Штопар (пілатаж)

Штопар у авіяцыі — асаблівы, крытычны рэжым палёту самалёта (планера), які выяўляецца ў зніжэнні яго па стромкай сыходнай спіралі малога радыусу з адначасовым кручэннем адносна ўсіх трох яго восяў; некіраваны рух самалёта на закрытычных вуглах атакі. Пры гэтым самалёт пераходзіць на рэжым аўтаратацыі. Штопару папярэднічае страта хуткасці і звальванне. У шэрагу выпадкаў перадштопарны стан самалёта характарызуецца папярэджвальным гайданнем.

Класіфікацыя штопару

Прамы штопар

Зваротны штопар

Плоскі штопар

Штопар падзяляецца па відзе:

• нармальны (прамы) — самалёт рухаецца на дадатных вуглах атакі.
• перакулены (зваротны) — самалёт рухаецца на адмоўных вуглах атакі, то бок «пілот вісіць на пасках».

Па вугле нахілу падоўжнай восі самалёта да небасхілу:

• стромкі (50-90°)
• пакаты (30-50°)
• плоскі (<30°)

Па кірунку руху самалёта:

• левы штопар — кручэнне супраць гадзіннікавай стрэлкі,
• правы штопар — кручэнне па гадзіннікавай стрэлцы.

Па ступені змены сярэдніх параметраў руху самалёта ў штопары ад вітка да вітка:

• сталы (ўстойлівы) — параметры практычна нязменныя,
• нясталы (няўстойлівы) — параметры змяняюцца.

Па характары змены параметраў руху самалёта ў працэсе выканання аднаго вітка:

• раўнамерны — усе параметры руху самалёта ў рэжыме блізкія да сваіх сярэдніх значэнняў, змяненне па часе вуглавых хуткасцяў, вуглоў атакі і слізгання невялікія.
• вагальны штопар — параметры руху самалёта змяняюцца значна

Развіццё штопару

Самалёт можа ўвайсці ў штопар міжвольна з-за памылкі лётчыка, ці можа быць уведзены наўмысна для азнаямлення лётчыка з асаблівасцямі паводзін самалёта ў штопары, навучання тэхніцы ўваходу і выхаду са штопару і як выкананне адной з фігур пілатажнага комплексу.

Перадумовай траплення самалёта ў штопар з'яўляецца выхад на закрытычныя вуглы атакі або вуглы слізгання (аэрадынамічны падхоп) і звальванне. Калі адбываецца асіметрычны зрыў патоку (напрыклад, з прычыны слізгання або дзеяння элеронаў), то ўзнікаюць моманты сіл, якія надаюць самалёту кручэнне вакол восяў. Калі самалёт мае добрыя супрацьштопарныя характарыстыкі, то кручэнне хутка згасае і адбываецца звычайнае звальванне, набор хуткасці і выхад на нармальны рэжым палёту. У адваротным выпадку, самалёт трапляе ў рэжым ўстойлівага кручэння, пры якім асіметрыя абцёку пагаршаецца і зацягвае самалёт у сталы штопар. У выпадку, калі пілот паспрабуе пацягнуць штурвал або ручку кіравання да сябе, вялікая верагоднасць пераходу ў плоскі штопар, з вялікімі вугламі атакі і вуглавымі хуткасцямі кручэння. Выхад з гэтага рэжыму вельмі ўскладнены.

Небяспека штопару

Эфектыўнасць кіравальных плоскасцяў пры штопары падае, а хуткае кручэнне можа прывесці да дэзарыентацыі пілота, што ўскладняе выхад са штопару. Істотнае падзенне пад'ёмнай сілы прыводзіць да хуткай страты вышыні, што ўяўляе значную небяспеку, асабліва на малых вышынях палёту. Усё гэта патрабуе ад пілота ўмення пазбягаць звальвання (калі толькі няма мэты выканаць штопар наўмысна), распазнаваць прадвеснікі звальвання і штопару (трасенне, сігнал АУАСП і г.д.) і пры ўзнікненні штопару выводзіць з яго самалёт на бяспечнай вышыні.

Штопар самалёта з'яўляецца адной з найбольш цяжкіх фігур складанага пілатажу.

Выхад са штопару

Існуе некалькі метадаў вываду самалёта са штопару, у залежнасці ад мадэлі самалёта і ад тыпу штопару. Агульны прынцып ўсіх метадаў: спыніць кручэнне, павялічыць хуткасць, аднавіць эфектыўнасць рулёў, спыніць зрыў патоку на абедзвюх кансолях крыла, перавесці апарат у нармальны палёт са зніжэннем і наборам хуткасці.

У працэсе лётных выпрабаванняў доследных самалётаў, штопарныя характарыстыкі якіх яшчэ невядомыя, для забеспячэння надзейнага выйсця з ўжо развітага (раскручанага і ўстойлівага) штопару выкарыстоўваюцца супрацьштопарныя парашуты або ракеты.

Вілфрэд Парк

Упершыню выпадковы выхад са штопару ажыццявіў брытанскі авіятар Вілфрэд Парк. У жніўні 1912 года з-за памылкі пілатавання яго біплан Avro G увайшоў у левы штопар на вышыні 700 футаў (200 метраў). Спрабуючы пагасіць моцную падоўжаную перагрузку, Парк цалкам адхіліў руль управа (у бок, процілеглы кірунку кручэння аэраплана). Самалёт выйшаў са штопару на вышыні ўсяго 50 футаў (15 м).

Канстанцін Арцеўлаў

Упершыню наўмысны ўвод самалёта ў штопар на аэраплане «Ньюпор-XXI» ажыццявіў 24 верасня 1916 расійскі вайсковы лётчык Канстанцін Канстанцінавіч Арцэулаў, унук мастака-марыніста Івана Айвазоўскага. На вышыні 2000 м ён два разы запар уводзіў машыну ў штопар і ўдала выводзіў яе.

Штопар на пасажырскіх самалётах

На транспартных (асабліва пасажырскіх) самалётах, не прызначаных для вышэйшага пілатажу, вывад са штопару не прадугледжаны, а праграмы лётных выпрабаванняў такіх самалётаў не ўключаюць праверкі штопарных характарыстык. Прычыны гэтага наступныя:

• Пры штопары ўзнікаюць значныя знаказменныя нагрузкі на драбы (сілавыя элементы) канструкцыі, дапушчальныя толькі для пілатажных самалётаў, якія маюць залішні запас трываласці. Уздзеянне такіх нагрузак на канструкцыю вялікага і цяжкага транспартнага самалёта, разлічаную на эканамічныя рэжымы палёту, прыводзіць да дэфармацыі драбаў (сілавых элементаў), а ў асобных выпадках — да іх разбурэння, таму выпрабаваць такі самалёт на штопар без яго пашкоджання цяжка.
• Надзейны вывад самалёта са штопару патрабуе ад пілота як добрых навыкаў кіравання самалётам у няштатных (пілатажных) рэжымах, так і развітага «пачуцця самалёта» — як мадэлі/серыі, так і канкрэтнага летака. У пілотаў пасажырскіх самалётаў адсутнічае магчымасць для рэгулярных трэніровак у такіх умовах.
• Для любога самалёта, акрамя пілатажнага, сам штопар з'яўляецца аварыйнай сітуацыяй — як, напрыклад, для сучаснага легкавога аўтамабіля, прызначанага для руху па асфальце, аварыйнай сітуацыяй з'яўляецца з'езд на вялікай хуткасці з асфальтавай дарогі на вільготную гліністую абочыну. Пасля таго, як такі з'езд адбыўся, аўтамабіль становіцца некіраваным. Тое ж адбываецца з цяжкім самалётам у штопары. У той жа час, захаванне нескладаных правілаў бяспекі зніжае верагоднасць падобных сітуацый да вельмі малых велічынь.
• Расследаванне авіякатастрофы, у якіх штопар прывёў да падзення самалёта (спіс найбольш вядомых прыведзены ніжэй), паказвае, што ў большасці выпадкаў да ўзнікнення штопару прыводзіў шэраг грубых пілатажных памылак экіпажа пры штатных умовах палёту, а таксама грубыя парушэнні экіпажам патрабаванняў авіябяспекі. У такой сітуацыі няма падстаў меркаваць, што наяўнасць тэхнічнай магчымасці вываду самалёта са штопару магло б прадухіліць катастрофу.
• У пасажырскай авіяцыі асноўныя намаганні накіраваны на прадухіленне выхаду самалёта са штатных эксплуатацыйных рэжымаў, адным з наступстваў якога можа быць развіццё штопару. Для гэтага прымаюцца меры да пашырэння дапушчальнага дыяпазону вуглоў атакі, узнікненню добра прыкметнага папераджальнага трасення пры зрыве патоку, адвольнаму памяншэнню самалётам вугла атакі за кошт аэрадынамічных асаблівасцяў крыла, дастаткова дасканалая камп'ютарная пілатажная сістэма і г. д.

Распрацоўка тэорыі штопару

Праблемай штопару ў 1918-1919 гадах займаўся англійскі навуковец Г. Глаўерт. Тэарэтычнае абгрунтаванне штопару ўпершыню распрацавана савецкім навукоўцам В. С. Пышновым у працы «Самакручэнне і штопар самалётаў» (1927).

Далейшыя эксперыментальныя работы па штопору выкананы А. Н. Журавчэнкам. У даследаванне штопару вялікі ўклад унеслі навукоўцы ЦАГІ, лётчыкі-выпрабаўнікі ЛІІ, а таксама інжынеры розных ДКБ. У прыватнасці, вялікі ўклад у даследаванне дынамікі штопару ўнёс лётчык-выпрабаўнік А. А. Шчарбакоў.

Авіякатастрофы, якія адбыліся ў выніку звальвання самалёта ў штопар

• Авіякатастрофа Ту-104 17 кастрычніка 1958 года
• Катастрофа самалёта МіГ-15 УТЗ, кіруемага Юрыем Гагарыным і Уладзімірам Сярогіным, 27 сакавіка 1968 года
• Катастрофа Canadair CL-600 Challenger падчас выпрабавальнага палёту ў 1980 годзе; адзін з пілотаў загінуў (другі выратаваўся на парашуце)
• Катастрофа самалёта Ту-154Б пад Учкудукам 10 ліпеня 1985 года
• Катастрофа Canadair RJ100 у выпрабавальным палёце, 1991 год
• Катастрофа Ту-154М рэйса 612 пад Данецкам 22 жніўня 2006 года

Спасылкі

• Апісанне штопару на www.airhorse.narod.ru
• Каталог фігур вышэйшага пілатажу Арести ФАИ = FAI Aresti Aerobatic Catalogue. — Federation Aeronautique Internationale, 2002.