Авиация и космонавтика 2003 07

Маневренность – одно из важных качеств летательного аппарата. Конечно, лучше бы определять границы, их не преступая, но практика говорит, что это невозможно. Военный лётчик в боевых условиях вынужден использовать максимальные возможности своего самолета, и есть реальная опасность дозволенную границу преступить. Попав в штопор, летчик должен быть уверен, что быстро из него выйдет. Если такой уверенности нет, то во избежание штопора он не решится использовать максимальные маневренные возможности самолета и станет жертвой не штопора, а военного противника. Думаю, что необходимость летных испытаний на штопор для читателя стала очевидной. Эти испыта. ния считаются одними из наиболее сложных и рискованных. Обычно их проводят летчики-испытатели, специализирующиеся на этих полётах. Чем больше лётчик провёл таких испытаний, тем больше шансов на успешное их окончание. Неудачи чаще случаются с дебютантами.

В чём же сложность испытаний на штопор? Главным образом, в неадекватности поведения самолета. А в чем же неадекватность.? Во-первых, в замедленной реакции на отклонение рулей. Иногда даже при правильных действиях летчика самолет не прекращает штопорное вращение еще 10-15, а то и более секунд. Это нарушает обратную связь в системе самолет – летчик.

На больших углах атаки, в отличие от нормальных эксплуатационных, особенно отличаются действия элеронов. Обычно для вращения самолёта влево лётчик отклоняет ручку (штурвал) влево. В штопоре же отклонение ручки (штурвала) вправо ускоряет вращение влево и наоборот. Для прекращения штопорного вращения влево нужно отклонять ручку влево, а вывод из правого штопора осуществляется отклонением ручки вправо. Такой же эффект наблюдается и на самолетах, где роль поперечного управления выполняет дифференциальный стабилизатор. Также неадекватна в штопоре реакция самолета на руль высоты. Для уменьшения угла атаки и увеличения скорости и опускания носа лётчик отклоняет ручку от себя. Но если это сделать в штопоре, то опущенный руль высоты или отклоненный на пикирование стабилизатор затенят киль и руль направления. От этого снизится эффективность руля направления и ухудшится путевое демпфирование, от чего ускорится штопорное вращение. Для прекращения штопора необходимо сначала погасить вращение рулем направления и элеронами и только потом отклонять ручку от себя. И еще, может быть, самое главное. Обучаясь и совершенствуя летное мастерство, летчик привыкает действовать рулями плавно, мягко, координирование, небольшими двойными движениями. Резкие, размашистые движения рычагами управления признак плохой школы. В штопоре же необходимо действовать рулями резко, с большой амплитудой и некоординиро- ванно. Руль направления и элероны отклоняются в противоположные стороны. Чтобы преодолеть все эти неадекватные реакции самолета, летчик должен преодолеть свои рефлекторные навыки, отказаться от всего того, что приобрел в процессе своего обучения и сотен часов налёта. Но как только самолет прекратил штопорное вращение и перешел в пикирование, нужно сразу же вернуться к нормальной привычной технике пилотирования. Как уже говорилось, не все самолёты обладают всеми вышеперечисленными нежелательными особенностями. Есть самолеты с хорошими характеристиками, для вывода из штопора которых достаточно простых действий рулями. Но дело в том, что обеспечить такие характеристики в процессе создания самолёта не всегда удается.

Александр Иванович Жуков – король штопора

Отчет с описанием ошибки летчика при выводе из штопора МиГ-3

Самолет FE-8, на котором Фрэнк Гудден впервые выполнил преднамеренно штопор

Вот некоторые исторические иллюстрации: В 1927 году Михаил Михайлович Громов испытывает на штопор истребитель И-1. Отсчитав предусмотренное заданием количество витков, Громов поставил рули на вывод. Но как только он отдал от себя ручку, самолет поднял нос, и штопор стал более плоским. Громов взял рули по штопору и повторил вывод, но всё опять повторилось. Михаил Михайлович вынужден был покинуть самолёт с парашютом. Это был первый случай в СССР покидания самолёта в штопоре. В мае 1939 года упав в штопоре на самолете УТИ-4, погибли ас войны в Испании Анатолий Серов и участница рекордного женского перелета 1938 года Полина Осипенко. Самолет УТИ-4 выводился из штопора вполне надежно. Вероятно была допущена ошибка в пилотировании.

А вот еще случай. В мае 1941 года Александр Иванович Жуков (лётчик-испытатель КБ Микояна) испытывал на штопор МиГ-3. Жукову всегда удавалось самолет из штопора выводить. Его называли королём штопора. Испытания прошли успешно. По существующим правилам самолёт должен быть облётан военным летчиком из ГК НИИ ВВС. Лётчик облёта Баулин из штопора самолёт не вывел и выпрыгнул с парашютом. Расшифровка приборов – самописцев показала, что Баулин отклонил руль высоты одновременно с отклонением руля направления, не погасив штопорного вращения. Тогда была принята следующая рекомендация Жукова по выводу из штопора. "Дай ногу, а потом три раза повтори "Господи, благослови, господи, благослови, господи, благослови". Только проговори не торопясь. Если поспешишь и протараторишь, самолёт может из штопора не выйти". Документальных подтверждений, что это говорил Жуков, нет. Но он был человеком, рожденным еще в 19 веке, и имел дореволюционное воспитание. Если бы эту рекомендацию давал более молодой красвоенлет, текст был бы другим, более светским.

Так что авторство Жукова более чем вероятно. Александр Иванович на авиационном заводе №1 организовал авиационную школу и учил летать М. М. Громова и других впоследствии известных лётчиков-испытателей. Жуков был колоритной фигурой, о чем говорит такая легенда: Однажды он приехал на аэродром к испытательному полёту на своей "эмке". Жил он недалеко от центрального аэродрома во Всехсвятском в собственном доме. Сделав один круг над аэродромом, самолет неожиданно пошел на посадку. Инженеры и техники лётной станции решили, что произошла какая-то аварийная ситуация. Зарулив, Александр Иванович, не говоря ни слова, сел в свою "эмку" и умчался. А дело было в том, что он нанял маляров красить крышу своего дома, но с воздуха увидел, что они лежат, загорают, и поехал наводить порядок.

Но вернемся к теме. Чётких рекомендаций по действиям летчика в штопоре наука в лице ЦАГИ в то время еще дать не могла.

Вот более поздний случай. 1957 год. Испытывается на штопор самолёт МиГ- 19. Испытания успешно провел летчик ГК НИИ ВВС B.C. Котлов. Летчик облёта был очень опытным и знающим, но ранее штопором не занимавшийся. На выводе из штопора он держал элероны против вращения. Самолёт из штопора не вышел, лётчик катапультировался. В это время эффект элеронов в штопоре был известен и оговаривался в заключениях ЦАГИ, но летчик допустил ошибку, так как не смог отключиться от своих рефлекторных навыков. Аналогичный случай произошел в семидесятых годах при испытании самолёта Як-38. Испытания успешно провёл летчик-испытатель ЛИИ В.И. Лойчиков.

Кача. 1916 год. Гибель из-за штопора учлета Корнейчука

Гибепь из-за штопора русского аса Евграфа Крутеня

Летчик облета испытатель ГК НИИ ВВС Акименков был дебютантом. Он тоже дал элероны против вращения и вынужден был для вывода использовать противоштопорные ракеты. Казалось бы, что стоит запомнить, что нельзя в штопоре отклонять элероны, но отключиться от рефлекторных навыков, оказывается, не так уж легко. Все эти случаи произошли с опытными знающими летчиками. Случаев с рядовыми летчиками частей ВВС было гораздо больше.

Теперь еще раз вернемся к истории. Во времена капитана Лафона и позже существовала теория, что самолёты штопорят, попадая в особые атмосферные вихри. С началом Первой мировой войны случаи штопора участились. Особенно с 1916 года, когда родилась истребительная авиация и возникли маневренные воздушные бои. Упав в штопоре, погиб русский ас Евграф Николаевич Крутень.

Теория вихрей и воздушных ям лётчиков не удовлетворяла. Чтобы выяснить причину штопора, кому-то нужно было его выполнить преднамеренно. Таких кандидатов в первопроходцы трое. Хотя этому и нет строгих документальных подтверждений, их имена наиболее доказаны. Все они выполнили рискованный эксперимент летом – осенью 1916 года. Это англичанин Фрэнк Гудден, француз Гиннемер и русский Константин Арцеулов. Все трое действовали независимо друг от друга. Всем им повезло, так как тогда, как и сейчас, не все самолеты выходили из штопора, им же попались самолеты благополучные. Четких рекомендаций, как действовать в штопоре, они не оставили, но стало понятно, что причина штопора заключается в потере скорости и превышении угла атаки, а не в атмосферных вихрях. В Фарнборо на Королевском заводе, где Гудден выполнил свой первый штопор, работал математик и инженер Линдеман. Его так заинтересовала проблема штопора, что он специально научился летать и провел ряд испытательных полётов с применением приборов самописцев и фоторегистрацией. Хотя его имя не числится рядом с первопроходцами, его заслуга в победе над штопором не меньше, чем Гуддена, Гиннемера и Арцеулова. Иногда случалось, что практический опыт и интуиция летчиков опережали теорию, но без науки едва ли можно было решить проблему штопора кардинально. В нашей стране большой вклад в теорию штопора внесли ученые А Н Журавченко и B.C. Пышнов. Журав- ченко. будучи артиллерийским офицером, стал в Первую мировую войну первым штурманом-бомбардиром России. Летая на Илье Муромце, он создал теорию бомбометания и написал инструкцию, которой предпослал такой эпиграф: "Самолет летит правильно. Надо уметь его направить. Бомба падает точно, надо уметь ее вовремя сбросить".

Это был ответ скептикам, не верившим в эффективность воздушного бомбометания. Как видим, Журавченко успешно применял теорию к решению практических задач. С 1919 года по 1964 он работал в ЦАГИ.

Под его руководством была спроектирована и построена вертикальная штопорная труба ЦАГИ. С началом функционирования этой аэродинамической трубы вопросы обеспечения безопасности полетов от штопора стали решаться наиболее кардинально.

Пышнов Владимир Сергеевич – ученый в области аэродинамики, профессор академии имени Жуковского. Он работал в частях ВВС, в КБ Поликарпова, был председателем секции Научно-технического комитета ВВС. Он также внес большой вклад в теорию штопора. Исторические справки автор почерпнул из его лекций на семинаре для слушателей летчиков академии Жуковского.

Окончательные сведения о штопоре конкретного самолета могут быть получены из летных испытаний. Как уже было сказано, эти испытания сложны и рискованны. Безопасность испытаний на штопор обеспечивается упреждающими научными исследованиями. Сначала изготавливается динамически подобная модель самолёта и испытывается в штопорной трубе, где и определяются характеристики штопора модели. Результаты этих испытаний позволяют прогнозировать характеристики штопора самолета. Сходимость результатов испытаний модели и самолёта достаточно высока. На модели отрабатываются и методы вывода, и рекомендации лётчику по действию рулями. В этих же испытаниях определяются параметры установок аварийного вывода из штопора. Это – или противоштопорные ракеты, или противоштопорный парашют. Специальные пороховые ракеты двухстороннего действия устанавливаются на левом и правом крыле самолёта на период испытаний. При нажатии летчиком специальной кнопки в кабине одна ракета дает тягу вперед, другая назад, и пара сил ракет останавливает штопорное вращение. Ракеты, как правило. используются на истребителях, а на пассажирских и транспортных самолетах для вывода из сваливания и штопора применяются противоштопорные парашюты, которые устанавливаются в хвостовой части самолета. Параллельно с испытаниями в аэродинамической трубе проводится математическое моделирование. Казалось бы, при таком обеспечении безопасности, какой еще риск? В чем опасность? Это помогут понять случаи, известные автору или произошедшие с ним самим.

Кама. К. К. Арцеулов у самолета Ньюпор 21, на котором он впервые в России преднамеренно выполнил штопор

К. К. Арцеулов в 1968 году

Фотография штопора, полученная путем наложения отдельных заснятых кинокадров

В 1960 году ЛИИ были поручены лётные испытания и исследования на штопор первой модификации МиГ-21. Летчик фирмы выполнил два или три полета на штопор и дал положительное заключение. Тогда считалось, что за три полета можно определить главное: выходит самолёт из штопора или нет, а в последующих полетах можно исследовать всякие тонкости и влияние различных факторов. Испытания в аэродинамической трубе были проведены, но материалы испытаний еще не были обработаны. Ориентируясь на результаты полётов, ЦАГИ дал предварительное заключение. Летные испытания, кроме всего прочего, еще и производство, а значит, это план, сроки, обязательство по выполнению. А самолет для испытаний был оборудован не полностью. Не были установлены противоштопорные ракеты. Руководство, посовещавшись, предложило мне начать полеты без ракет хотя бы в условиях, в которых выполнял полеты лётчик фирмы. Я дал согласие.