Что такое «глубокое сваливание» и как пилоты могут выйти из него?

Глубокое сваливание или суперсваливание - это состояние, при котором след крыла ударяется о поверхность хвостового оперения и делает его почти неэффективным. Крыло полностью сваливается, поэтому воздушный поток на его верхней поверхности разделяется сразу после передней кромки, что создает широкий след замедленного турбулентного воздуха. Следовательно, динамическое давление на хвостовое оперение намного меньше, чем в бессрывном полете, что является основной причиной снижения эффективности.

Рассмотрим такой случай: самолет летит носом вверх, но по траектории полета вниз. Следовательно, угол атаки крыла$\alpha$выходит далеко за пределы своего нормального рабочего диапазона, что приводит к полностью отрывному верхнему поверхностному потоку. Из-за конфигурации Т-образного хвоста след попадает на руль высоты так, что весь он защищен от обычного воздушного потока.

Момент тангажа этой конфигурации по углу атаки (синяя линия) выглядит примерно так. Сначала наблюдается стабильная область с отрицательным градиентом при низких значениях$\alpha$, за которым следует минимум, когда крыло сваливается, а затем область с положительным градиентом, где происходит развертывание отрыва и движение хвоста в след сверху. Эта область нестабильна по тангажу, поэтому без управляющего воздействия самолет не останется там, а либо наклонится вниз, либо вверх, пока снова не достигнет стабильной области. При больших углах атаки следует еще одна стабильная область с отрицательным градиентом:Обратите внимание, что у нас есть две триммерные точки, одна в обычном диапазоне угла атаки, и одна выход вправо. В обоих случаях самолет находится в стабильном состоянии балансировки, поэтому на небольшие возмущения реагируют изменениями силы, которые удерживают самолет в одной из этих точек. Между ними есть еще одна точка равновесия, но здесь самолет нестабилен. Если он немного увеличится в этом месте, увеличение шага будет ускоряться, пока не достигнет верхней точки триммера.

Теперь рассмотрим мощность управления горизонтального оперения. Когда он летит в спокойном воздухе, он может срезать широкий диапазон углов атаки. Однако в условиях глубокого сваливания его управляющая способность значительно снижается, что приводит к гораздо меньшему диапазону регулируемых углов атаки. Если нижняя граница этого диапазона находится справа от точки, где момент тангажа переходит в положительное значение (здесь при$\alpha$= 24°), самолет не может уйти с отклонениями руля высоты!

Обратите внимание, что мощность управления недостаточна для входа в глубокий срыв при квазистационарных изменениях дифферента. Пилоту необходимо быстро набрать тангаж и выйти за пределы статического диапазона дифферентовки, чтобы перейти в стабильную область с углом атаки выше 30°. Там его диапазон подрезаемых$\alpha$s слишком мало для достижения такого же перерегулирования в обратном направлении.

Чтобы выбраться из этой ловушки, нужны другие изменения: либо сместить центр тяжести вперед, либо попытаться опустить одно крыло. К сожалению, и элероны, и руль направления также будут менее эффективны из-за большого отрыва и кильватерного следа. В ряде случаев избежать этого состояния не удавалось даже опытным летчикам-испытателям.

Глубокое сваливание - это сваливание, при котором пилот не может снизить тангаж либо из-за потери потока чистого воздуха над рулем высоты (типично для Т-образного хвостового оперения), либо из-за того, что утки все еще создают подъемную силу, в то время как крыло за ним застопорилось.

В зависимости от самолета пилот может иметь возможность накрениться и использовать руль направления, чтобы опустить нос, чтобы исправить сваливание. Если возможно, пилот может перемещать/сбрасывать груз, чтобы переместить центр масс вперед.

В статье о сваливании в Википедии рассказывается об одном случае, когда B727 выходил из глубокого сваливания, «раскачивая самолет на больший угол крена» до тех пор, пока нос не опустился и нормальная реакция на управление не восстановилась.

Предполагается, что глубокое сваливание в основном влияет на Т-образное хвостовое оперение, но большие углы атаки могут привести к более традиционной конструкции с низким хвостовым оперением, при которой хвостовое оперение застревает. Если вы посмотрите анимацию расследования аварии AF447 (youtube) , вы увидите, что было много неэффективных движений стиков. Наконец, когда ручка пошла вперед, нос опустился примерно на 10 градусов вниз, но угол траектории полета был близок к -45 градусам, поэтому угол атаки составлял примерно 35 градусов. Обе поверхности были глубоко свалены, и этот маневр можно было пережить с помощью обычного выхода из сваливания.

Есть методы восстановления, которые могут работать. Я имел обыкновение испытывать в воздухе большое Т-образное хвостовое оперение, и краткий маневр заключался в крене, чтобы вызвать боковое скольжение, которое уменьшало бы угол атаки. На Т-образном хвостовом оперении это в основном выполнялось рулем направления. Но конструкция с низким хвостовым оперением может привести к тому, что руль направления будет перекрыт хвостовым оперением на этих углах атаки. Единственным способом вызвать крен от рыскания в этом случае было бы использование асимметричной тяги.

Пилоты AF447 не были вооружены этими знаниями, которые могли спасти самолет. Я спросил своих коллег об их мнении, и у меня сложилось впечатление, что они не очень ценят эту ситуацию. В недавнем расследовании авиакатастрофы Air Asia придерживайтесь аналогичного подхода к событиям, приведшим к потере AF447, возможно, сейчас самое время.

Глубокие срывы возникают не только у самолетов с Т-образным хвостовым оперением. CG далеко позади, безусловно, будет хорошей причиной для того, чтобы иметь один из киосков такого типа. В настоящее время истребители склонны попадать в состояние глубокого сваливания. Восстановление осуществляется нажатием носа вниз и включением питания.