Коэффициент перегрузки и полётные манёвры

Критические значения коэффициента перегрузок существуют для всех полётных манёвров, за исключением установившегося прямолинейного полёта, при котором коэффициент перегрузки всегда равен 1 g. Некоторые из маневров, рассмотренные в этом разделе, могут вызывать относительно высокую перегрузку.

Повороты. Увеличение коэффициента перегрузки — характеристика всех поворотов с креном. Как отмечалось ранее (раздел «Перегрузка при глубоком вираже»), коэффициент перегрузки начинает оказывать существенное влияние на параметры полёта и увеличивать нагрузку на конструкцию ЛА, когда угол крена превышает 45°.

КМЭП обычного лёгкого самолёта достигается при угле крена приблизительно 70-75°. Скорость сваливания возрастает примерно в 1,5 раза при угле крена приблизительно 63°.

Сваливание. Переход к нормальному сваливанию из установившегося прямолинейного полёта или установившегося прямолинейного набора высоты не вызывает роста коэффициента перегрузки выше 1 g (характерного для установившегося прямолинейного полёта). Во время сваливания, однако, коэффициент перегрузки может снизиться до нуля, что означает полную потерю веса летательным аппаратом. Пилот испытывает ощущение «свободного парения в пространстве». Если выход из этого состояния осуществляется путём перемещения тяги руля высоты вперёд, может возникнуть отрицательный коэффициент перегрузки (при котором на крылья действует направленная вниз нагрузка, а пилот чувствует, как поднимается в кресле).

Во время резкого перехода к кабрированию на выходе из сваливания коэффициент перегрузки иногда существенно возрастает. Ситуация может ещё усугубиться, если резкий переход к кабрированию осуществляется из режима глубокого пикирования (с высокой воздушной скоростью). Резкий подъём носа на высоких скоростях пикирования может привести к возникновению критической нагрузки на конструкцию ЛА и вызвать повторное сваливание с увеличением УА.

Обобщая, можно сказать, что при восстановлении положения ЛА после сваливания, вызванного пикированием на крейсерской скорости или расчетной скорости маневрирования, с постепенным кабрированием на скорости, в достаточной степени превышающей скорость сваливания, коэффициент перегрузки никогда не должен превышать 2-2,5g. Большая перегрузка может возникнуть, только если восстановление выполняется, когда нос ЛА направлен вертикально вниз, а также на очень малых высотах (чтобы избежать столкновения с землёй).

Штопор. Устойчивый штопор не отличается от сваливания ничем, кроме вращения. Поэтому к выходу из штопора применимы те же соображения, что и к выходу из сваливания. Поскольку при выходе из штопора нос ЛА обычно существенно ниже, чем это происходит при выходе из сваливания, необходимы более высокая воздушная скорость и, как следствие, более высокий фактор перегрузки. Коэффициент перегрузки при правильном выходе из штопора обычно равен примерно 2,5g.

Коэффициент перегрузки во время штопора варьируется в зависимости от параметров ЛА, но в большинстве случаев он немного превышает 1 g. Для этого есть две причины:
1. Воздушная скорость во время штопора очень низка: обычно она не более чем в 4 раза превышает установившуюся скорость сваливания.
2. Во время штопора ЛА поворачивается, а не вращается.

Скоростное сваливание.Обычный лёгкий самолёт не рассчитан на выдерживание повторяющихся перегрузок, типичных для скоростного сваливания. Коэффициент перегрузки, необходимый для этих манёвров, создаёт нагрузку на конструкции крыльев и хвостового оперения, что далеко не безопасно для большинства лёгких самолётов.

Единственным способом входа в сваливание на воздушных скоростях, превышающих нормальные, является создание дополнительного коэффициента перегрузки, чего можно достичь резким взятием на себя тяги руля высоты. Скорость, в 1,7 раз превышающая скорость сваливания (примерно 190 км/ч для легкого самолёта со скоростью сваливания 110 км/ч), обеспечивает коэффициент перегрузки 3g.

При выполнении фигур высшего пилотажа на лёгких самолётах ошибки практически не допустимы. Для иллюстрации того, как быстро коэффициент перегрузки растёт с увеличе­нием скорости: скоростное сваливание того же лёгкого самолёта на скорости 210 км/ч создаёт коэффициент перегрузки 4g.

Боевые развороты и горизонтальные восьмёрки.«Боевой разворот» — это разворот на предельном режиме с одновременным набором высоты. Он выполняется из установившегося прямолинейного полёта и представляет собой поворот точно на 180° с выходом в положение без крена с поднятой носовой частью на минимальной управляемой скорости. Во время этого полётного манёвра ЛА входит в крутой разворот с набором высоты и почти сваливается на крыло, чтобы увеличить высоту с одновременным изменением направления движения.

Манёвр «горизонтальная восьмёрка» носит такое название, потому что во время этого манёвра продольная ось ЛА описывает фигуру, напоминающую цифру «8», лежащую на боку.

Точно определить коэффициенты перегрузки, возникающие при выполнении вышеуказанных фигур, достаточно сложно, поскольку обе фигуры включают в себя участки гладкого и пологого пикирования и кабрирования. Возникающие коэффициенты перегрузки напрямую зависят от скорости пикирования и угла набора высоты.

В целом, чем правильнее выполнены эти фигуры, тем меньше возникающие при этом перегрузки. Боевой разворот и горизонтальная восьмёрка, во время выполнения которых коэффициент перегрузки больше 2g, не могут обеспечить сколько-нибудь существенный набор высоты, а если они выполняются на маломощном ЛА, может даже произойти потеря высоты.

Чем более гладким является кабрирование (при умеренном коэффициенте перегрузки), тем большую высоту может в результате набрать ЛА, и тем более качественным будет выполнение боевого разворота и горизонтальной восьмёрки. Рекомендованная скорость на входе в манёвры обычно близка к расчётной скорости маневрирования. При этом коэффициент перегрузки приближается к максимальному, но не превышает его.

Область турбулентности.Все сертифицированные ЛА сконструированы таким образом, что могут выдерживать нагрузку, вызванную порывами ветра значительной интенсивности. С увеличением воздушной скорости перегрузки от порывов ветра возрастают, и расчётная прочность обычно учитывает максимально допустимую скорость горизонтального полёта. В областях высокой турбулентности, например, во время грозы или при встрече с атмосферным фронтом, разумно снизить скорость до величины расчётной скорости маневрирования. С какой бы скоростью не двигался ЛА, порывы ветра могут вызвать перегрузки, превышающие предельно допустимые.

Каждый ЛА конструируется с учётом предельной нагрузки, которую он может выдержать без структурных повреждений. Есть два типа нагрузки, учитываемые при проектировании ЛА: предельная нагрузка и критическая нагрузка. Предельная нагрузка — это сила, действие которой на ЛА вызывает необратимую деформацию его конструкции. Критическая нагрузка — нагрузка, превышающая предельную, при которой в компонентах конструкции ЛА происходят структурные разрушения (разрывы). При коэффициентах перегрузки, меньших, чем предельная нагрузка, целостность конструкции ЛА не нарушается.

Воздушная скорость, близкая к расчётной скорости маневрирования, но не превышающая её, позволяет Л А сваливаться на крыло, не испытывая перегрузок, которые превосходили бы предельную нагрузку ЛА.

Большинство производителей предоставляют информацию о поведении ЛА в условиях турбулентной атмосферы, что обеспечивает возможность безопасного полёта в широком диапазоне скоростей и высот. Важно помнить, что максимальная скорость пикирования, указанная в кабине пилотов, относится только к спокойному воздуху. Скоростное пикирование или выполнение фигур высшего пилотажа на скоростях, превышающих скорость маневрирования, не должны выполнять в условиях возмущённой или турбулентной атмосферы.