Что такое срыв на высокой скорости?

Когда скорость воздушного потока локально превышает скорость звука над крылом, образуется ударная волна, за которой происходит отрыв потока.

Подобно срыву, сверхзвуковой отрыв потока удаляет составляющую подъемной силы, создаваемую уменьшением давления на верхнюю поверхность крыла, поэтому эффекты аналогичны.

I вызывает уменьшение подъемной силы, и, поскольку центр давления находится примерно на четверти хорды на верхней поверхности, но на средней хорде на нижней, это вызывает значительный момент тангажа, который может быть невозможно восстановить, даже если в противном случае подъемная сила после сваливания достаточна. чтобы самолет летел прямо. Этот эффект часто называют подтяжкой Маха . Сверхзвуковые самолеты часто имеют цельноповоротные рули высоты, чтобы иметь достаточную власть управления, чтобы компенсировать это.

Отличие от обычного сваливания состоит в том, что после отрыва сверхзвукового потока подъемная сила остается пропорциональной углу атаки, и поэтому самолет продолжает вести себя более или менее нормально, за исключением изменения дифферента.

Сгибание Маха может происходить на уровне 0,7 Маха в зависимости от конструкции самолета, потому что воздух движется быстрее над крылом. Его можно задержать, используя стреловидные крылья , потому что ударные волны образуются только тогда, когда составляющая скорости воздуха, перпендикулярная крылу, превышает скорость звука.

Сверхзвуковой самолет в конечном итоге сталкивается с отрывом сверхзвукового потока, но подъемной силы нижней поверхности достаточно, чтобы сбалансировать вес самолета на этой скорости и высоте, и самолет может продолжать полет с отделенным потоком верхней поверхности.

Это не относится к большинству дозвуковых самолетов, которые из соображений эффективности обычно летают на крейсерских высотах, где у них очень мало места для сваливания. Поскольку скорость сваливания увеличивается с высотой, а скорость звука немного уменьшается с более низкой температурой, скорость сваливания в конечном итоге сравняется с критическим числом Маха, что создает угол гроба и абсолютный потолок для самолета. Для большинства гражданских транспортных самолетов диапазон между скоростью сваливания и критическим числом Маха (где начинается увеличение сопротивления и начинается отрыв сверхзвукового потока) значительно сокращается на крейсерской высоте, но у них обычно не хватает мощности двигателя, чтобы достичь фактического угла гроба.

Самолет сваливается , когда крыло не может создать достаточную подъемную силу для поддержания полета. Это может произойти по двум причинам:

1. Разделение потока из-за большого угла атаки. Наклон кривой подъемной силы, который является положительным и линейным при малых углах атаки, становится отрицательным, так что увеличение угла атаки приводит к снижению подъемной силы. Это вызвано эффектами вязкости.
2. Разделение потока и сильное колебание из-за сильных толчков на крыле со скоростью, близкой к 1 Маха. Это вызвано эффектами Маха. Во многих случаях потеря подъемной силы еще не критична, но тряска станет неприятно серьезной и опасной для целостности конструкции.

Первый — это сваливание на низкой скорости, но это может произойти на любой скорости. Высокоскоростные киоски - вторая разновидность. Они могут быть спровоцированы

1. летать быстрее в том же положении, обычно в очень разреженном воздухе и на скорости около 0,8 Маха.
2. Или их можно спровоцировать, потребовав большей подъемной силы на той же скорости, например, инициировав поворот.
3. Третий способ — набор высоты, когда воздух становится тоньше и холоднее, а крылу требуется больший угол атаки, чтобы обеспечить ту же подъемную силу, что и раньше.

Во всех случаях начальное обтекание крыла местами было умеренно сверхзвуковым и создавало слабый скачок уплотнения. Либо за счет увеличения скорости (точнее: числа Маха полета), либо угла атаки удар становится сильнее и может вызвать отрыв потока , так что крыло создает меньшую подъемную силу, чем раньше. Самолет глохнет. В случае с У-2 хвост все равно работал бы, только крыло создавало бы меньшую подъемную силу, поэтому самолет снижался и разгонялся. Ускорение усугубляет ситуацию, потому что теперь толчки становятся еще сильнее. Теперь пилот застрял в пикировании, которое он не может закончить. Очень весело, когда на несколько километров ниже пилот видит МиГ-17, выполняющие подтягивания с большой скорости, чтобы подобраться достаточно близко, чтобы открыть огонь.

К счастью, увеличение лобового сопротивления из-за более сильных толчков ограничивает увеличение скорости, и после снижения примерно на 2 км воздух становится достаточно плотным, чтобы пилот U-2 успешно прекратил пикирование и начал набор высоты обратно на более безопасную и большую высоту.

Как этого избежать? Как правило, полностью избежать этого невозможно, его можно только смягчить. Стреловидность крыла является наиболее эффективным способом ограничения потери подъемной силы из-за локальных толчков, но даже у треугольного крыла с большой стреловидностью максимальный коэффициент подъемной силы снижается примерно на 1 Маха. новый предел превышен, потеря подъемной силы будет больше. В конце концов, большинство современных самолетов прибегают к ограничению диапазона полета и использованию электронной FCS, чтобы гарантировать, что диапазон не будет превышен.

Это может произойти на большой высоте. На больших высотах воздух менее плотный (меньше молекул на кубический дюйм). Подъемная сила создается силой молекул воздуха, ударяющихся о поверхность аэродинамического профиля. Таким образом, на высоте требуется более высокий угол атаки аэродинамического профиля, чтобы создать достаточную подъемную силу, чтобы удерживать самолет в горизонтальном полете. Следовательно, даже если он сверхзвуковой, может быть недостаточно молекул, ударяющихся о крыло, чтобы создать достаточную подъемную силу при угле атаки сваливания. следовательно, самолет, пытаясь поддерживать горизонтальный полет, увеличивает угол атаки за пределы угла атаки сваливания. Но даже в этом случае, конечно, все, что пилот должен сделать, чтобы выйти из сваливания, это уменьшить угол атаки ниже угла атаки сваливания, чтобы возобновить управляемый полет.