Всякие вопросы о штопоре и сваливании

Чем плоский штопор отличается от обычного? Как можно определить, что этот штопор плоский, а этот - нет?
По каким параметрам - скорость, угловая скорость, ...?

Чем плоский штопор отличается от обычного? Как можно определить, что этот штопор плоский, а этот - нет?
По каким параметрам - скорость, угловая скорость, ...?

Топик перенесен в Авиационный форум.
Здесь топик закрыт.

Это Вам в "Авиационный" - здесь организационные вопросы рассматриваются.

Во-1, при любом штопоре срыв имеется на обеих плоскостях, во-2, самолет вращается вокруг всех трех осей со значительными скоростями.

Плоский штопор характеризуется бОльшими углами атаки - порядка 65-75њ. Он действительно, как правило, значительно опаснее и сложнее для вывода. Плоский штопор чаще всего устойчив (что в данном случае плохо ), а крутой - может быть всяким, в т.ч. колебательно или апериодически неустойчивым.

Wesha>Чем плоский штопор отличается от обычного? Как можно определить, что этот штопор плоский, а этот - нет?
Wesha>По каким параметрам - скорость, угловая скорость, ...?

Если коротко, то примерно так:

1. Абсолютно согласен, что любой штопор происходит при закритических углах атаки, в противном случае не реализуются условия для самовращения крыла (обе плоскости крыла охвачены срывом).

2. Плоские штопора, как правило, более устойчивые и, как следствие - "злые".

3. Отличия штопоров с точки зрения положения самолета относительно вектора скорости и местной горизонтали следующие:
крутой штопор: угол тангажа более 50 град., угол атаки - 30..40 град;
пологий штопор: угол тангажа 30..50 град, угол атаки - 40..60 град;
плоский штопор: угол тангажа менее 30 град, угол атаки более 60 град.

4."Плоскость" штопора определяется во многом центровкой самолета. Чем она более задняя, тем штопор "более плоский". Это происходит в следствие того, что существенно уменьшается запас пикирующего момента и самолет под действием инерционного момента стремится поднять нос.

5. Для вывода самолета из плоского и, как правило, устойчивого штопора отработаны два классических способа (по спецификации №4 и №5):
№4. Полное отклонение педалей против вращения с одновременным отклонением ручки в сторону вращения и с небольой паузой в 3..6 с полное отклонение ее от себя с последующей постановкой всех рычагов в нейтральное положение в момент замедления вращения.
№5. Полное отклонение педалей против вращения с одновременным полным отклонением ручки в сторону вращения и полным отклонением ее на себя с последующей постановкой всех рычагов в нейтральное положение в момент замедления вращения.
Замечание. Так как плоский штопор сопровождается большими угловыми скоростями, то важным и сложным для исполнения является как раз не упустить тот момент, когда начинается замедляться вращение для постановки всего нейтрально. Если опоздать, то можно попасть во вращение противоположного знака, если поспешить, то не будет эффекта.
В том случае, если указанные методы не работают (или не всегда удачно работают при некоторых центровках) как например, на Су-27, то именно для него применяют метод "разнотяга" для остановки вращения. Помогает здорово, но это частный случай.
Существует еще один метод, он так же применим для устойчивых штопоров - динамический метод. Заключается в принудительной раскачке самолета по тангажу летчиком для "выталкивания" его в неустойчивую область. Там уже легче.
Если не один из указанных способов не помогает, то остается только использовать противоштопорные ракеты или парашюты, если во-первых, они вообще имеются и во-вторых, если правильно работают. В противном случае настоятельно рекомендуется "выходить" из кабины.

6. Особенностью плоских штопоров является как нельзя важная последовательность действий для вывода:
1. Остановить вращение, так как запас пикирующего (стабилизирующего)момента мал, и стоит заняться уменьшением инерционного момента (дестабилизирующего), для вывода самолета с больших углов атаки. Для этого пытаются создать внутреннее скольжение, отклоняя педали против вращения.
2. После остановки вращения следует не допустить скольжения, так как опять произойдет срыв, и попытаться уменьшить угол атаки.
3. После успешного выполнения пунктов 1 и 2 остается искривить траекторию вверх (если остался запас высоты).

7. Один и тот же самолет может обладать и крутым и плоским штопором. Причина опять же в центровке. Наличие или отсутствие члена экипажа в задней кабине на спарке, остаток топлива, подвески, груз и т.д. Ярчайшим примером может послужить МиГ-23.

Да, еще кое-что.
Согласно приближенной методике расчета характеристик штопора (а в штопоре все параметры считаются приблизительно), скорость движения центра масс самолета такая:
крутой штопор - при угле атаки 25 град скорость около 1.4V мин
пологий штопор - при угле атаки 55 град скорость около V мин
плоский штопор - при угле атаки 25 град скорость около 0.95V мин
где Vмин - минимальная скорость полета самолета
Перегрузка в штопоре примерно равна 1/sin(угла атаки)
Все остальные параметры то же имеют определяющие их формулы. Могу представить, если нужно.

Wesha>>Чем плоский штопор отличается от обычного? Как можно определить, что этот штопор плоский, а этот - нет?
Wesha>>По каким параметрам - скорость, угловая скорость, ...?

Продолжаем разговор...

Интересный факт. М.М.Громов впервые в отечественной испытательной практике спасся с парашютом из самолета И-1 (ИЛ-400) в 1927 году. Самолет попал как раз в неизвестный тогда плоский штопор. После безуспешных попыток Громов покинул самолет на 22-м витке.
Освоен плоский штопор (с точки зрения вывода из него) был в 1938 году летчиком-испытателем В.В.Расторгуевым.
А.А.Щербаков на одной из модификаций МиГ-21 попал в плоский штопор и с трудом его вывел. Через неделю результаты трубных испытаний в ЦАГИ дали заключение что этому самолету присущ плоский штопор.
И.П.Волк и В.Г.Гордиенко попались на Су-24 в плоский штопор, который не ожидался (высота 10400, углы атаки 20..22 град). Виной послужили три ПТБ. Без них плоского штопора даже рядом не стояло. Вывели с трудом на высоте 400 м. Установили ограничение по углам атаки с ПТБ.
Р.Станкявичус после неудачных попыток вывода МиГ-29 с использованием неправильно подключенных ракет вспоминал, что в плоском штопоре сложно определить направление вращения, так как "радиус вращения" летчика, вынесенного с кабиной относительно центра масс мал и сама кабина движется по траектории, слабо отличающейся от вертикально нисходящей (мал радиус спиралеобразной траектории).
Первым из штопора вывел Су-27 Н.Ф.Садовников. Произошло это при установлении рекорда скороподъемности на 15 км. После выхода на максимальную высоту оба двигателя остановились и на скорости около 320 км/ч килями вниз с тангажом около -30 град самолет попал в правый плоский перевернутый штопор. (Центровка задняя, неблагоприятная). На высоте около 15800 метров летчик полностью взял ручку на себя и ногу дал против вращения. На высоте около 14000 метров вращение остановилось. Двигатели запустил и сел нормально.

Это Вам в "Авиационный" - здесь организационные вопросы рассматриваются.

>>при любом штопоре срыв имеется на обеих плоскостях

Newton>Не факт. Угол атаки у плоскостей разный.

Безусловно разный, но закритический. В противном случае не реализовывался бы момент авторотации крыла. Суть этого дела в том, что, например при опускании полукрыла местные углы атаки растут, а коэффициент подъемной силы падает. Это может быть в том случае, когда производная коэффициента подъемной силы по углу атаки отрицательна - значит закритическая (по углам атаки) область. Раз область закритическая, значит наблюдается срыв потока. Чудес не бывает. Другое дело что этот срыв не симметричный, ну так это и вносит своеобразный калорит в штопорные режимы.

>> Один и тот же самолет может обладать и крутым и плоским штопором. Причина опять же в центровке.

Newton>Не только. Як-52 с успехом загоняется в оба типа штопора при любой центровке. Дело тут в глубине срыва.

Ну так это понятно. Не зря же штопор относят к явлениям аэроинерционного характера, то есть и аэродинамические силы и инерционные играют большую роль. Достаточно вспомнить ПВД-генераторы на МиГ-23 и -29, несимметричную установку штанг ПВД на Су-17, датчики системы "Пион" (вернее их отсутствие на модели при продувках в ЦАГИ; в натуре же оказалось все иначе) и т.д.

>> Все остальные параметры то же имеют определяющие их формулы. Могу представить, если нужно.

Newton>Отчего нет? Было бы интересно. Да и про методу расчета я бы с удовольствием почитал.

Готов представить формулы и поясняющие рисунки, но не знаю как вставлять объекты в это окошечко. Подскажите!

Newton>А почему не реализовывался бы? Cy у крыльев одинаковый, но поскольку одно из них в закритической зоне а другое в докритической у них разный Сх. Вот вам и самовращение.

Об этом чуть позже, сейчас не готов обстоятельно (это как бы азбука ....)
ъ>>Достаточно вспомнить ПВД-генераторы на МиГ-23 и -29, несимметричную установку штанг ПВД на Су-17, датчики системы "Пион" (вернее их отсутствие на модели при продувках в ЦАГИ; в натуре же оказалось все иначе) и т.д.

На этих самолетах (МиГ-29 и 23) на ПВД, установленных на радиопрозрачном конусе имеют свое очень точно определенное место пластинки, генерирующие вихри, которые в свою очередь способствуют улучшению аэродинамики самолета на соответвствующих углах атаки. Эти локальные особенности были разработаны и предлежены Е.С.Вожаевым, В.А,Головкиным, М.А.Головкиным, Н.Н.Долженко.
С Су-17 история такая. Когда летали на штопор, то в связи с тем, что основной и аварийный ПВД были установлены несимметрично с левой и правой стороны (и имели разные геометрические размеры), то самолет имел разные свойства при провокации сваливания и штопора в лево и в право. Когда сделали все симметрично, то все "срослось" (это классический пример, работали Г.И.Головатюк и Н.Н.Долженко).
Антены системы "Пион" стояли на самолете, а на модели, продуваемой в штопорной трубе их небыло. Когда начали летать, то эти "беленькие глазки" очень даже разнообразили жизнь летчика-испытателя.
>>Готов представить формулы и поясняющие рисунки, но не знаю как вставлять объекты в это окошечко. Подскажите!

Слабо разбираюсь в тонкостях пилотирования, но знаю один интересный факт. Вилли Мессершмидт считал, что самолет должен летать быстро, а всякие там повороты, управляемость - для недоумков Так вот Ме-109 отличался страннейшим свойством - чередующимся штопором. Входя в штопор самолет четные витки делал как в крутом штопоре, а нечетные - в плоском Вывести его из штопора можно было на четных оборотах Ник

Раз уж пошли интересные истории по поводу штопора...

При продувке модели Су-27 было показано, что машина неспособна выходить из штопора. Сделали 6-метровую модель, которую бросали с Ту-16 - результат аналогичен. Посему, когда первые серийные машины стали поступать на вооружение, в войска было дано указание на большие угла атаки не выходить, при попадении в штопор - катапультироваться.

Всё так и выполнялось, пока однажды В.Котлов из-за отказа ПВД (ему казалось, что скорость всё растёт - он и тягу сбросил, и машину перевёл почти в вертикальный набор высоты) буквально поставил машину на хвост на высоте 8км. Машина немного постояла и свалилась в штопор на угле атаки 60град. С земли поступила команда на катапультирование. Котлов послушно бросил управление, начал удобнее устраиваться в кресле. И тут заметил, что машина начала выходить из опасного режима. Подёргал ручку - всё ок. Вернулся домой и благополучно сел.

Возможно случай так и остался бы из разряда курьёзов, но вскоре из строевой части ПВО на Д.востоке произошёл более экзотический случай. Пилот выполнял задание по выходу на цель в автоматическом режиме. При остатке топлива 40% он превысил допустимый угол атаки и свалился в перевёрнуты штопор. По команде с земли катапультировался. Самолёт сам вышел из штопора и продолжил полёт по заложенной в него программе, пока не кончилось топливо.

После этого и была организована специальная программа испытаний.

Тогда-то, кстати, И.Волк и открыл то, что впоследствии назвали "коброй Пугачёва".

=KRoN=>Раз уж пошли интересные истории по поводу штопора...

Коллеги, о штопоре можно говорить сколь угодно долго, но нужно помнить фразу, сказанную одним из классиков испытаний на штопор в ЛИИ А.А.Щербакова (подарили мне в Ахтубинске его книгу, постараюсь в библиотеке "Настоящих сверхзвуковых" опубликовать, если Сергей Бабаин не будет возражать, а это вряд ли....)
Так вот, он сказал следующее% "Именно по тому, что штопор происходит по законам механики и аэродинамики, необычных видов штопоров - нет!"
Интересно о штопоре говорил уважаемый Я.И.Верников: "Понимаешь, гоаворил он, равномерный плоский штопор и штопор перевернутый несовместимы. Ну, скажем, как триппер и тиф. Возбудители триппера не выносят высокой температуры. Человек, заболевший тифом, автоматичнски излечивается от триппера.Так говорят врачи. Сам я ни разу тифом не болел...."
А теперь конкретно!
Игорь Петрович Волк действительно занимался вопросами характеристик устойчивости и управляемости самолетов на больших углах атаки. "Кобра", выполненная В.Пугачевым является практическим исполнением ну просто огромного количества небольших (масштаб относительный, естественно), но очень
важных задач в плане обеспечения удовлетворительных (а точнее приемлемых) свойств самолетов в следующих ипостасях:
- запас пикирующего момента;
- обеспечение поперечной управляемости;
- устойчивости (в общем смысле, то есть центровка, фокус, СДУ, проблемы, связанные с нежесткостью компоновки и так далее...);
- газодинамическая устойчивость силовой установки.
Ну в общем, там была масса проблем. Эту массу разгребали сообщя в ЛИИ и ОКБ: Волк, Ильюшин, Соловьев, Станкявичус, Пугачев, Садовников и так далее (готов подставить голову под все табуретки, которые полетят в меня со справедливым гневом за неупоминание заслуженных в этом плане товарищей...). "Кобре" предшествовал огромный комплекс работ в ЛИИ, ОКБ, ЦАГИ, СибНИА. Привлекалась масса специалистов. Поэтому заслуга того, что компоновка Су-27 является ну очень удачной, является работой огромного количества товарищей.
Если говорить о штопоре Су-27, то я готов привести фразы из регламента по летной эксплуатации этого самолета. О интересных фактах, изложенных выше о странных штопорных характеристиках Су-27 не знаю. Но это вовсе не факт, что я абсолютно прав (есть исторические факты).
Однако И.Волк и В.Пугачев считают, что Су-27 в плане штопорных характеристик может служить "учебником" для начинающих. Хорош он в этолм плане, короче. Другие, не менее авторитетные специалисты в ЛИИ, читают что не все так просто. Это разговор отдельной темы.
Одно могу сказать. Сам считал, думал и анализировал: Су-27 в плане аэроинерционного вращения очень даже выигрывает по сравнению с МиГ-31, например. Подробнее по дополнительной просьбе.
Д.Верещиков
(Ух ты как интересно!)

> Подробнее по дополнительной просьбе

Дополнительная просьба

>> Подробнее по дополнительной просьбе

Выполняю.
Среди множества критических режимов, свойственных современным самолетам (штопор, свливание, волновой срыв, обратная реакция по крену на дачу ноги, неустойчивость по перегрузке и по скорости, раскачка и так далее) важное место занимает режим аэроинерционного вращения. Когда земля была еще тепленькая то боевые (маневренные) самолеты имели несколько иное распределение массы по конструкции. Потом, в процессе подхода к большим скоростям, стали делать тонкое крыло и большую часть массы стали сосредотачивать в фюзеляже. Это привело к тому, что моменты инерции, характеризующие как раз распределение масс, стали здорово отличаться друг от друга. Самолет стал более охотно вращаться относительно продольной оси (по крену то есть) чем относительно вертикальной и поперечной. Стреловидное крыло, кроме того, внесло значительное увеличение момента крена при наличии скольжения (поперечная устойчивость).
Это теория.
А на практике ОКБ Микояна на своих первых МиГ-21, Е-8 и т.д. столкнулись с тем, что при значительных скоростях крена самолет терял устойчивость при вращении. Выражалось это тем, что самолет начинал самопроизвольно увеличивать скорость крена даже при полностью отклоненных против вращения органах поперечного управления. Это вращение сопровождалось большими знакопеременными перегрузками (и нормальной и боковой), а действия летчика для вывода самолета из режима являлись не совсем привычными.
При дозвуковых скоростях самолет теряет устойчивость по углу атаки, а при сверхзвуквых скоростях - по углу скольжения.
О впечатлениях летчика на этом режиме можно прочитать у Кандаурова в библиотеке "Настоящих сверхзвуквых". Он там летал на импульсы рулями направления для оценки ХУУ в боковом движении с ракетами. Система управления дала ему возможность дать ногу на большее время и величину и самолет раскрутился. Я видел записи КЗА. Режимчик, скажу я вам!
В классической динамике полета это явление трактуется как проявление взаимодействия продольного и бокового движения. ЦАГИ и ОКБ Микояна разработали методику расчета этого явления, облетали рекомендуемые этой методикой диапазоны высот и скоростей и получилось неплохо. Знаменитый А.В.Федотов очень много там поработал (а где, впрочем, он плохо работал...). В теоретическом плане имеется несколько знаменитых монографий Г.Бюшгенса и Р.Студнева.
Так вот, для МиГ-31 из-за возможности проявления взаимодействия продольного и бокового движения ограничиваются скорости крена. (Эффективности органов управления хватает для раскрутки, но там могут быть проблемы). У Су-27 я таких ограничений не встретил. Мне кажется, что причина в том, что Су-27-му это явление не присуще (по крайней мере в эксплуатационном диапазоне высот и скоростей). Элементарные массы более "размазаны" у него по компоновке.
Если коротко, то пока все.

Чтобы несколько уменьшить количество дальнейших дополнительных просьб... А так же для тех, кому нужно еще подробнее... Я тут уже имел возможность рекомендовать относительно новый объемистый труд ЦАГИстов под названием "Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов" под ред. Г. Бюшгенса. Пользуясь случаем, хочу порекомендовать еще раз! Особенно, в данном контексте, 15 главу, которую написал один из известнейших специалистов по закритическим режимам М. Гоман. Пока что эту книжку еще можно найти во многих магазинах.

Zeus>Чтобы несколько уменьшить количество дальнейших дополнительных просьб... А так же для тех, кому нужно еще подробнее... Zeus>Я тут уже имел возможность рекомендовать относительно новый объемистый труд ЦАГИстов под названием "Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов" под ред. Г. Бюшгенса. Пользуясь случаем, хочу порекомендовать еще раз! Особенно, в данном контексте, 15 главу, которую написал один из известнейших специалистов по закритическим режимам М. Гоман. Пока что эту книжку еще можно найти во многих магазинах.

Совершенно согласен. Получается растянутый во времени и пространстве ликбез.
Книжка действительно такая имеется. Там изложено практически все, что сделано у нас в плане сверхзвуковой авиации.

Ничего не понял про авторатацию. Так что может чкто-нибудь забацать теорию штопора для тупых?