Влияние работы двигателя на штопор. На современных сверхзвуковых самолетах обычно устанавливаются турбореактивные двигатели (ТРД). Режим работы ТРД может оказывать заметное влияние на характеристики штопора. В штопоре, выполняемом с работающим двигателем, на самолет дополнительно действуют: тяга двигателя, момент, создаваемый тягой двигателя относительно центра тяжести самолета, и гироскопический момент. Кроме того, на характеристики штопора могут оказывать влияние нормальная и боковая силы, возникающие в результате поворота набегающего потока на входе в воздухозаборник, изменение обтекания носовой части фюзеляжа (при носовых воздухозаборниках) в зависимости от режима работы двигателя и изменение эффективности хвостового оперения под влиянием подсасывающего эффекта вытекающей из выходного сопла реактивной струи.
Под влиянием гироскопического момента при вращении в штопоре у самолета возникает дополнительное движение. Направление этого движения легко определить с помощью следующего простого правила: если смотреть с места летчика вперед, то незаштрихованную стрелку, показывающую направление движения носа самолета, возникшего при вращении в штопоре (принудительное отклонение), следует мысленно повернуть на 90° в сторону вращения ротора двигателя; тогда в новом положении стрелка (на рисунке она заштрихована) покажет, куда отклонится нос самолета под действием гироскопического момента (направление дополнительного движения).
Тогда (согласно этому правилу) при левом вращении ротора двигателя и левом штопоре принудительное отклонение носа самолета вверх вызывает дополнительное движение влево, увеличивающее угловую скорость рыскания и, следовательно, усиливающее действие гироскопического момента; отклонение носа влево — дополнительное движение на пикирование, уменьшающее средний угол атаки; отклонение «оса вниз — дополнительное движение вправо, уменьшающее угловую скорость рыскания, а значит, ослабляющее действие гироскопического момента на опускание носа самолета и т. д. Таким образом, под действием гироскопического момента в рассматриваемом режиме штопора средние значения угла атаки и угловой скорости рыскания уменьшаются, а их колебания возрастают. Возрастание колебаний угловой скорости рыскания приводит к увеличению колебаний угла скольжения самолета. Всегда штопор, совпадающий по направлению с направлением вращения ротора двигателя (например, левый штопор при левом вращении ротора), оказывается менее устойчивым и интенсивным, чем штопор противоположного направления вращения.
Такой характер влияния гироскопического момента на протекание штопора закономерен и в той или иной степени присущ всем самолетам. При этом чем больше абсолютные величины и колебания угловых скоростей вращения самолета в штопоре, тем сильнее и резче проявляется влияние гироскопического момента. У современных сверхзвуковых самолетов различие между правым и левым штопорами из-за дополнительного влияния гироскопического момента ротора ТРД проявляется сильнее, чем у дозвуковых реактивных самолетов. Например влияния гироскопического момента на характеристики правого и левого штопоров одного и того же сверхзвукового самолета с двигателем, имеющим ротор левого вращения (данные получены в сходных условиях, рули отклонены по штопору, элероны в нейтральном положении).
В левом штопоре колебания самолета были значительно большими, чем в правом. Так, например, если в левом штопоре амплитуда изменения боковой перегрузки 1, то в правом 0,1. Такая разница связана с тем, что в левом штопоре углы скольжения изменялись сильнее, чем в правом. Следует отметить, что работа турбореактивного двигателя влияет на характеристики штопора в значительно меньшей степени, чем работа турбовинтового двигателя (ТВД). Объясняется это в основном тем, что ТРД практически не создает реактивного момента (подобного тому, который возникает при вращении воздушного винта у ТВД) и меньше влияние гироскопического момента от его ротора, а также тем, что нет дополнительного обдува поверхностей (в частности, хвостового оперения) самолета. Такой обдув на самолетах с ТВД создается воздушным винтом. Последнее для этих самолетов иногда может играть решающую роль, например при выводе из штопора (дополнительный обдув увеличивает эффективность рулей).
Влияние режима штопора на работу двигателя. Известно, что режим штопора практически не влиял на работу как поршневых двигателей, так и реактивных двигателей с центробежным и компрессорами (последние были установлены, например, на дозвуковых реактивных самолетах МиГ-15 и МиГ-17). Те и другие двигатели в условиях штопора работали безотказно. Так, например, у ТРД с центробежными компрессорами помпажных срывов при штопоре не наблюдалось. Поэтому на дозвуковых самолетах с такими ТРД, как и на самолетах с поршневыми двигателями, летчику не требовалось уделять особого внимания контролю за работой двигателя. Современные сверхзвуковые самолеты оснащены турбореактивными двигателями с высоконапорными осевыми компрессорами, весьма чувствительными к появлению возмущений воздушного потока на входе в двигатель.
Такие возмущения (незначительной интенсивности) и возникают в воздухозаборнике при больших углах атаки и скольжения, при больших угловых скоростях и ускорениях (больших колебаниях) самолета, характерных для режима штопора. В результате могут возникать помпажные срывы и, как следствие, отказ двигателя. Условия работы двигателя сверхзвукового самолета в штопоре оказываются значительно более неблагоприятными (особенно на больших, в частности динамических, высотах), чем это было на дозвуковых самолетах. Такая особенность требует от летчика повышенного внимания к работе двигателя при попадании сверхзвукового самолета в штопор.
Под влиянием гироскопического момента при вращении в штопоре у самолета возникает дополнительное движение. Направление этого движения легко определить с помощью следующего простого правила: если смотреть с места летчика вперед, то незаштрихованную стрелку, показывающую направление движения носа самолета, возникшего при вращении в штопоре (принудительное отклонение), следует мысленно повернуть на 90° в сторону вращения ротора двигателя; тогда в новом положении стрелка (на рисунке она заштрихована) покажет, куда отклонится нос самолета под действием гироскопического момента (направление дополнительного движения).
Тогда (согласно этому правилу) при левом вращении ротора двигателя и левом штопоре принудительное отклонение носа самолета вверх вызывает дополнительное движение влево, увеличивающее угловую скорость рыскания и, следовательно, усиливающее действие гироскопического момента; отклонение носа влево — дополнительное движение на пикирование, уменьшающее средний угол атаки; отклонение «оса вниз — дополнительное движение вправо, уменьшающее угловую скорость рыскания, а значит, ослабляющее действие гироскопического момента на опускание носа самолета и т. д. Таким образом, под действием гироскопического момента в рассматриваемом режиме штопора средние значения угла атаки и угловой скорости рыскания уменьшаются, а их колебания возрастают. Возрастание колебаний угловой скорости рыскания приводит к увеличению колебаний угла скольжения самолета. Всегда штопор, совпадающий по направлению с направлением вращения ротора двигателя (например, левый штопор при левом вращении ротора), оказывается менее устойчивым и интенсивным, чем штопор противоположного направления вращения.
Такой характер влияния гироскопического момента на протекание штопора закономерен и в той или иной степени присущ всем самолетам. При этом чем больше абсолютные величины и колебания угловых скоростей вращения самолета в штопоре, тем сильнее и резче проявляется влияние гироскопического момента. У современных сверхзвуковых самолетов различие между правым и левым штопорами из-за дополнительного влияния гироскопического момента ротора ТРД проявляется сильнее, чем у дозвуковых реактивных самолетов. Например влияния гироскопического момента на характеристики правого и левого штопоров одного и того же сверхзвукового самолета с двигателем, имеющим ротор левого вращения (данные получены в сходных условиях, рули отклонены по штопору, элероны в нейтральном положении).
В левом штопоре колебания самолета были значительно большими, чем в правом. Так, например, если в левом штопоре амплитуда изменения боковой перегрузки 1, то в правом 0,1. Такая разница связана с тем, что в левом штопоре углы скольжения изменялись сильнее, чем в правом. Следует отметить, что работа турбореактивного двигателя влияет на характеристики штопора в значительно меньшей степени, чем работа турбовинтового двигателя (ТВД). Объясняется это в основном тем, что ТРД практически не создает реактивного момента (подобного тому, который возникает при вращении воздушного винта у ТВД) и меньше влияние гироскопического момента от его ротора, а также тем, что нет дополнительного обдува поверхностей (в частности, хвостового оперения) самолета. Такой обдув на самолетах с ТВД создается воздушным винтом. Последнее для этих самолетов иногда может играть решающую роль, например при выводе из штопора (дополнительный обдув увеличивает эффективность рулей).
Влияние режима штопора на работу двигателя. Известно, что режим штопора практически не влиял на работу как поршневых двигателей, так и реактивных двигателей с центробежным и компрессорами (последние были установлены, например, на дозвуковых реактивных самолетах МиГ-15 и МиГ-17). Те и другие двигатели в условиях штопора работали безотказно. Так, например, у ТРД с центробежными компрессорами помпажных срывов при штопоре не наблюдалось. Поэтому на дозвуковых самолетах с такими ТРД, как и на самолетах с поршневыми двигателями, летчику не требовалось уделять особого внимания контролю за работой двигателя. Современные сверхзвуковые самолеты оснащены турбореактивными двигателями с высоконапорными осевыми компрессорами, весьма чувствительными к появлению возмущений воздушного потока на входе в двигатель.
Такие возмущения (незначительной интенсивности) и возникают в воздухозаборнике при больших углах атаки и скольжения, при больших угловых скоростях и ускорениях (больших колебаниях) самолета, характерных для режима штопора. В результате могут возникать помпажные срывы и, как следствие, отказ двигателя. Условия работы двигателя сверхзвукового самолета в штопоре оказываются значительно более неблагоприятными (особенно на больших, в частности динамических, высотах), чем это было на дозвуковых самолетах. Такая особенность требует от летчика повышенного внимания к работе двигателя при попадании сверхзвукового самолета в штопор.