Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Особенности конструкции самолета » Устойчивость » Спиральная неустойчивость

Спиральная неустойчивость

Spiral Instability

Спиральная неустойчивость возникает, когда статическая путевая устойчивость самолета очень сильна по сравнению с эффектом угла поперечного V крыла в поддержании равновесия по продольной оси. Когда боковое равновесие самолета нарушено порывом воздуха, и возникает скольжение на крыло, сильная путевая устойчивость стремится повернуть нос самолета вдоль набегающего потока воздуха, в то время как сравнительно слабый угол поперечного V не успевает восстановить боковое равновесие. Из-за этого отклонения от курса, крыло с внешней стороны поворота приобретает большую скорость относительно потока воздуха, чем крыло, находящиеся с внутренней стороны, и, следовательно, внешнее крыло будет производить больше подъемной силы. Это создает тенденцию к крутому виражу (overbanking tendency), которая, если не будет выправлена пилотом, приводит к углу крена, который становится все более и более крутым. В то же самое время сильная путевая устойчивость, которая отклоняет нос самолета от заданного курса, устанавливая его по ветру, фактически уменьшает угол тангажа самолета. Возникает небольшая нисходящая спираль, которая, если ее не скорректирует пилот, постепенно увеличения в крутое сваливание в штопор. Обычно темп отклонения при спиральном движении довольно не велик, и пилот может контролировать эту спиральную тенденцию без каких-либо сложностей.

Все самолеты в какой-то степени обладают этой особенностью, хотя при этом они могут иметь врожденную устойчивость во всех остальных параметрах. Эта тенденция объясняет, почему самолетом нельзя управлять без подготовки.

Много исследования было проведено для разработки устройств (выравниватель крыла), устраняющих эту неустойчивость. Пилот должен быть осторожным в применении средств управления за восстановлением во время поздних стадий развития спирального сваливания, иначе корпус самолета может подвергнуться чрезмерной перегрузке. Неправильный выход из спирали, приводящей к структурным повреждениям самолета в полете, вероятно, способствовало наибольшему количеству несчастных случаев в гражданской авиации, чем какой-либо другой фактор. Так как скорость полета в спиральном пике растет быстро, подъем носа самолета с использованием руля высоты лишь «сжимает поворот», увеличивая коэффициент перегрузки. Результат длительного сваливания в штопор — структурное повреждение корпуса самолета в полете, столкновение с землю или и то и другое. Наиболее распространенные зарегистрированные причины, по которым пилоты попадали в эту ситуацию: потеря горизонта, потеря управления самолетом или их комбинацией.

Spiral instability exists when the static directional stability of the aircraft is very strong as compared to the effect of its dihedral in maintaining lateral equilibrium. When the lateral equilibrium of the aircraft is disturbed by a gust of air and a sideslip is introduced, the strong directional stability tends to yaw the nose into the resultant relative wind while the comparatively weak dihedral lags in restoring the lateral balance. Due to this yaw, the wing on the outside of the turning moment travels forward faster than the inside wing and, as a consequence, its lift becomes greater. This produces an overbanking tendency which, if not corrected by the pilot, results in the bank angle becoming steeper and steeper. At the same time, the strong directional stability that yaws the aircraft into the relative wind is actually forcing the nose to a lower pitch attitude. A slow downward spiral begins which, if not counteracted by the pilot, gradually increases into a steep spiral dive. Usually the rate of divergence in the spiral motion is so gradual the pilot can control the tendency without any difficulty.

All aircraft are affected to some degree by this characteristic, although they may be inherently stable in all other normal parameters. This tendency explains why an aircraft cannot be flown “hands off” indefinitely.

Much research has gone into the development of control devices (wing leveler) to correct or eliminate this instability. The pilot must be careful in application of recovery controls during advanced stages of this spiral condition or excessive loads may be imposed on the structure. Improper recovery from spiral instability leading to inflight structural failures has probably contributed to more fatalities in general aviation aircraft than any other factor. Since the airspeed in the spiral condition builds up rapidly, the application of back elevator force to reduce this speed and to pull the nose up only “tightens the turn,” increasing the load factor. The results of the prolonged uncontrolled spiral are inflight structural failure or crashing into the ground, or both. The most common recorded causes for pilots who get into this situation are: loss of horizon reference, inability to control the aircraft by reference to instruments, or a combination of both.


Система Orphus