается на спину, то необходимо привести в действие систему спасения. Если система спасения отсутствует или пилот по каким-либо причинам не вводит ее в действие, то необходимо тянуть ручку управления на себя до тех пор, пока аппарат не займет положение носом вверх. После того, как дельтаплан займет вертикальное положение носом вверх необходимо отдать ручку управления максимально от себя и держать ее в этом положении до остановки вращения или до тех пор, пока дельтаплан не опустит нос, и после этого взять ручку на себя.
Эти достаточно сложные действия весьма трудно реализовать на практике, когда на пилота действуют большие угловые скорости и линейные перегрузки. Здесь нужны специальные тренировки на тренажерах.
После посадки следует тщательно осмотреть крыло на предмет возможных деформаций каркаса или повреждения обшивки.
При исследовании на моделяторе режима кувырка мотодельтаплана указанные методы позволяют предотвратить кувырок в начальной стадии, но не обеспечивают вывод аппарата из режима установившегося самовращения. Дело в том, что центр масс у мотодельтаплана расположен далеко от плоскости крыла и величина отрицательного момента на больших положительных углах атаки велика (больше, чем у дельтаплана). Следует заметить, что настоящие численные исследования проведены с помощью моделей исследованных крыльев десятилетней давности, а характеристики современных крыльев могут отличаться в ту или другую сторону, тем не менее, общие тенденции и характеристики моделируются правильно.
В заключение можно отметить, что хотя рекомендации по выводу дельтаплана из установившегося вращения подготовлены по результатам численного эксперимента и не апробированы на практике, они базируются на доступных для понимания принципах и законах. Перед внедрением в систему подготовки указанной методики пилотирования следует провести ее широкое обсуждение.
И.Азарьев (Киев)