Виражи. Перегрузка

Согласно определению, вираж — это криволинейный полет самолета в горизонтальной плоскости с разворотом на 360 градусов. Все что меньше этого — просто разворот. Очевидно английский язык существенно беднее русского, поэтому западная терминология не делает различий между виражами и разворотами, все они называются turns.

Виражи и развороты с креном до 45 градусов являются мелкими (shallow), а начиная с 45 градусов — глубокими (steep). В отличие от мелких, глубокие развороты применяются довольно редко. Выполнение Steep Turn в обычном, не экзаменационном, полете чаще всего обусловлено желанием быстро изменить направление движения на 180 градусов. Например, для уклонения от столкновения с другим летательным аппаратом или высотным препятствием (таким как горный склон или телекоммуникационная вышка). Глубокий вираж может понадобиться и для того, чтобы избежать входа в густую облачность, зону осадков или обледенения. Но учтите: ваш маневр должен быть завершен до того, как вы окажетесь в условиях недостаточной видимости. В противном случае вы гарантированно утратите пространственную ориентировку и попадете в крутую нисходящую спираль, для вывода из которой не хватит высоты — такова печальная статистика.  Поэтому в условиях недостаточной видимости крены более 30 градусов не допускаются. Если ваш приборный налет невелик, то не превышайте 15-20 градусов.

Также Steep Turns (Exercise 9 в Канадском КУЛПе) — это довольно безопасный, но весьма доходчивый способ объяснить курсанту, что хорошее самочувствие в полете, а также комфорт и уют в кабине являются весьма хрупкой иллюзией. Буквально одно движение штурвалом отделяет нас от перегрузки n=2, которой может оказаться вполне достаточно для временной пространственной дезориентации летчика и подавления его способности к осмысленным действиям.

Для того чтобы летчик был все же готов бороться за свою жизнь и жизнь своих пассажиров, его и мучают этими умеренными перегрузками в виражах и  штопорах. Некоторые даже начинают получать от этого удовольствие и со временем становятся высшей летной кастой — пилотажниками. Вы тоже можете попробовать, но не забудьте в первый полет на выполнение фигур сложного пилотажа взять с собой пакетик. Вдруг пригодится. :)

Вернемся к выполнению обыкновенного виража. Для начала вспомним, что сила, заставляющая самолет поворачивать, называется центростремительной. Но откуда она берется в воздухе? Действительно, взять ее там неоткуда, разве что… заставить подъемную силу действовать не только в вертикальном, но и в боковом направлении (к центру виража). Именно это и происходит в реальности: при создании крена один из векторов подъемной силы (Y*cos y) по-прежнему удерживает вес  самолета в воздухе, а второй вектор (Y*sin y) искривляет траекторию полета, т.е. служит центростремительной силой.

Load_factor_airplaneРис. 1 Схема сил, действующих на самолет на вираже (вид спереди)

Из этого следует ряд интересных выводов:

1. Для того чтобы самолет не снижался в вираже (т.е. выполнялось равенство G =Y*cos y), необходимо увеличить подъемную силу Y, и тем больше, чем больше угол крена в вираже.

2. Увеличение подъемной силы Y при неизменном весе самолета G обеспечивает рост перегрузки (это следует из формулы перегрузки n=Y/G).

3. Если самолет не снижается (то есть выполняется равенство G =  Y*cos y), то действующая на него перегрузка равна n = Y / G = Y / Y*cos y = 1/cos y. Таким образом, величина перегрузки в правильном вираже определяется только углом крена.

Последний вывод стоит запомнить особенно хорошо, как и то, что он действителен только для правильных виражей, т.е. выполненных без всякого скольжения.

Позвольте воздержаться от разбора физики неправильных виражей: как летчику вам это вряд ли пригодится, поскольку выполнение неправильных виражей в обычных условиях официально считается «результатом ошибочных действий летчика», а акробатические полеты мы здесь не рассматриваем.

Так как перегрузка нарастает по закону, обратно пропорциональному косинусу угла крена, то нетрудно заметить, что в мелких виражах от 0 до 45 градусов она относительно невелика, а затем начинает стремительно нарастать (см. Рис. 2).

Load_factor_graphРис. 2 Зависимость перегрузки на вираже от угла крена

Если вы много летали на компьютерных симуляторах, таких как Microsoft Flight Simulator или X-Plane, то наверняка обращали внимание на мутнеющий или краснеющий экран, как бы отражающий ухудшение состояние летчика при многократной перегрузке. На мой взгляд, никакие «художественные средства» не способны реалистично передать воздействие перегрузки на организм человека в полной мере. Ваше самочувствие будет значительно хуже, чем вы ожидаете, и его ухудшение наступит значительно раньше, чем показано в симуляторе.

Грубо говоря, если при крене в 60 градусов симулятор еще ничем не выдает наличие перегрузки, то в реальности вы уже будете с трудом двигать руками, ваша голова будет сама собой склоняться на грудь, и в голове будет пусто-пусто (просто потому, что почти вся кровь отольет от нее к ногам). Может быть, все не так уж и драматично, как я описал, и вы сохраните способность бороться с перегрузкой в глубоком вираже, но будьте готовы к тому, что Steep Turns не станут вашим самым любимым упражнением.

По счастью, канадцы не требуют выполнения виражей с креном 60 — они довольствуются 45 градусами, что не так уж и страшно:  перегрузка в 1.5 единицы переносится легко. Тем не менее, выполнение даже таких виражей требует многократных тренировок, концентрации внимания и координации движений.

Итак, в чем, собственно, главная проблема при выполнении виража? Как уже объяснялось выше, в правильном вираже вес самолета G удерживается в воздухе одним из векторов подъемной силы (Y*cos угла крена). Функция косинуса делает этот вектор тем меньше, чем больше угол крена. При любом крене, отличном от нуля, этого вектора будет уже недостаточно, чтобы удерживать вес самолета в горизонтальном полете, если только не увеличить подъемную силу. А как ее увеличить? У нас только два пути: увеличить скорость или увеличить угол атаки.

Парадокс в том, что если для увеличения скорости нужно увеличить режим работы двигателя, то в случае увеличения угла атаки увеличится и аэродинамическое сопротивление, что опять же потребует некоторого увеличения режима (или приведет к нежелательному падению скорости).

Таким образом, теоретически, выполняя любой правильный вираж, мы должны увеличить режим работы двигателя. Практически, при выполнении мелких виражей это не делается, поскольку снижение самолета в таких виражах будет совершенно незначительным — меньше погрешностей в пилотировании и атмосферных воздействий на самолет. А вот в глубоких виражах добавление режима совершенно необходимо.

Соответственно, в глубоком вираже нам необходимо не только создать и выдерживать заданный крен, строго контролируя скольжение самолета, но также добавить режим работы двигателя и, как правило, увеличить угол атаки. Звучит не сложно? Отлично! Добавьте к этому вывод из виража в пределах +/- 10 градусов по курсу и контроль высоты в пределах 100 FT. Инструкторы еще требуют сохранять визуальную осмотрительность в процессе выполнения виража, но я не верю, что они сами верят в возможность этого.

Набрав 3000 футов AGL, выполняем так называемый HALT-check (Harness and Hatches, Area and Altitude, Loose objects, Traffic and Terrain). То есть проверяем, что ремни застегнуты, двери и окна закрыты, тренировочная зона и высота удовлетворяют требованиям безопасности, в салоне нет незакрепленных объектов (типа валяющегося сзади тяжеленного огнетушителя, способного ударить пилота по голове) и вблизи нет других самолетов или препятствий (горы, телекоммуникационные вышки и т.п.). Для того чтобы лучше осмотреться в поисках других самолетов, выполняем так называемый S-turn (90 градусов в одну сторону и 90 в другую),  в процессе зрительно сканируем окружающее пространство. Учтите, невыполнение HALT-check и safety-turn является fail item, т.е. ведет к провалу летного экзамена.

Теперь можно приступать к маневру Steep Turn для PPL (про отличия виража для CPL я расскажу чуть ниже). Делается это так:

1. Запоминаем курс ввода/вывода в маневр по Heading Indicator (для удобства можно использовать курсозадатчик  heading bug, если он есть). Ввод в вираж осуществляем только тогда, когда самолет хорошо триммирован и находится точно на заданных курсе и высоте. Любые отклонения этих параметров следует устранить, и только потом начинать маневр.

2. Уверенным движением штурвала вводим самолет в вираж в заданную экзаменатором сторону (левый или правый вираж). Одновременно с этим нажимаем на педаль руля направления в ту же сторону.

3. Практически сразу после ввода в маневр добавляем режим работы двигателя «на слух» (смотреть на тахометр будет совсем некогда). Не стоит давать взлетный режим — на Цессне 150 достаточно добавить примерно 200 оборотов.

4. Внимательно следим за авиагоризонтом. Когда его основной index (маленькая красная стрелка по центру) покажет крен в 45 градусов (это примерно посередине между рисками 30 и 60 на «синем небе») — останавливаем дальнейшее увеличение крена обратным движением штурвала и педали. Не переусердствуйте с этим: крен в 45 градусов должен оставаться постоянным, и шарик должен быть в центре указателя скольжения.

5. Бросьте взгляд вперед на горизонт и постарайтесь запомнить угол между ним и капотом. Говорят, это помогает сохранять крен постоянным. Возможно, что и так.

6. Вот теперь самое время взглянуть на высотомер. Скорее всего, высота уже начала падать. Возможен и обратный вариант — она увеличилась, если вы сунули режим слишком сильно. Следует остановить падение/рост высоты штурвалом, выбрав его или отдав от себя по потребности. Для того чтобы высота не плясала у вас туда-сюда слишком сильно, инструкторы рекомендуют держать локоть левой руки на подлокотнике двери (Cessna 150/172), и выполнять все движения штурвалом только кистью. Это обеспечивает достаточную точность движений.

Если вам удалось подобрать правильное сочетание положения штурвала и режима двигателя, то самолет будет устойчиво выполнять вираж с креном 45. Ваше дело затаиться и ждать, пока на Heading Indicator курс самолета не подойдет достаточно близко (около 15 градусов) к заданному курсу вывода. Здесь надо уверенно начать вывод, повернув штурвал в противоположную сторону и (обязательно!) нажав на противоположную педаль.

Вообще, нажатие на педаль в этот момент сильно ускоряет вывод (это очень полезно, когда вы немного «проспали») и даже может вернуть самолет на курс, который вы уже проскочили на 10-15 градусов. Конечно, в этом случае возникает кратковременное скольжение, но оно не влияет на ваш результат: оценивается только точность вывода по курсу и допуск «на четверку» (по четырехбалльной шкале) составляет +/- 10 градусов.

Одновременно с выводом нужно уменьшить режим двигателя до прежнего значения, иначе самолет забросит на пару сотен футов уже после выхода из виража, и вы получите штрафные баллы.

«Коммерческий» Steep Turn (который сдается в экзаменационном полете на CPL) отличается тем, что выполняется не на 360, а на 180 градусов в одну сторону и сразу, без паузы, на 180 градусов в другую. На первый взгляд кажется, что это сделать сложнее, однако это не совсем так. Если в вираже на 360 градусов вы чуть ли не целую минуту гоняетесь за высотой и креном, то вираж на 180 градусов занимает в два раз меньше времени. Только ввели самолет в него — и уже пора выводить, а значит, незначительные флуктуации высоты и крена остаются незамеченными экзаменатором.

Однако, в «коммерческом»  вираже приходится внимательнее работать с курсами: надо не только запомнить начальный/конечный курс, но и определить курс вывода из первого разворота и ввода во второй — он будет точно напротив начального курса на Heading Indicator.

Кроме того, важно, что при выводе из первого разворота нужно прибрать режим и практически сразу опять добавить после ввода во второй разворот.  Сам же переход от первого ко второму развороту должен производиться уверенно, в одно движение, без задержки в промежуточном положении с нулевым креном. Тем не менее, он не должен показаться экзаменатору резким или паническим. Требования к точности вывода из первого разворота те же самые: +/- 10 градусов и 100 FT.

В остальном Steep Turn для CPL выполняется аналогично обычному глубокому виражу на 360 градусов.

Читая руководства по выполнению глубоких виражей и разворотов, вы будете встречать описание перемены действия рулей высоты и направления. Действительно, при крене 45 градусов руль направления становится наполовину рулем высоты, а руль высоты, в свою очередь, наполовину рулем направления. Однако в виражах с кренами до 45 градусов включительно этим обстоятельством пренебрегают. По крайней мере, все канадские инструкторы учили меня выполнять такие  развороты обычным способом, точно также как и мелкие.

В разворотах же с креном более 45 градусов перемена действия рулей более заметна, поэтому научиться красиво их выполнять — весьма непростая задача. Теоретически, летчик должен ориентироваться на капот-горизонт, и если самолет начал «зарываться», то сильнее нажимать на внешнюю педаль,  а если задирать нос — внутреннюю. Штурвалом при этом можно влиять на  угловую скорость вращения.  Желаю удачи в освоении этого маневра. :)

Остается добавить к сказанному, что при тренировках на глубокие виражи (особенно самостоятельные) следует всегда быть начеку и внимательно следить за двумя вещами: креном и перегрузкой. Неудивительно, что перегрузка является неприятным и раздражающим фактором, а от раздражающих факторов мы подсознательно стремимся избавляться. Поэтому многие курсанты, почувствовав перегрузку, невольно отдают штурвал от себя, сохраняя тот же самый крен. Это верный путь в нисходящую спираль!! Запомните, что если при крене 45 и более градусов вы не чувствуете перегрузки — вы валитесь в спираль и это очень плохо!

В то же самое время, если вы увеличиваете крен за 45 градусов при постоянной высоте (чувствуя  нарастание перегрузки при этом), то ваша следующая забота — скорость и режим двигателя. Т.к. скорость сваливания растет пропорционально √n (корню квадратному из перегрузки), то выполняя такой маневр, следует иметь достаточный запас скорости, чтобы не свалить самолет. Тем временем, для выдерживания неизменной высоты вам придется сильно увеличивать угол атаки, что приведет к увеличению аэродинамического сопротивления и создаст условия для падения скорости. Поэтому, чтобы не терять скорость и высоту при крене 60 градусов на Цессне 150 обычно приходится давать взлетный режим. В такой ситуации дальнейшее увеличение крена без потери высоты является просто небезопасным — вы ведь не планировали вход в штопор из виража?

Также отметим для полноты картины, что поскольку с ростом высоты располагаемая тяга самолета снижается, то при достижении абсолютного потолка любые виражи становятся невозможными. Это происходит потому, что на высоте потолка любой крен больше нуля приводит к превышению скорости сваливания над воздушной скоростью самолета.

Из этого можно сделать вывод, что выполнение сверхглубоких виражей на большой density altitude (т.е.  на большой высоте, в жару, при низком давлении, высокой влажности или неудачном сочетании  нескольких из этих факторов) является небезопасным. Отчасти именно поэтому канадцы ограничиваются учебными виражами с креном в 45 градусов: это практически всегда гарантирует безопасность и дает курсанту право на ошибку. Небольшую.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники