Смертоносный штопор может быть побежден

На Су-33 установлено переднее горизонтальное оперение, что практически исключает попадание самолета в штопор. Фото с сайта www.mil.ru

Вооруженные силы России до конца текущего года подпишут соглашение о приобретении 21 самолетов Су-30СМ2 на сумму около 70 млрд руб., заявил недавно министр обороны страны Сергей Шойгу. Он добавил, что следующее соглашение по Су-30 на общую сумму 7,2 млрд руб. будет предполагать ремонт данных истребителей.

Су-30 (по кодификации НАТО, Flanker-C) – советский/российский двухместный многоцелевой истребитель поколения 4+. Создан для завоевания господства в воздухе и предназначен для уничтожения воздушных целей днем и ночью, в простых и сложных метеорологических условиях, а также на фоне земли при применении активных и пассивных помех, контроля воздушного пространства, блокирования аэродромов противника на большой глубине и действий по наземным и морским объектам.

Интересно, что ЭДСУ на Су-30 позволяет ему выполнять в автоматическом режиме такой элемент пилотажа, как «Кобра Пугачева», что помогает сбрасывать захват Су-30, как цели, с вражеских «доплеровских радаров».

Кроме того, на истребителе установлено своего рода переднее горизонтальное оперение (ПГО), которое почти совсем исключает попадание самолета в штопор.

Проклятие времени

В настоящее время в авиации, несмотря на все передовые достижения в аэродинамике и технике, является смертельно опасным штопор, положение летательного аппарата, при котором он несется к земле по крутой нисходящей спирали, вращаясь относительно всех трех своих осей. Вывести такой потерявший управление самолет в горизонтальный полет из такого состояния почти невозможно.

Стоит только вспомнить авиакатастрофы Ту-104 17 октября 1958 года в Чувашии, когда после попадания в штопор погибли 80 человек, Ту-154 под Учкудуком, когда не выжили все находившиеся на его борту 200 человек – 191 пассажир и 9 членов экипажа, истребителя МиГ-15 УТИ 27 марта 1968 года, управлявшегося первым космонавтом Земли Юрием Гагариным и Владимиром Серегиным – оба погибли. A310 под Междуреченском 23 марта 1994 года – погибли все находившиеся на его борту 75 человек – 63 пассажира и 12 членов экипажа! И что, на штопор нет управы? Конечно, есть!

Из истории

Впервые случайный выход из штопора осуществил британский авиатор Уилфред Парк. В августе 1912 года из-за ошибки пилотирования его биплан Avro G вошел в левый штопор на высоте 700 футов (200 м). Пытаясь погасить сильную продольную перегрузку, Парк полностью отклонил руль направления вправо (то есть в сторону, противоположную направлению вращения аэроплана). Самолет вышел из штопора на высоте всего 50 футов (15 м).

Впервые преднамеренный ввод самолета в штопор на аэроплане «Ньюпор-XXI» осуществил 24 сентября 1916 года российский военный летчик Константин Константинович Арцеулов. На высоте 2000 м он два раза подряд вводил машину в штопор и благополучно выводил ее.

К сожалению, на транспортных (особенно пассажирских) самолетах, не предназначенных для высшего пилотажа, методик вывода из штопора не предусмотрено, а программы летных испытаний таких самолетов не включают проверки штопорных характеристик.

Однако существуют классические методы вывода из штопора, которые можно применить и для пассажирских лайнеров. Первая и самая главная для летчика – не совершать критических ошибок в воздухе и не приводить самолет к штопору, понимая, что факт попадания в него является аварийной ситуацией.

Ну, а если летчик все-таки попал в этот опасный режим, то действовать так: остановить вращение, увеличить скорость, восстановить эффективность рулей, прекратить срыв потока на обеих консолях крыла, переведя аппарат в нормальный полет со снижением и набором скорости.

Кроме того, надежный вывод самолета из штопора требует от пилота как хороших навыков управления самолетом в нештатных режимах пилотирования, так и развитого «чувства самолета».

Более того, необходимо создавать пассажирские и военные самолеты, устойчивые к штопору. Такими летательными аппаратами являются самолеты с ПГО по схеме «утка».

Как это все было

Не секрет, что первый взлетевший летательный аппарат тяжелее воздуха, самолет братьев Райт «Флайер» (1903 год) был построен по схеме «утка». Это такая схема, согласно которой летательный аппарат имеет горизонтальное оперение впереди, а крыло сзади.

Этот термин появился впервые во Франции. Его происхождение, вероятно, связано с тем, что крыло летящей утки находится ближе к ее хвосту, чем к голове.

В последние годы термин «утка» стал применяться для описания самолетов, оснащенных вспомогательными поверхностями аэродинамического управления, установленными на носовой части. Вообще говоря, самолетов довольно традиционных схем (а также некоторых самолетов с треугольным крылом), для обеспечения балансировки летательного аппарата или управления обтекающим его потоком, а не для осуществления основного управления или создания части суммарной подъемной силы, как это бывает на классической «утке».

Главным преимуществом этой аэродинамической схемы считается повышение маневренности самолета, что привлекает к этой схеме создателей военной техники. Кроме того, осуществляется естественная противоштопорная защита. Срыв воздушного потока на ПГО происходит раньше, чем на крыле, создающем большую часть подъемной силы. Поэтому нос самолета в этом случае слегка опускается, и машина возвращается в нормальный полет.

Легкие на подъем

Сверхлегкие летательные аппараты (СЛА) многовариантны по своему назначению. Их можно применять в сельском и лесном хозяйстве, для проведения фото-, видеосъемки в топографических целях. Они приняты на вооружении многих известных специальных подразделений. СЛА используются в Узбекистане, Таджикистане и Туркмении для борьбы с наркоторговцами и в армии для корректировки огня, ведения разведки в дневное и в ночное время, а также для ведения диверсионных действий.

Всем хороши эти летательные аппараты, однако у них есть один очень опасный изъян – сваливание в штопор. И это не преувеличение. В свое время в Польше и во Вьетнаме по этой причине разбились два спортивных самолета Як-52. Летчики погибли.

Одним из средств борьбы со штопором является ПГО. Самолеты с ПГО появились на заре зарождения авиации. Ими были самолеты братьев Райт, Фармана, русского конструктора Докучаева и других пионеров авиации.

Интересна и история МиГ-8 «Утка» (У), экспериментального самолета, построенного в ОКБ им. А.И. Микояна. Он был разработан для проверки устойчивости и управляемости схемы «Утка» в воздухе и работы крыла большой стреловидности. Установленный на самолете МиГ-8 толкающий винт дал возможность проверить управляемость на малых скоростях при отсутствии обдува крыла винтом.

Кроме того, испытания позволили изучить управляемость самолета на земле, а также вопросы взлета и посадки (заход на второй круг) в условиях отсутствия обдува винтом органов управления. Это в дальнейшем позволило использовать полученные результаты при проектировании истребителей с реактивными двигателями.

Первый полет 75 лет назад, 13 августа 1945 года, выполнил на МиГ-8 летчик-испытатель А.И. Жуков.

Горизонтальная сила

Что же касается СЛА, то группа российских инженеров сумела избежать грозной опасности и разработала оптимальную аэродинамическую схему для СЛА, которая практически исключает сваливание в штопор. Эта схема получила название «флюгерная утка», или самолет с так называемым «флюгерным передним горизонтальным оперением» (ФПГО).

Кроме того, ФПГО позволило решить еще и другие аспекты устойчивости в воздухе летательных аппаратов. Дело в том, что так называемая «классическая» аэродинамическая схема, по которой проектируют и строят сегодня почти все летательные аппараты, включая боевые и пассажирские самолеты, уже давно исчерпала резервы своего развития.

Главное ее положительное достоинство в том, что заднее расположение горизонтального оперения (ГО) позволяет без особого труда обеспечить продольную статическую устойчивость самолета на больших углах атаки. Это немаловажно для безопасности полета, поскольку срыв потока воздуха на нерасчетных режимах полета возникает прежде всего на крыле. Но при этом получаются большие потери на балансировку, что отрицательно сказывается на летных характеристиках самолета.

Как избежать потерь?

Единственным выходом является компоновка самолета с ПГО, но не c простым, а с флюгерным (ФПГО). Именно такая аэродинамическая схема сможет обеспечить безопасность полета и высокие летные характеристики самолетов сверхлегкой, легкой и административной авиации. Кроме того, она позволит реализовать высокие антиштопорные характеристики летательных аппаратов. Благодаря ФПГО они сами, практически без вмешательства летчика, смогут выходить из штопора.

В области легкой авиации «флюгерная утка», несомненно, обеспечит наивысший уровень безопасности полетов. Низкие взлетно-посадочные скорости «уток с ФГО» позволят «вписаться» в инфраструктуру старых аэродромов при одновременном улучшении характеристик крейсерских режимов.

Отсутствие проблем проектирования самолетов с балансировкой, «отвязанной» от устойчивости, расширит круг любительского самолетостроения.

Использование «флюгерной утки» в большой авиации позволит существенно повысить эффективность использования тяжелых авиалайнеров, оснащенных мощнейшей механизацией крыла.

«Флюгерная утка» найдет широкое применение в частной реактивной авиации. Этот класс авиационной техники появился давно, но спрос на эти самолеты заметно возрос только в наши дни. Возможность создания таких самолетов без широкого использования автоматических систем управления, но обладающих абсолютной противоштопорной устойчивостью за счет использования схемы «флюгерная утка», несомненно, расширит круг их владельцев.

Такие конструктивные особенности, характерные для самолетов схемы «утка», как трехколесное шасси с носовым колесом, стреловидное крыло, цельноповоротное горизонтальное оперение впоследствии нашли широкое применение в реактивной авиации.

Есть ли у «уток» недостатки?

Еще на заре авиации в своих записках тот же конструктор Орвилл Райт отмечал, что устойчивость «утки» по тангажу «определяется мастерством летчика». Опыт первых полетов показал, что в том случае, когда на переднем горизонтальном оперении создается значительная подъемная сила, она оказывает существенное влияние на балансировку самолета.

Кроме того, пилотирование «утки» существенно отличается от управления самолетом классической схемы. В частности, «утка» склонна к «клевку», то есть резкому опусканию носа при маневрировании. Естественно, для полетов на таких самолетах потребуется переподготовка летчиков. Однако применение таких схем повысит безопасность полетов и в конце концов себя оправдает.

* * *

За 80 лет со времени создания первого самолета типа «утка» с ПГО в различных странах было построено более 30 таких летательных аппаратов.

Именно эта схема была применена в конструкции первых уникальных летательных аппаратов: первого в мире успешно летавшего самолета (1903 года), первого поднявшегося в воздух гидросамолета (1910 года), первого ракетоплана (1928 года), первого самолета, использующего для полета энергию Солнца.

ПГО имели и имеют советский пассажирский самолет Ту-144 и боевые российские истребители Су-30МК, Су-33, Су-32ФН, МиГ-144, китайский истребитель пятого поколения Chengdu J-20, американская «Валькирия», а также ряд зарубежных боевых самолетов, в частности «Рафаль», «Тайфун», «Вигген», «Гриппен» и многие другие.

Применение схемы «утка» позволяет значительно повысить маневренные и взлетно-посадочные характеристики самолетов, их безопасность, и не исключено, что в недалеком будущем мы увидим в небе такие летательные аппараты.