Моторошна подія.
Опять штопор собрал свою кровавую жатву.
Соболезнования родным и близким Дмитрия Доманова и Станислава Шматок.
Поведение самолета в штопоре (само сваливание, штопор, и вывод из штопора) определяется малой разницей больших величин. Как говорит теория. Сил и моментов, препятствующих выходу из штопора и сил и моментов на вывод из режима сваливания и штопора. Точного расчета этих сил и моментов не существует даже на сегодняшний день. Тем более эти силы и моменты меняются в процессе сваливания и самого штопора. И слишком много факторов и всяких переменных. Есть только определенные рекомендации как получить самолет безопасный по сваливанию и штопору. Но никогда заранее нельзя определить, что проектируемый самолет будет безопасным по сваливанию и штопору. В конечном итоге все выясняется при летных испытаниях уже построенного самолета. И даже самые мощные КБ, которые могут применить все возможные расчетные методики, продувки в аэродинамических трубах, и прочее, получают на выходе, самолет, который не выходит из штопора!!! Из штопора не выходил американский "Фантом ", который вследствие этого оснащался специальным противоштопорным парашютом. Не выходил из штопора советский МИГ-23. В инструкции летчика которого было четкое указание при попадании в штопор катапультироваться. Не выходит из штопора Ту-154. (Катастрофа Ту-154 Пулковских авиалиний под Донецком, которая поставила крест на летной карьере этого самолета). Или тот же CIRRUS, который тоже на раз сваливается, и не выходит то ли из правого то ли из левого штопора. Не стоит углубляться какие именно особенности аэродинамики этих самолетов привели к проблемам. Это опять же будет предположительно и субъективно.
Одно замечание. Очень незначительные изменения в аэродинамике самолета, абсолютно безопасного по сваливанию и штопору, которые очень незначительно увеличивают силы и моменты по штопору, и очень незначительно уменьшают силы и моменты на вывод из штопора, могут сделать этот самолет опасным по сваливанию и штопору. И наоборот. Разница величин то маленькая!!!
Для безопасности по сваливанию нужно чтобы при выходе на критические углы срыв начинался в корневой части крыла. Нужно исходить из того что срыв всегда будет начинаться несимметрично. Но если в корне крыла, то момент крена и рыскания (вследствие уменьшения в зоне срыва подъемной силы и увеличения сопротивления) будут незначительными. Плечо то до Ц. Т. самолета маленькое!!! И запаса поперечной и путевой устойчивости самолета будет достаточно чтобы удержаться от сваливания. Да и пилот может еще работать элеронами и рулем направления. К этому времени срыв возникнет и на корневой части другого крыла. Срыв станет симметричным. И моментов крена и рыскания уже нет. Далее пускай срыв "расползается" от корня к концам крыльев. Но если корневая часть крыла "сорвана", то на ней резко уменьшается подъемная сила. Центр давления уходит на 50% хорды. Вследствие чего происходит разбалансировка самолета на пикирование. Также соответственно уменьшается скос потока от корневой части крыла в районе горизонтального оперения. Горизонтальное оперение самолета начинает "поддуваться" снизу. Также возникает пикирующий момент (без участия летчика). Самолет сам опускает нос, разгоняется и уходит с критических углов атаки. Это и есть безопасный по сваливанию самолет.
Если же срыв возникает на конце крыла, то все плохо. Сваливание и штопор, если пилот не среагировал мгновенно, и не отдал ручку от себя, и не дал педаль против начинающегося вращения, неизбежны. При этом исправление крена элеронами (интуитивное) только усугубит ситуацию. На прямом крыле (даже без крутки) корневая часть крыла работает на больших углах атаки чем на концах. Вследствие чего прямое крыло более безопасно по сваливанию. Тем не менее на всех Аэропрактах, которые все с прямым крылом, еще есть и отрицательная крутка крыла от корня крыла к концу -2,5 градуса!!! Если крыло трапециевидное, то в аэродинамике такого крыла должны быть мероприятия по предотвращению начала срыва на концах крыла. Особенно при большом сужении. Должна быть геометрическая или аэродинамическая (переменный по размаху профиль) крутка такого крыла. Но отрицательная крутка крыла (особенно чрезмерная) имеет и отрицательную сторону. При отрицательной перегрузке при выходе на отрицательные критические углы срыв гарантированно начнется на концах крыла. И возникает опасность попадания в перевернутый штопор. А выход на критические отрицательные углы может быть при попадании в нисходящий поток при полете в болтанку. (Теоретически). Кроме этого теряются несущие свойства крыла. Концы крыла не додают подъемную силу.
На LA40 и LA50 я заложил отрицательную крутку от корневого сечения к концевому -2,5 градуса. Развитая по размаху законцовка имела отрицательную крутку аж -5 градусов. Кроме этого крыло LA40 и LA50 имело корневые наплывы по передней кромке, спроектированные таким образом, что срыв должен был начинаться на этих наплывах. Они уменьшали относительную толщину профиля крыла в районе наплыва (увеличивалась хорда при той же максимальной толщине). А на тонком профиле срыв начинается раньше, чем на толстом. Наплывы также были "задраны" вверх и сечения крыла в районе наплывов как бы имели больший угол атаки чем остальное крыло. И наплывы имели "острый" носик. Срыв на наплывах уменьшал бы подъемную силу перед Ц. Т., что должно было бы создавать пикирующий момент на уменьшение угла атаки самолета. Если бы все эти мероприятия оказались недостаточны, то был еще вариант "лечения". Наклеить по передней кромке наплывов турбулизатор, который бы "провоцировал" срыв в передней части наплывов. Но все это делалось на "глазок", и не подтверждалось продувками в трубе. В предположении что сработает. Под руками нет аэродинамической трубы!!!
Моделирование обтекания в CFX ANSYS однако показало что на больших углах атаки срыв не начинался на наплывах. На критических углах же углах моделирование не удалось, так как решение стало "расходиться". Тем не менее основания для тревоги у меня возникло. Когда же летчик - испытатель Николай Леонидович Тарасевич, который летал на сваливание на LA50, подтвердил, что самолет при потере скорости сам опускает нос и не имеет тенденции к сваливанию. А при намеренном вводе в штопор штопорит вяло. И при постановке рулей в нейтраль самолет сам не задержки выходит из штопора. У меня скажем так отлегло.
За пару месяцев до катастрофы я разговаривал с Дмитрием Домановым по м.т. Еще до его работы в ANG мы работали вместе по теме БПЛА. Он мне также сообщил что ANG-1 сваливается. И неожиданно большая минимальная скорость с убранными закрылками (135 км/час). Также сказал, что на ANG-1 другой профиль и крыло без крутки. На видео в You Tube также можно видеть, что на ANG-1 нет корневого наплыва и исчезла законцовка. Дмитрий сказал, что причина (как они определили) в острой передней кромке, вследствие несоответствия матриц профилю. А в остальном все нормально. И беспокоиться нечего.
Что касается самого штопора. Даже очень благополучный по сваливанию самолет может не выводиться со штопора!!! Так как при вращении начинают действовать инерционные силы. Кориолиса сила от винта и двигателя. При штопоре в одну сторону она опускает нос, при штопоре в другую сторону она задирает нос. Это ситуация с CIRRUS, где двигатель без редуктора. Еще по CIRRUS чисто визуально на мой взгляд. Малое ВО и РН. Также на мой взгляд. Не нужно экономить на Аг.о. и на А в.о. Большее Аг.о. расширяет диапазон центровок. А большее А в.о. позволяет лучше бороться со штопором.
На ROTAX, где двигатель вращается в одну сторону, а винт в другую, Кориолиса силы от винта и двигателя взаимно уравновешиваются. Может не 100%. Центробежные силы от сосредоточенных масс в носу и хвосте самолета при штопоре создают момент на кабрирование, который препятствует выводу из штопора. Эти силы растут в квадрате от угловой скорости вращения самолета в штопоре вокруг вертикальной оси. И увеличиваются с увеличением разноса масс вдоль фюзеляжа. Это МИГ-23 и Фантом. Длинный фюзеляж, РЛС в носу, двигатель (двигатели) в хвосте. Также Ту-154. Двигатели в хвосте. Длинный нос для уравновешивания двигателей.
Большое значение имеет уменьшение эффективности рулей (руля высоты и РН) вследствие попадания в зону срыва за крылом и фюзеляжем. Ту-154 в этом отношении хрестоматийный пример. Широченный центроплан (задняя кромка от гондол шасси к фюзеляжу прямая) дает такую зону срыва что все Т- образное ГО в нее помещается. Вертикальное оперение вместе с РН полностью в зоне срыва за боковыми мотогондолами и фюзеляжем. С моментом на кабрирование от центробежных сил бороться нечем. 154 попадает в плоский штопор и до самой земли...
Очевидно, что испытательные полеты на сваливание и штопор даже легкого самолета потенциально опасны. Должны выполняться квалифицированным летчиком-испытателем. С минимальным составом экипажа (здесь Юрий Яковлев абсолютно прав). Кроме физической опасности для еще одного члена экипажа, есть еще проблема взаимодействия в критической ситуации. Должен быть один человек, который все контролирует, принимает решение и действует.
Должны также быть приняты все возможные меры безопасности. Наверно самолет должен быть оборудован противоштопорным парашютом. Небольшой парашют на штанге в хвосте, который "поддернет" хвост самолета вверх и против вращения. Но такой парашют нужно купить (или сделать). Далее крепление с соответствующей прочностью (чтобы не оторвало хвост или штангу). Управление раскрытием и отцепкой, после того как парашют вытащил самолет из штопора. Должна быть спас система на самолете в боеготовом состоянии. Ну и как последнее средство индивидуальный парашют у пилота...