Вертолёт, 1999 № 03 - [13]
Физическая картина вихревого кольца
Решающим фактором, влияющим на безопасность полетов, безусловно, являются личные знания летчика. Постараюсь объяснить это на примере управления соосным вертолетом Ка-32. Я много лет проработал на этой машине и не хочу, чтобы из-за неумелой эксплуатации падал ее авторитет. Поэтому и возникло желание поделиться опытом.
Ка-32 — компактный, мощный, легко управляемый и, пожалуй, самый надежный в грамотных руках вертолет. Он прекрасно работает в качестве «воздушного подъемного крана», поднимая и перенося до 5000 кг груза на внешней подвеске в некомфортных условиях отсутствия воздушной подушки. Хорош он и при трелевке леса в горных условиях. При этом, однако, вынужденные длительные вертикальные снижения на малых поступательных скоростях выполняются в условиях, граничащих с ВК, или даже в его пределах. Этот режим изучен мало и плохо, в основном, из-за необоснованного страха перед ним. При этом нужно отметить, что на заре развития вертолетостроения об особенностях ВК не знали и использовали опасные сочетания вертикальных снижений и поступательных (воздушных) скоростей в тактических целях. Позже, после ряда летных происшествий, началось его изучение, но из-за недостаточно продуманных методик анализа результаты тоже оказались неутешительными. Все это и породило устойчивую неприязнь к данному режиму. Но лес в горах добывать будут, и использовать для этого Ка-32 тоже будут, так как лучшего вертолета для подобных целей в мире пока нет.
Современная инструкция по технике пилотирования предписывает, что при приборной скорости полета 50 км/ч и менее скорость снижения не должна быть более 3 м/с. Это значит, что при потребных длительных снижениях и частых циклических их повторениях случаи попадания в ВК будут нередкими. Тем более, что в горных условиях или при лесных пожарах возможно появление местных восходящих воздушных потоков силой более 5 м/с, которые способны образовать вихрь относительно несущего винта и без каких-либо ошибок со стороны летчика. Кроме того, в ВК можно легко оказаться после энергичного торможения до зависания на высотах более 20 метров, когда из-за раскрутки несущего винта оба двигателя уходят на режим малого газа и не могут из-за недостаточной для этого приемистости вовремя обеспечить потребной мощностью энергично зависший вертолет. Начинается самопроизвольное вертикальное снижение, а запоздалая взлетная мощность двигателей не может исправить ситуацию. При таком же торможении на меньших высотах из-за близости земли ВК развиться не успевает. Во всяком случае, вертолет после самопроизвольного снижения зависает на высоте 3–5 м.
Чтобы правильно действовать при попадании в ВК и гарантировать безопасность летчику и машине, нужно хорошо представлять физическую модель этого образования и особенности поведения в нем вертолета. Для этого достаточно знаний на уровне средней школы, некоторых знаний по аэродинамике, определенного практического опыта, но, главное, нужна привычка постоянно анализировать ситуацию.
Конечно, все это не оградит летчика от случайного попадания в ВК, что может произойти и без каких-либо нарушений и ошибок в технике пилотирования. Эти знания и практические навыки нужны летчику для того, чтобы, случайно попав в неблагоприятный режим, не растеряться и действовать правильно.
«Вихревое кольцо» — инертное, достаточно замкнутое вихревое движение молекул воздуха, симметричное относительно оси несущего винта вертолета, снижающегося вертикально со скоростью 5-16 м/с. При этом энергия всей вращающейся массы воздуха соизмерима с энергией снижающегося вертолета. От момента зарождения ВК до его полного формирования и появления специфического влияния на поведение вертолета проходит 5–6 секунд. Это время примерно характеризует меру инертности процесса образования вихря. Поэтому в момент зарождения вихря вертолет по воле летчика еще может перемещаться в боковом и продольном направлении относительно этого образования и занимать в нем более безопасную позицию. По вертикали положение определяется величиной вертикальной скорости снижения (от 5 м/с — верхняя граница вихря, до 16 м/с — нижняя граница).
Физически вертолет не может преодолеть только верхнюю границу из-за потребных для этого огромных мощностей двигателей. При смещении вбок, вперед или назад выход из вихря возможен (с большим общим шагом), но приведет (особенно на границе) к значительному хаотичному перемещению лопастей несущего винта (отклонению от соконусности). Причиной этого является относительное перемещение вертолета по области с различными по величине и направлению векторами скоростей воздушных струй. При этом летчик ощутит повышенную вибрацию и значительное сопротивление вихря при попытке вертолета выйти из него. Вихрь способен активно удерживать машину в своем центре и снижать высоту его зависания, если летчик не будет заранее уметь правильно и энергично действовать. Из-за резкого изменения направления потока воздуха с нисходящего на восходящий на боковой границе вихря на лопастях могут возникнуть закритические углы атаки и, как следствие, срыв потока с падением оборотов несущего винта. При этом возможно нерасчетное сближение лопастей. Поэтому выход из вихря с большим общим шагом принципиально НЕДОПУСТИМ.
