Штопор (пилотаж)

Што́пор в авиации — особый, критический режим полёта самолёта (планёра), заключающийся в его снижении по крутой нисходящей спирали малого радиуса с одновременным вращением относительно всех трёх его осей. При этом самолёт переходит на режим авторотации.

прямой штопор

обратный штопор

плоский штопор

Классификация штопора

Штопор подразделяется по виду:

• нормальный (прямой) — самолёт движется на положительных углах атаки.
• перевёрнутый (обратный) — самолёт движется на отрицательных углах атаки, то есть «пилот висит на ремнях».

По углу наклона продольной оси самолёта к горизонту:

• крутой (50-90°)
• пологий (30-50°)
• плоский (<30°)

По направлению движения самолёта:

• левый штопор — вращение против часовой стрелки,
• правый штопор — вращение по часовой стрелке.

По степени изменения средних параметров движения самолёта в штопоре от витка к витку:

• установившийся (устойчивый) — параметры практически неизменны,
• неустановившийся (неустойчивый) — параметры изменяются.

По характеру изменения параметров движения самолёта в процессе выполнения одного витка:

• равномерный — все параметры движения самолёта в режиме близки к своим средним значениям, изменение по времени угловых скоростей, углов атаки и скольжения небольшие.
• колебательный штопор — параметры движения самолёта изменяются значительно

Развитие штопора

Самолёт может войти в штопор непроизвольно из-за ошибки лётчика, или может быть введён преднамеренно для ознакомления лётчика с особенностями поведения самолёта на штопоре и обучения технике входа и выхода из штопора.

Предпосылкой к попаданию самолёта в штопор является выход на закритические углы атаки или углы скольжения (аэродинамический подхват) и сваливание. Если происходит асимметричный срыв потока (например, вследствие скольжения или действия элеронов), то возникают моменты сил, придающие самолёту вращение вокруг осей. Если самолёт имеет хорошие противоштопорные характеристики, то вращение быстро затухает и происходит обычное сваливание, набор скорости и выход на нормальный режим полёта. В противном случае, самолёт попадает в режим устойчивого вращения, при котором асимметрия обтекания усугубляется и затягивает самолёт в установившийся штопор. В случае, если пилот попытается потянуть штурвал или РУС на себя, велика вероятность перехода в плоский штопор, с большими углами атаки и угловыми скоростями вращения. Выход из этого режима весьма затруднён.

Опасность штопора

Эффективность управляющих плоскостей при штопоре падает, а быстрое вращение может привести к дезориентации пилота, что затрудняет выход из штопора. Существенное падение подъёмной силы приводит к быстрой потере высоты, что представляет значительную опасность, особенно на малых высотах полёта. Всё это требует от пилота умения избегать сваливания (если только нет цели выполнить штопор преднамеренно), распознавать предвестники сваливания и штопора (тряска, сигнал АУАСП и т. п.) и при возникновении штопора выводить из него самолёт на безопасной высоте.

Штопор самолёта является одной из наиболее трудных фигур сложного пилотажа.

Выход из штопора

Существует несколько методов вывода самолёта из штопора, в зависимости от модели самолёта и от типа штопора. Общий принцип всех методов: остановить вращение, увеличить скорость, восстановить эффективность рулей, прекратить срыв потока на обеих консолях крыла, переведя аппарат в нормальный полёт со снижением и набором скорости.

В процессе лётных испытаний опытных самолётов, чьи штопорные характеристики ещё не известны, для обеспечения надёжного выхода из уже развившегося (устойчивого) штопора применяются противоштопорные парашюты или ракеты.

Уилфред Парк

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

Константин Арцеулов

Впервые преднамеренный ввод самолёта в штопор на аэроплане «Ньюпор-XXI» осуществил 24 сентября 1916 российский военный лётчик Константин Константинович Арцеулов, внук художника-мариниста Ивана Айвазовского. На высоте 2000 м он два раза подряд вводил машину в штопор и благополучно выводил её.

Штопор на пассажирских самолётах

На транспортных (особенно пассажирских) самолётах, не предназначенных для пилотажа, вывод из штопора не предусмотрен, а программы лётных испытаний таких самолетов не включают проверки штопорных характеристик. Причины этого следующие:

• При штопоре возникают значительные знакопеременные нагрузки на силовые элементы конструкции, допустимые только для пилотажных самолетов, обладающих избыточным запасом прочности. Воздействие таких нагрузок на конструкцию большого и тяжёлого транспортного самолета, рассчитанную на экономичные режимы полета, приводит к деформации силовых элементов, а в отдельных случаях — к их разрушению, поэтому испытать такой самолет на штопор без его повреждения затруднительно.
• Надёжный вывод самолета из штопора требует от пилота как хороших навыков управления самолётом в нештатных (пилотажных) режимах, так и развитого «чувства самолёта» — как модели/серии, так и конкретного воздушного судна. У пилотов пассажирских самолетов отсутствует возможность для регулярных тренировок в таких условиях.
• Для любого самолёта, кроме пилотажного, сам факт попадания в штопор является аварийной ситуацией — как, например, для современного легкового автомобиля, предназначенного для движения по асфальту, аварийной ситуацией является съезд на большой скорости с асфальтовой дороги на влажную глинистую обочину. После того, как такой съезд произошел, автомобиль становится неуправляемым. То же происходит с тяжёлым самолётом в штопоре. В то же время, соблюдение несложных правил безопасности снижает вероятность подобных ситуаций до очень малых величин.
• Расследование авиакатастроф, в которых штопор привел к падению самолёта (список наиболее известных приведён ниже), показывает, что в большинстве случаев к возникновению штопора приводил ряд грубых пилотажных ошибок экипажа при штатных условиях полёта, а также грубые нарушения экипажем требований авиабезопасности. В такой ситуации нет оснований полагать, что наличие технической возможности вывода самолёта из штопора могло бы предотвратить катастрофу.
• В пассажирской авиации основные усилия направлены на предотвращение выхода самолета из штатных эксплуатационных режимов, одним из следствий которого может быть развитие штопора. Для этого принимаются меры к расширению допустимого диапазона углов атаки, возникновению хорошо заметной предупредительной тряски при срыве потока, самопроизвольному уменьшению самолётом угла атаки за счёт аэродинамических особенностей крыла, достаточно совершенная компьютерная пилотажная система и т. п.

Разработка теории штопора

Проблемой штопора в 1918-1919 годах занимался английский учёный Г. Глауерт. Теоретическое обоснование штопора впервые разработано советским учёным В. С. Пышновым в работе «Самовращение и штопор самолётов» (1927).

Дальнейшие экспериментальные работы по штопору выполнены А. Н. Журавченко. В исследование штопора большой вклад внесли учёные ЦАГИ, летчики-испытатели ЛИИ, а также инженеры различных ОКБ. В частности, большой вклад в исследование динамики штопора внёс летчик-испытатель А. А. Щербаков.

Авиакатастрофы, произошедшие в результате сваливания самолёта в штопор

• Авиакатастрофа Ту-104 17 октября 1958 года
• Катастрофа самолёта МиГ-15 УТИ, управляемым Юрием Гагариным и Владимиром Серёгиным, 27 марта 1968 года
• Катастрофа Canadair CL-600 Challenger во время испытательного полёта в 1980 году; один из пилотов погиб (другой спасся на парашюте)
• Катастрофа самолёта Ту-154Б под Учкудуком 10 июля 1985 года
• Катастрофа Canadair RJ100 в испытательном полёте, 1991 год
• Катастрофа самолёта Ту-154М под Иркутском 4 июля 2001 года
• Катастрофа Ту-154М рейса 612 под Донецком 22 августа 2006 года

Ссылки

• Описание штопора на www.airhorse.narod.ru
• Каталог фигур высшего пилотажа Арести ФАИ = FAI Aresti Aerobatic Catalogue. — Federation Aeronautique Internationale, 2002.

Пилотаж