Вертолёт, 2008 №4

Проблема, которой нет, или еще раз о вихревом кольце

Ми-172

Статья А.Н. Семеновича «Попасть на вращение», опубликованная в журнале «Вертолетная индустрия» за апрель 2008 года, удивила и повергла в уныние. Удивила не столько обнародованными фактами потерь одновинтовой вертолетной техники из-за непроизвольных, неуправляемых левых вращений на режимах, близких к висению, сколько откровенным непониманием летчиками причин — физики этого явления. Именно это непонимание делает пилотов беспомощными и при попадании их во вращение, и при выходе из него. В основе такой летной «неграмотности» лежит неумение правильно использовать те знания и опыт, которыми летчики располагают, а также недостаточная компетентность в вопросах безопасности руководителей авиапредприятий.

На самом деле эта проблема не стоит и выеденного яйца. Собственно, никакой проблемы и нет, есть прикладная физика, почему-то многими специалистами еще не освоенная.

Одновинтовой вертолет начинает неуправляемо вращаться влево только тогда, когда правая педаль не может остановить (парировать) это движение. В большинстве случаев это происходит из-за образования на хвостовом винте вихревого кольца, по своей физике точно подобного вихревому кольцу (то есть воздушному вихревому тору) на несущем винте, только в перпендикулярной по отношению к несущему винту плоскости. В этом случае мощность, потребляемая хвостовым винтом, уходит не на создание силы и момента, препятствующих вращению фюзеляжа (как реакции на прилагаемые к нему усилия двигателей), а на вращение массы воздуха в кольцевом торе, поэтому ее не хватает собственно для путевого управления.

Условия для возникновения вихревого кольца на хвостовом винте и его характер, видимо, серьезно никто не изучал, но полагаю, что они идентичны характеру и условиям возникновения его на несущем винте. Любому летчику, чтобы не бояться левых вращений и никогда из-за этого не ломать одновинтовые вертолеты, нужно знать следующее.

В самом начале формирования вихревого кольца на хвостовом винте внимательный летчик замечает некоторую рассогласованность поведения вертолета по отношению к своим управляющим действиям. В этот момент можно еще довольно просто исправить ситуацию незначительным движением ручки управления «от себя», то есть увеличив «косую обдувку» хвостового винта. Но этот момент начала образования вихревого кольца и еще слабый самопроизвольный разворот могут совпасть с сиюминутным плановым произвольным пилотажным исполнением летчика, и тогда начало неподчинения вертолета может быть упущено пилотом даже самым высокопрофессиональным. А уже секунду спустя начнется по-настоящему неуправляемое пресловутое вращение влево, и вот тогда отдача ручки управления вперед (как этого глубоко ошибочно требует инструкция!) только усугубит ситуацию: центр вращения вертолета неизбежно переместится вперед, увеличивая при этом радиус вращения хвостовой части фюзеляжа вместе с хвостовым винтом. А это очень сильно укрепляет позицию вихревого кольца, и таким способом благополучно выбраться из этой ситуации никакому летчику уже точно не удастся.

Известно, что абсолютное большинство вертолетчиков на режиме висения чисто интуитивно разворачивают вертолет относительно самого себя, то есть пилотская кабина разворачивается на одном месте, а все остальные части фюзеляжа вращаются по своим радиусам. К великому сожалению, многие, видимо, не умеют управлять центром вращения и радиусами вращения различных частей своего вертолета, а между тем это совсем несложно, если летчика кто-нибудь научил или он сам научился этому заблаговременно. Подобное умение вообще оказывается востребованным во многих случаях в полете, а для благополучного выхода из левого неуправляемого вращения вертолета оно просто необходимо. Вместо многочисленных официальных общих рекомендаций летчикам, которые, к сожалению, в статистике аварий и катастроф изменить ничего не могут, предлагаю конкретный, проверенный на себе и потому верный способ.

Для прекращения паразитного левого вращения одновинтового вертолета летчику необходимо, удерживая правую педаль на упоре, ручкой управления, соразмерено взяв ее на себя, переместить центр вращения ближе к хвостовому винту.

Я не хочу комментировать достаточно спорные в некоторых случаях описания поведения вертолетов, попавших в сложную ситуацию в полете. Однако хочу отметить, что систематические заваливания вращающихся вертолетов при приземлении на правый бок красноречиво говорят о переднем расположении центров вращения, то есть об опущенных носах. При этом никак нельзя говорить о самопроизвольном опускании носа, поскольку ручка управления для парирования этого опускания не бывает и не может быть сдвинутой назад до упора, кроме тех случаев, когда летчик согласно неверной рекомендации упорно стремится разогнать скорость. Вот тогда заведомо меньший, чем темп вращения фюзеляжа, темп разгона скорости может привести к тому, что фюзеляж «подставляет» свой хвост на разогнанную уже какую-то скорость. Последствия легко представит любой аэродинамик: освободившаяся от индуктивного потока хвостовая часть фюзеляжа создаст вертолету момент на пикирование, плюс отданная вперед ручка, от чего и так уже возникает пикирующий тангаж. Все это действительно может создать условия для энергичного опускания носа, которое, возможно, трудно будет парировать даже полным, но уже запоздалым взятием ручки на себя. И это лишний раз говорит о безрассудности даже экспериментальных попыток разгона скорости при неуправляемом мощном левом вращении вертолета без очень грамотного методического сопровождения.

Рекомендации летчику о том, как действовать органами управления, чтобы «лучше» упасть, тоже выглядят слегка странными. Дело в том, что приземление правильно вращающегося вертолета, то есть вращающегося относительно вала несущего винта или относительно центра базы основного шасси, обязательно приведет к опрокидыванию влево. Главный вопрос в том, что вовсе незачем немедленно приземляться при вращении, нужно правильно использовать органы управления.

При соразмеренном взятии ручки управления на себя уменьшается радиус вращения хвостовой части фюзеляжа, создаются условия для разрушения вихревого кольца, ибо инертный вихревой тор не успеет за хвостовым винтом перестроить свою плоскость, плюс значительно уменьшается и осевой, наступающий на винт внешний поток воздуха как главный организатор завихрения. Все очень просто!

Хочу сказать, что некоторые американские авиационные конструкторы, стремясь не допускать образований вихревого кольца на хвостовых винтах своих вертолетов, конструктивно заваливают плоскость их вращения вбок на весьма заметное число градусов, мирясь при этом с неизбежным возникновением перекрестных связей в системе управления, но надеясь на уменьшение числа катастроф.

Кстати, вертолет, неуправляемо вращающийся в горизонтальной плоскости, можно благополучно посадить, если передние колеса шасси при взлете не самоориентируются вдоль продольной оси фюзеляжа или эта фиксация достаточно легко нарушается при первом же посадочном боковом юзе. Но для этого эксплуатант вертолетов, просчитав свои вполне возможные будущие потери от вынужденных приземлений с неуправляемым вращением (необязательно левым и необязательно из-за вихревого кольца), должен заказывать и оплачивать именно такую конструкцию передних стоек шасси.

Лично я в своей летной практике такое приземление выполнил благополучно только благодаря несамоориентирующимся передним колесам на вертолете Ка-15. Почти 50 лет назад был случай, когда мне удалось прекратить неожиданно возникшее мощное неуправляемое левое вращение вертолета Ми-4: тогда я еще не был обременен на сей счет никакими инструктивными рекомендациями и импульсивно брал ручку «на себя» каждый раз, когда нос вертолета был опасно направлен на близкую стоянку авиатехники. Тогда причины возникновения вращения и его прекращения не были мной вполне осознаны. Прозрение пришло гораздо позже в ЛИИ, когда случилась первая поломка по причине такого вращения Ми-24. Но все мои обращения к различным специалистам по этому вопросу были тщетными. Вероятно, я был бы более настойчивым, если бы знал раньше о, по-видимому, тщательно скрываемой доселе неприятной статистике этих летных происшествий на исправных одновинтовых вертолетах.

Думаю, что серьезность статьи А.Н. Семеновича заставит проверить мое предложение в целевых летных испытаниях. Тем более, что преднамеренный вход в режим первой фазы образования вихревого кольца на хвостовом винте и выход из него осваивался слушателями школы летчиков-испытателей выпуска 1961 года под руководством инструктора В.В. Виницкого. Правда, тогда никто не знал, что это явление связано именно с вихревым кольцом, а преподносилось оно как аэродинамическая особенность вертолета, выражающаяся в самопроизвольном «закидывании» хвоста вперед по движению. Сейчас этот прием легко можно продолжить до полного неуправляемого левого вращения любого одновинтового вертолета. Безопасный выход такого вращения гарантирован с помощью предложенного способа.

Понимаю, что процесс официального признания моего предложения не будет быстрым (нужно делать скидку и на техническую политику, и на амбиции различных специалистов), но ознакомление практикующих летчиков (особенно молодых!) с содержанием этой статьи сразу прекратило бы ничем не оправданные потери, что позволило бы сколько угодно долго ждать официального «дозревания». Иначе будущие неизбежные катастрофы из-за возникновения паразитных вращений влево будут выглядеть как бы заранее конструктивно спровоцированными и замаскированными под пресловутый «человеческий фактор».

Ясно, что предотвращать левое вращение, а когда оно уже случилось — благополучно выходить из ситуации, особенно в условиях полетов с кораблей или нефтяных платформ, все равно будет весьма сложно из-за чрезвычайно близких препятствий, при плохой погоде и ночью. Ведь неуправляемый левый разворот, хотя и непродолжительный, все равно будет иметь место. Так что ответственным лицам есть над чем ломать свои головы, имея в виду, что любые неуправляемые развороты над одиночными посадочными площадками кораблей и платформ не могут быть допустимы вообще.

При этом считаю, что предложения летчикам гарантированных мер по недопущению непроизвольных левых вращений сейчас невозможны. Здесь и отсутствие достаточно точных официальных данных об условиях образования вихревого тора, его конфигурации с учетом хвостовых конструктивных элементов, здесь и пилотажные способности каждого индивидуума, здесь и сложности учета угла и силы относительного ветра (скорости и направления перемещения вертолета в безориентирных условиях) и пр.

Гарантированным в настоящее время может быть только безаварийное прекращение неуправляемых левых вращений в условиях отсутствия близких препятствий, и это уже очень немало.

Николай БЕЗДЕТНОВ, Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель СССР