Что является непосредственной причиной остановки?

Непосредственной причиной сваливания является отрыв обдува от крыла:

^{Изображение из НАСА}

Это происходит, когда ваш угол атаки слишком высок.

Как AoA может стать слишком высоким?

--Для горизонтального полета:

• При определенной скорости у вас будет определенный угол атаки, который обеспечит подъемную силу, необходимую для горизонтального полета. Чем ниже скорость, тем выше этот угол атаки.

• При заданном крыле (конфигурации) у вас будет определенный максимально допустимый угол атаки (на картинке показан угол атаки, для которого у вас наибольшее значение сюжета):

^{Изображение из Википедии}

Учитывая эти два лакомых кусочка информации, вы можете увидеть, каков ответ на ваш вопрос:

• Если скорость слишком низкая, то для прямолинейного полета вам нужен угол атаки, превышающий возможности ваших крыльев (или векторная тяга, превышающая вес вашего вейхле, но я бы сказал, что это не совсем обычное явление)
• Если AoA слишком высок, ну, совершенно очевидно, что вы зашли в тупик.

--Для изогнутого полета:

Во время поворота вам нужно использовать компонент вектора подъемной силы, чтобы фактически повернуться.

^{Изображение отсюда}

Как вы можете видеть, подъемная сила, которую вам нужно повернуть, больше, чем подъемная сила, необходимая для горизонтального полета (при той же скорости). И чтобы иметь более высокий подъем, вам нужен более высокий угол атаки.

И еще раз вернемся к AoA: если вы хотите слишком много поворачивать (высокий коэффициент нагрузки), вам нужна большая дополнительная подъемная сила, а это означает, что вы должны увеличить свой AoA.

Если вы превысите пределы своих крыльев, вы свалитесь

Динамический срыв

Это не совсем моя чашка чая, но чтение из уже связанной статьи в Википедии:

Динамический срыв — это нелинейный нестационарный аэродинамический эффект, возникающий, когда аэродинамические поверхности быстро меняют угол атаки. Быстрое изменение может вызвать срыв сильного вихря с передней кромки аэродинамического профиля и перемещение его назад над крылом. Вихрь, содержащий высокоскоростные воздушные потоки, ненадолго увеличивает подъемную силу крыла. Однако, как только оно проходит за задней кромкой, подъемная сила резко снижается, и крыло находится в нормальном срыве.

Я бы сказал, что мы снова попадаем в случай «слишком большого AoA», хотя и по другим причинам.

К двум хорошим ответам добавить особо нечего, но я постараюсь их уточнить. Основной причиной срыва является отрыв потока и, соответственно, потеря подъемной силы за углом атаки максимальной подъемной силы. К сожалению, это не фиксированное число, а зависит от ряда параметров. Тремя наиболее важными из них являются число Рейнольдса, скорость увеличения шага и число Маха.

Число Рейнольдса характеризует соотношение сил инерции и вязкости в жидкости. Другими словами, трение оказывает большее влияние на воздушный поток при более низких скоростях и меньших размерах. Трение является основной причиной отрыва потока (пожалуйста, прочитайте статью по ссылке, чтобы получить объяснение), и чем медленнее крыло движется в воздухе, тем меньше угол атаки сваливания. При рулении хвостового тягача на скорости 10 узлов крыло обязательно заглохнет.

В полете вам нужно учитывать, какую подъемную силу вы требуете от крыла. Это определяется произведением массы самолета на коэффициент загрузки. Если вы летите по параболе с нулевой гравитацией, вам не нужна подъемная сила, и крыло самолета не будет глохнуть на любой скорости. Обратите внимание, однако, что рулю высоты может потребоваться создать значительную подъемную силу, чтобы удерживать крыло близко к углу атаки с нулевой подъемной силой, поэтому руль высоты может заглохнуть на низкой скорости. Вы заметите, когда это произойдет, потому что ваша парабола внезапно прервется.

С другой стороны, полет на крутом повороте может привести к остановке даже на высокой скорости, если вы потянете слишком много g для данной скорости. Это то же самое, что и сваливание в горизонтальном полете на малой скорости. Из-за эффектов числа Рейнольдса угол атаки сваливания может быть на несколько градусов выше, но детали зависят от конкретного самолета и его аэродинамических профилей. Как правило, ваша скорость сваливания в повороте обратно пропорциональна квадратному корню из косинуса угла крена. При повороте на 60° ваша скорость сваливания составляет 1,41 скорости сваливания на горизонтальной поверхности, а при повороте на 75° она будет почти вдвое выше скорости сваливания на горизонтальной поверхности.

Скорость тона может иметь существенное, но кратковременное влияние. Смотрите этот пост для деталей. В тестах максимальная подъемная сила могла быть увеличена на 50% просто за счет быстрого увеличения тангажа. Если угол атаки сваливания достигается быстро, пограничный слой над большей частью крыла по-прежнему имеет характеристики, соответствующие низкому углу атаки, который преобладал, когда этот поток воздуха обтекал носовую часть крыла. Как только этот пограничный слой смыт, самолет оказывается глубоко на территории сваливания, и ему нужно много снижаться, чтобы восстановиться. Достаточно быстрый тангаж, и обычно безобидный самолет может демонстрировать опасные характеристики сваливания. Это интересно попробовать, но убедитесь, что у вас достаточно высоты под собой, чтобы восстановиться.

А теперь о влиянии числа Маха. Опять же, в этом посте есть более подробная информация (прокрутите вниз до пяти нижних абзацев). Как только часть потока над крылом становится сверхзвуковой, страдает максимальная подъемная сила и резко снижается угол атаки сваливания. Это сваливание на высокой скорости, и восстановить его может быть сложно. Сваливание означает потерю подъемной силы, поэтому самолет будет снижаться, набирая большую скорость. Это загонит его глубже в область высоких значений Маха с сильными ударами по крылу, поэтому при ускорении это ухудшит состояние сваливания.

Особо высотные самолеты могут попасть в состояние, когда они летят прямо между низкоскоростным и высокоскоростным сваливанием. Замедление означает увеличение угла атаки выше максимального, а ускорение означает, что удары по крыльям усиливаются, уменьшая подъемную силу и вынуждая самолет совершать продолжительное пологое пикирование до тех пор, пока плотность воздуха не станет достаточной для восстановления. Пилоты У-2 называли это гробовым углом конверта полета.

Стреловидность крыла увеличивает максимальный угол атаки, а при углах стреловидности передней кромки 60° и более отрыв потока на передней кромке создает вихрь, увеличивающий подъемную силу при больших углах атаки, так что нормального срыва не происходит. Конечно, достаточно большой тангаж, и вихрь станет неустойчивым, но повышенное сопротивление, отрывное обтекание вертикального хвостового оперения и вихри на носовой части фюзеляжа ограничат высоту тангажа. Максимальный угол атаки F-4 Phantom II составляет всего 23°, при этом крылья успешно создают положительный градиент подъемной силы в зависимости от угла атаки. Но вертикальное оперение быстро становится неэффективным за пределами этих 23 °, и самолет резко выйдет из-под контроля, если этот угол будет превышен (срез носа). По сути, такие самолеты, как F-4, никогда не глохнут, они просто выходят из-под контроля, если вы слишком сильно набираете высоту.

Сваливание означает, что крыло превысило критический угол атаки. Ни больше ни меньше.

Можно ли лететь очень быстро за пределы критического угла? Конечно. Поищите "Кобру Пугайчева". Или посмотрите на ракету Сатурн V. Оба самолета заглохли, но продолжают летать. Мой предыдущий пример был ошибочным, но настроение осталось прежним. Приложите достаточную тягу за кирпичным флигелем, и вы сможете заставить его летать. (Спасибо, Ньюман!)

Как насчет медленного полета за пределы сваливания? Это не сработает; за пределами критического угла вы развиваете меньшую подъемную силу, чем больше вы увеличиваете угол атаки. Для любой заданной конфигурации воздушной скорости/крыла/плотности воздуха существует некоторое максимальное значение подъемной силы, которое не может быть превышено. Таким образом, чем медленнее вы летите, тем ниже вы падаете.

Ваш пример самолета, рулившего на скорости 10 узлов, превосходен. То, что самолет движется медленно, не означает, что крыло застопорилось. Над крылом проходит относительный ветер 10 узлов, а угол атаки близок к 0. Крыло не заглохло, оно просто не создает достаточной подъемной силы для полета.

Повторюсь, сваливание означает, что крыло превысило свой критический угол атаки . Вот и все.