Угол атаки самолета - что это?

В прямолинейном горизонтальном полёте угол атаки самолета при увеличении скорости растёт, добавляя летательному аппарату подъёмную силу, которую создаёт крыло. Однако растёт и индуктивное сопротивление. Угол атаки самолета обозначается греческой буквой "альфа" и означает тот угол, который расположен между хордой крыла и направлением скорости потока воздуха.

Крыло и поток

Сколько существует на свете авиация, столько и грозит летательным аппаратам одна из самых частых и страшных опасностей - сваливание в штопор, потому что угол атаки самолета становится выше критической величины. Тогда плавность обтекания потоком воздуха крыла нарушается, а подъёмная сила резко уменьшается. Срыв обычно происходит на одном крыле, поскольку обтекание почти никогда не бывает симметричным. Именно на это крыло самолёт и сваливается, и хорошо, если сваливание не перейдёт в штопор.

Отчего происходят такие ситуации, когда угол атаки самолета возрастает до своего критического значения? Либо была потеряна скорость, либо маневрирование слишком сильно перегрузило летательный аппарат. Ещё такое может произойти, если высота слишком велика и приблизилась к "потолку" возможностей. Чаще всего последнее происходит при обходе сверху грозовой облачности. Скоростной напор на больших высотах невелик, судно становится всё более неустойчивым, и критический угол атаки самолета может увеличиваться самопроизвольно.

Авиация военная и гражданская

Описанная выше ситуация очень хорошо знакома лётчикам манёвренных самолётов, особенно истребителей, которые имеют теоретические знания и достаточный опыт, чтобы выходить из любой ситуации подобного плана. Но суть этого явления - чисто физическая, и потому оно свойственно всем летательным аппаратам, всех типов, всех размеров и любого предназначения. Пассажирские воздушные суда на предельно малых скоростях не летают, и энергичные манёвры для них тоже не предусмотрены. Гражданские лётчики чаще всего и не справляются с ситуацией, когда угол атаки крыла самолета становится критическим.

Считается необычной ситуацией, если пассажирское судно вдруг теряет скорость, более того, многие считают, что это, вообще, исключено. Но нет. И отечественная, и зарубежная практика показывает, что такое происходит даже не очень редко, когда сваливание заканчивается катастрофой и гибелью многих людей. Гражданских лётчиков не слишком хорошо готовят для преодоления такого положения летательного аппарата. А ведь переход в штопор можно предотвратить, если угол атаки самолета при взлете не становится критическим. На малой высоте сделать практически ничего невозможно.

Примеры

Так случилось в катастрофах, произошедших с самолётами ТУ-154 в разное время. Например, в Казахстане, когда судно снижалось в режиме срыва, лётчик не переставал тянуть штурвал на себя, пытаясь прекратить снижение. А судну надо было дать обратное! Опустить нос, чтобы набрать скорость. Но до самого падения на землю лётчик этого так и не понял. Примерно то же самое происходило и под Иркутском, и под Донецком. Также А-310 неподалёку от Кременчуга пытался набрать высоту, когда надо было набирать скорость и всё время наблюдать датчик угла атаки в самолете.

Подъёмная сила образуется в результате увеличения скорости потока, который обтекает крыло сверху по сравнению со скоростью потока под крылом. Чем большую скорость набрал поток, тем меньше давление в нём. Разность давления на крыле и под крылом - вот она, подъёмная сила. Угол атаки самолета - это показатель нормального полёта.

Что нужно делать

Если судно вдруг идёт в крен направо, лётчик отклоняет штурвал влево, против крена. При этом элерон на консоли крыла отклоняется вниз и увеличивает угол атаки, тормозя струю воздуха и повышая давление. В это же время сверху на крыле поток ускоряется и понижает давление на крыло. А на правом крыле в тот же самый момент происходит обратное действие. Элерон - вверх, уменьшается угол атаки и подъёмная сила. И судно из крена выходит.

Но если угол атаки самолета (при посадке, например) близок к критическому, то есть слишком велик, элерон вниз отклонять нельзя, тогда плавность воздушной струи нарушается, начиная завихряться. И вот это уже срыв потока, резко убирающий скорость течения воздуха и так же резко повышающий давление на крыло. Подъёмная сила быстро сходит на нет, в то время как на другом крыле всё нормально. Разность подъёмной силы крен только увеличивает. А лётчик-то хотел как лучше... Но судно начинает снижаться, уходить во вращение, в штопор и падение.

Как поступить

Про угол атаки самолета "для чайников" рассказывают многие практикующие лётчики, даже Микоян об этом много писал. В принципе, тут всё просто: полной симметрии в воздушном потоке практически не бывает, а потому даже без крена может случиться срыв потока воздуха, и тоже только на одном крыле. Люди, весьма далёкие от пилотирования, но знающие законы физики, смогут сообразить, что это угол атаки самолета стал критическим.

Вывод

Теперь легко сделать простой и фундаментальный вывод: если угол атаки велик на малой скорости, нельзя, категорически нельзя противодействовать крену элеронами. Он убирается рулём поворота (педалями). В противном случае легко спровоцировать штопор. Если сваливание всё же произошло, выводить из этой ситуации судно умеют лишь военные лётчики, гражданских такому не учат, они летают по очень строгим ограничительным правилам.

А нужно учить! После авиакатастроф всегда тщательно анализируются записи разговоров из "чёрных ящиков". И ни разу в кабине разбившегося в штопоре самолёта не звучало "Штурвал от себя!", хотя это единственная возможность спасения. И "Нога против крена!" не звучало тоже. Лётчики гражданской авиации к таким ситуациям не готовы.

Почему так происходит

Пассажирские самолёты почти полностью автоматизированы, что, безусловно, облегчает действия лётчика. Особенно это касается сложных метеоусловий и полётов в ночное время. Однако именно здесь кроется огромная опасность. Если наземной системой воспользоваться невозможно, если откажет хоть один узел в автоматической системе, тогда нужно использовать ручное управление. Но лётчики привыкают к автоматике, постепенно теряя навыки пилотирования "по старинке", тем более в сложных условиях. Ведь даже тренажёры для них настроены на автоматический режим.

Так происходят авиакатастрофы. Например, в Цюрихе пассажирский самолёт не смог нормально приземлиться по приводам. Погода была минимальная, и лётчик не вырулил, столкнулся с деревьями. Все погибли. Часто бывает, что именно автоматика становится причиной сваливания в штопор. Автопилот всегда против самопроизвольного крена использует элероны, то есть делает то, что при угрозе сваливания делать никак нельзя. На больших углах атаки автопилот должен быть незамедлительно выключен.

Пример действий автопилота

Автопилот вредит не только при начале сваливания, но и при выводе самолёта из штопора. Примером тому может послужить случай в Ахтубинске, когда прекрасный военный лётчик-испытатель Александр Кузнецов вынужден был катапультироваться, так и поняв, в чём же дело. Он атаковал цель при включённом автопилоте, когда сорвался в штопор. Дважды ему удавалось прекратить вращение самолёта, но автопилот упрямо манипулировал элеронами, и вращение возвращалось.

Подобные проблемы, которые постоянно возникают в связи с широчайшим распространением запрограммированного автоматического управления воздушными суднами, чрезвычайно беспокоят не только отечественных специалистов, но и зарубежную гражданскую авиацию. Проводятся международные семинары и слёты, посвящённые безопасности полётов, где непременно отмечается, что экипажи мало тренированы в управлении самолётом с высокой степенью автоматизации. Они выходят из плачевных ситуаций только в том случае, если пилот располагает личной изобретательностью и хорошей техникой ручного пилотирования.

Самые частые ошибки

Даже ту автоматику, которой оснащено судно, пилоты часто недостаточно понимают. В 40% лётных происшествий это сыграло свою роль (из них 30% окончились катастрофой). В США начали составлять свидетельства дисгармонии у лётчиков с самолётом высокой автоматизации, и накопился их уже целый каталог. Очень часто лётчики даже не замечают отказ автомата тяги и автопилота вообще.

Плохо контролируют они и состояние скорости и энергии, потому это состояние не сохраняется. Некоторые лётчики не осознают, что отклонение рулей перестало быть правильным. Нужно контролировать траекторию полёта, а лётчик отвлекается на программирование автоматической системы. И ещё множество подобных ошибок происходит. Человеческий фактор - 62% всех тяжких авиапроисшествий.

Объяснение "на пальцах"

Что такое угол атаки самолета уже, наверное, знают все, и важность этого понятия осознают даже люди, к авиации не относящиеся. Впрочем, есть ли такие? Если и есть, то их на Земле очень мало. Летают-то самолётами почти все! И почти все полётов боятся. Кто-то внутренне переживает, а кто-то прямо на борту впадает в истерику при малейшей турбулентности.

Наверное, нужно было бы рассказывать пассажирам о самых основных понятиях, касающихся воздушного судна. Ведь критический угол атаки самолета это вовсе не то, что они сейчас переживают, и лучше, если они это поймут. Можно поручить стюардессам донести подобную информацию, приготовить соответствующие иллюстрации. Например, рассказать, что нет такой самостоятельной величины, как подъёмная сила. Просто не существует. Всё летит благодаря аэродинамической силе сопротивления воздуха! Такие экскурсы к основам наук могут не только отвлечь от страха полёта, но и заинтересовать.

Датчик угла атаки

В самолете обязательно есть прибор, способный определять угол крыла и горизонтальность потока воздуха. То есть такой прибор, от которого зависит благополучие полёта, стоит хотя бы на картинке пассажирам продемонстрировать. С помощью этого датчика можно судить, насколько нос самолёта смотрит вверх или вниз. Если угол атаки критический, двигателям мощности не хватает, чтобы продолжить полёт, а потому происходит сваливание на одно крыло.

Можно и совсем просто объяснить: благодаря этому датчику можно увидеть угол между самолётом и землёй. Линии должны быть параллельны в полёте на уже набранной высоте, когда до снижения ещё есть время. А если идущая вдоль земли линия стремится к линии, мысленно нарисованной вдоль самолёта, получается угол, который и называется углом атаки. Без него тоже обойтись не получится, потому что самолёт под углом взлетает и производит посадку. Но критическим ему быть нельзя. Примерно так и нужно рассказывать. И это далеко не всё, что нужно знать пассажирам о полётах.