И это даже не кликбейт. Ну ладно, частично кликбейт: если вы захотите полетать на каких-нибудь пассажирских или транспортниках, они будут вас слушаться. Но вот современные истребители совсем не такие. Даже опытные лётчики не могут подчинить их дикий нрав, и если бы не танцы с бубном от шаманов-инженеров, летали бы они значительно хуже. И чтобы понять, почему чем хуже летает истребитель, тем ему лучше, потребуется небольшое погружение в теорию.
Для начала нам потребуются две замечательные точки на самолёте. Первая - это центр тяжести. Про нее все знают, но я все равно напомню: это такая точка, куда условно помещают силу тяжести данного тела; ее основное свойство в том, что сила тяжести, помещенная в эту точку, не создаёт вращающего момента. Поэтому, если центр тяжести находится ровно над опорой, тело удержится в равновесии на этой опоре.
Вторая точка - это аэродинамический фокус. Это такая точка, куда можно условно поместить подъемную силу и при этом подъемная сила не будет создавать момента. Как центр тяжести, только для подъемной силы. Две эти точки могут по-разному располагаться относительно друг друга и от их взаимного положения зависит поведение самолета.
Рассмотрим первый случай: фокус расположен ЗА центром тяжести, ближе к хвосту самолёта. А теперь проведем стандартное испытание динамики самолёта: малое увеличение угла атаки (порыв ветра в днище самолёта), при условии, что самолёт сбалансирован в прямолинейном горизонтальном полете. При увеличении угла атаки возрастает подъемная сила (которая приложена в точке фокуса), следовательно, хвост самолёта начнет подниматься, уменьшая угол атаки (а с ним и подъемную силу). Т.е. после кратковременного возмущения самолёт вернулся в устойчивое положение сам, без дополнительных действий от летчика.
Самолёт, в котором фокус расположен за центром тяжести, называется статически устойчивым. Главный плюс такого самолёта - летчик может поставить рули в балансировочное положение и уйти, самолёт продолжит лететь и с малыми возмущениями справится сам (примечание: разумеется, никакой летчик во время полета свое место не покинет, но никто не запрещал мне утрировать). Все транспортные и пассажирские самолёты статически устойчивы, это очень сильно повышает их безопасность.
Второй случай: расположение фокуса совпадает с центром тяжести, так называемая статическая нейтральность. В этом случае при малом
изменении угла атаки самолёт не вернётся в балансировочное положение, но и уходить от него не будет. Этот самолёт прочувствует на себе все возмущения атмосферы, но он все ещё относительно безопасен, и слушается рулей (и ветров тоже).
Третий случай, самый интересный: фокус расположен ПЕРЕД центром тяжести, ближе к носу. А теперь то же самое испытание, малое увеличение угла атаки. Подъемная сила закономерно увеличивается, вот только теперь она приложена перед центром тяжести и поднимает нос, увеличивая угол атаки ещё больше. Если опоздать с парированием возмущения, самолёт опрокидывается. Такой самолёт называют статически неустойчивым, и вот так он реагирует буквально на все, на любой атмосферных чих в свою сторону. В каждую секунду он пытается опрокинуться в случайном направлении (потому что порывы ветра тоже случайны). А теперь вспомним, что летчик человек, и ему нужно время, чтобы среагировать на изменение положения самолёта. А ещё вспомним про то, что существует (аппаратное) запаздывание системы управления, и убрать его нельзя. Ну и до кучи: в процессе полета у самолёта как минимум меняется положение центра тяжести (топливо выработалось, ракеты отстрелили), а значит, реакция на возмущения атмосферы и на отклонения рулей (на само управление) тоже будет меняться. Итог: человек физически не способен управлять таким самолётом.
И тем не менее, абсолютно все современные истребители статически неустойчивы. Когда я узнала об этом, то у меня возникли два вопроса:
1)Как они тогда летают?
2) Нахрена так мучиться?
А теперь по порядку:
Ответ на первый вопрос был в начале заметки: статически неустойчивые самолёты летают трудами инженеров, ответственных за систему автоматического управления. Эти полубезумные гении собирают многоуровневые системы фантастической сложности и превращают самолёт в динамически устойчивый. Динамически устойчивый - он статически неустойчивый, но ощущается летчиком и управляется как устойчивый. Шаманские танцы с бубном и под мухоморами с кофе перед компом с будущей САУ творят чудеса.
А теперь второй вопрос: нахрена это все надо? Зачем так заморачиваться с суперсложной САУ и за что мы платим безопасностью? Как оказалось, статическая неустойчивость даёт очень вкусные для военных плюшки, которые перевешивают недостатки:
Первая плюшка. В динамике полета понятия устойчивость и управляемость в некотором роде антагонисты. Чем больше устойчивость, тем больше нужно приложить усилий, чтобы вывести самолёт из положения равновесия, следовательно, тем хуже управляемость. Транспортным самолётам не нужно крутить фигуры высшего пилотажа, для них безопасность важнее. А вот у военных все ровно наоборот. Статически неустойчивые самолёты ультраманевренные. Неспособность самолёта хоть сколько-нибудь долго оставаться в одном положении сильно мешает в длительном горизонтальном полете, но в воздушном бою она даёт +100 к маневренности и шансам выжить.
Вторая плюшка. Фокус самолёта тоже не стоит на месте, и чем больше скорость, тем больше он отползает назад, к хвосту. На дозвуке это ещё не заметно, а вот при превышении скорости звука это начинает играть существенную роль. Если фокус ползет на неустойчивом самолете, то такой самолёт просто потихоньку будет приближаться к статической нейтральности. А вот на устойчивом самолёте фокус уползет ещё дальше и самолёт станет слишком устойчивым. Он просто перестанет реагировать на рули до тех пор, пока скорость не уменьшится.
И третья плюшка: дополнительная подъемная сила. Вот тут будет сложно, следите за руками. На статически устойчивом самолёте фокус
расположен за центром тяжести. Из-за этого при полете появляется пикирующий момент: подъемная сила действует ближе к хвосту и опускает нос. Чтобы самолёт не упал, пикирующий момент нужно сбалансировать таким же по величине кабрирующим (направленным на поднятие носа). Балансировочный момент создаётся на горизонтальном оперением, которое в классической схеме расположено на хвосте. Чтобы момент был направлен на кабрирование, нужно, чтобы сила на ГО была направлена вниз (на опускание хвоста и поднимание носа).
Таким образом, часть подъемной силы самолёта (направленной вверх) съедается балансировкой (сила на ГО направлена вниз). Это называется потери на балансировку. Для транспортников эти потери не критичны, там безопасность важнее, и крыло там огромное. А вот у сверхзвуковых истребителей ситуация обратная: крыло у них маленькое и подъемной силы всегда в обрез (кто хочет посмотреть на апофигей маленьких крыльев и недостатка подъемной силы - гуглите фотки Lockheed F-104 Starfighter). И вот тут неустойчивая компоновка выручает: у нее фокус перед центром тяжести, подъемная сила создаёт кабрирующий момент, а балансировочный момент должен быть пикирующим и создаваться на хвосте силой, направленной вверх. Т.о., при статически неустойчивой компоновке потерь на балансировку нет, наоборот, горизонтальное оперение создаёт дополнительную подъемную силу, которая помогает самолёту лететь.
Поэтому уважайте пилотов истребителей, они летают на том, что каждую секунду может их убить. А ещё больше уважайте инженеров,
которые ценой своего ментального здоровья сделали возможным и даже относительно безопасным такой полет.
Автор: Лиза Гладышева
Комментарии (95)
Sabirman
30.08.2024 13:27+11Сейчас устойчивость истребителя решается электроникой, а для пилота самолет как-будто устойчмв.
Javian
30.08.2024 13:27+23Я — «Як»,
Истребитель,
Мотор мой звенит.
Небо — моя обитель.
Но тот, который во мне сидит,
Считает, что он — истребитель.
HotReset
30.08.2024 13:27Кому интересна тема авиации, посоветую блог vladimir-krm (тег "авиа") на жж. Не знаю кто его ведёт сейчас, возможно - жена, раньше вёл автор.
mpa4b
30.08.2024 13:27+14Итог: человек физически не способен управлять таким самолётом.
В начале 20ого века многие самолёты получались статически неустойчивыми (например те, у которых хвостовое оперение создавало подъёмную силу вверх), и ничего -- как-то человеки на них летали.
acc0unt
30.08.2024 13:27+13При очень сильной сноровке можно даже на квадрокоптере летать вручную. Совсем вручную. Не только без автоматического удержания ориентации-высоты-позиции, но и даже без динамической стабилизации. Гироскоп? Ха. Позиционирование глазами, тяга руками, PID в голове.
Другое дело что чтобы сделать нужный алгоритм стабилизации у себя в мозгах и выучиться так летать, можно раскокать целый вагон квадрокоптеров. Что для беспилотных дронов ещё может быть приемлемо. А для огроменной крылатой дуры размером с дом, в которой пилот ещё и лично сидит - уже и одну разбить как-то не очень.
Чем ниже стабильность, тем выше для выполнения самых базовых манёвров требования к навыкам пилота, и нагрузка на этого пилота. И чтобы пилоты не упирались в skill issue, стабилизацию отдают машинам.
Wesha
30.08.2024 13:27+1А для огроменной крылатой дуры размером с дом, в которой пилот ещё и лично сидит - уже и одну разбить как-то не очень.
Предкам это не мешало!
Merrynose
30.08.2024 13:27Многие это какие? Можете привести примеры?
lgorSL
30.08.2024 13:27+2Самолёт Илья Муромец.
Характерный период отклонения был порядка 5 секунд, пилот постоянно его "ловил".
Merrynose
30.08.2024 13:27+1Да, спасибо за интересный пример. Прочитал подробный разбор от Пышнова В.С., там довольно занимательно с аэродинамикой этого аппарата: он статически неустойчив по углу атаки, но при этом статически устойчив по перегрузке ввиду малых скоростей полёта.
Если интересно, то вот ссылка: https://lib.ru/NTL/AVIA/PISHNOW/pyshnov.txt#%D0%A1%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82_%D0%98%D0%BB%D1%8C%D1%8F_%D0%9C%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%86lgorSL
30.08.2024 13:27+1Ещё я где-то находил, кажется, мемуары Сикорского (либо кого-то, кто был рядом), там были довольно интересные истории как в полёте загорелся двигатель и кто-то из экипажа вылазил на крыло его тушить.
И в целом чувствуется, что для самолётов устоявшихся решений не было и люди пробовали самые разные варианты.
treskovvvs
30.08.2024 13:27Не придётся глубоко копать, чтобы понять, что устойчивость по углу атаки и устойчивость по перегрузке - одно и то же, в любом учебнике аэродинамики это написано. Перегрузка есть отношение подъемной силы к силе тяжести, а подъемная сила как раз зависит от угла атаки. Возможно вы хотели написать об устойчивости по скорости
Merrynose
30.08.2024 13:27Я написал ровно так, как было написано в книге Пышнова В.С., ученого, занимавшегося аэродинамикой. Ссылку я привел выше, можете посмотреть, если интересно.
Wesha
30.08.2024 13:27(Характерным жестом поправляя очки на носу) Простите, Илья Муромец — это сказочный герой, а самолёт — это "Илья Муромец".
OrAnGeFoXL
30.08.2024 13:27Почти у всех самолётов оперение создаёт подъемную силу))) которая служит для управления самолётом и уравновешивания сил, действующих на него
0HenrY0
30.08.2024 13:27+4Оперение в носу (схема "утка") создает подъемную силу. В "классической" схеме хвостовой стабилизатор создает отрицательную подъемную силу.
AndyBuh
30.08.2024 13:27Замуж! Срочно!
vvzvlad
30.08.2024 13:27+35А что именно вас бесит? Что девушка умная или что она умнее вас?
randomsimplenumber
30.08.2024 13:27+3Есть специальные теги для цитат из анекдотов? Чтобы с поддержкой уровня бородатости? ;)
Squoworode
30.08.2024 13:27+2Да: <a></a>
Не каждый бородатый анекдот настолько смешной, чтобы помнить его.
Кстати, ситуация напомнила анекдот про людей, которые ссылаются на анекдот, но не дают его полного текста, и котлы в аду...
randomsimplenumber
30.08.2024 13:27+1https://anekdotov.net/anekdot/all/zmzhdrsrchnzmzh.htm
https://anekdotov.net/anekdot/all/tvtbrnzhntsvmnd.htm
Ожидается что заинтересовавшийся сможет сам выделить ключевую фразу и через контекстное меню воззвать к Всеведущему.
Squoworode
30.08.2024 13:27+3С анекдотами никогда не угадаешь, ту ли версию, которую гугл дал в первой строке, имел в виду автор...
muxa_ru
30.08.2024 13:27Чтобы что-то ожидалось, надо кавычить строчку.
Без этого, никто не обязан узнавать цитаты и аллюзии.
kinall
30.08.2024 13:27+24они летают на том, что каждую секунду может их убить.
...чтобы убить кого-то ещё, и побольше.
Извините.
0x1A4
30.08.2024 13:27+6Поиграться с разными компоновками, построить реактивный самолет и полетать на нем можно в Kerbal Space Program. Там аэродинамический фокус называется центром аэродинамических сил (англ. center of lift - CoL). Так же, кроме центра масс (center of mass - CoM) указывается центр тяги ( center of thrust - CoT)
p07a1330
30.08.2024 13:27SimplePlanes не щупали?
Можете что-то скзаать в сравнение?
Обычно его юзал для подобных проверок)
AiR_WiZArD
30.08.2024 13:27+6Когда тестировал, simple planes показался прям аркадным, симуляция на примитивнейшем уровне, хотя если учесть когда и под что разрабатывалось (под старые смартфоны), вопросы отпадают. В KSP с FAR (мод такой на продвинутую аэродинамику) все значительно сложнее, и приходится учитывать кучу параметров, самолёт, резво летающий на дозвуке, развалится при выходе на сверхзвук. В карьере этот мод практически убивает авиацию (ибо зачем часами сидеть в ангаре, чтобы собрать хоть что-то работающее, если ракету сделать быстрее и эффективнее), но в песочнице идеален в паре с advance jet engine (реалистичное управление движками)
Из нового есть flyout, он хорош, идеальная процедурная песочница для авиации, но сложная, и пока ещё сырая
Yuriks111
30.08.2024 13:27+2Kerbal Space Program отличный сим. Если сделаешь аппарат, который выйдет на орбиту или доберется до Луны, поймешь все основы аэродинамики. Кто-то умудряется до Марса долететь, или станцию на орбите собрать. И супер интересно)
Обидно что KSP2 закрыли :(
Zenitchik
30.08.2024 13:27+1Вы хотели сказать "До Муны"?
Я облетал всю систему спутников Кербина. К планетам - так и не слетал: без кербализма не интересно. И в микроконтроль ближнего космоса постоянно закапываюсь.
Аэродинамика - точно мимо, там крыло не экранируется. Вот баллистика - более-менее, хоть и "орбитальные рельсы".
KSP2 меня, честно говоря, не заинтересовал. Системные требования существенно больше, а интереснее - не особо.
AccountForHabr
30.08.2024 13:27Что значит современным? неустойчив был тот же f-117 - почти 50 лет с тех пор прошло.
Lexxnech
30.08.2024 13:27+1С него прошло всего 16 - снят с вооружения в 2008. А какие-нибудь F-15 и F-16 на вооружении до сих пор, хотя они старше F-117. Мало того, F-16 несмотря на то что принят на вооружение еще в семидесятых, до сих пор является самым распространенным боевым самолетом. И даже производится, правда только на экспорт. И по недавним планам, будет оставаться на вооружении ВВС США до сороковых.
Daimos
30.08.2024 13:27+1F-15 и F-16 вряд-ли остались в таком же состоянии как и при в начале выпуска, их явно неоднократно модернизировали.
F-117 видимо слишком дорого модернизировать и содержать.
AiR_WiZArD
30.08.2024 13:27Все верно, f16 block 70/72, например, совсем недавно выпустили (в конце 2010х), модификаций там огромное множество
iboltaev
30.08.2024 13:27+4ох, мы на 4м курсе такое считали, автомат стабилизации, входные данные - отклонение и его первая производная, коэффициенты по критерию Рауса-Гурвица, там вот это все. Еще запаздывание там как-то вводится, забыл уже
Bedal
30.08.2024 13:27+1А не эту ли статью я видел на Дзене с месяц-другой назад? Вроде это не в стиле хабра?
Flammmable
30.08.2024 13:27Стиль - стилью рознь. Как и отсутствие стиля - отсутствию стиля. Вот эта статья на 0% соответствует стилю Хабра но...
nidalee
30.08.2024 13:27Это еще что. Тут на день святого валентина с месяц провисела статья айтишницы "ищу мужа".
UP: а, нет, еще висит. Так и не потерли этот срам.
Flammmable
30.08.2024 13:27+1"Ищу мужа" - разовая статья. Помещённая, кроме того, в хаб Чулан, а следовательно, не претендующая на ППА и первое место в рейтинге авторов.
В случае же кофейных косточек это именно системное явление. Полистайте другие статьи автора.
Squoworode
30.08.2024 13:27+1Правила Хабра разрешают кросспостить собственные статьи
Bedal
30.08.2024 13:27да, но не сообщить при этом, что статья уже публиковалась и где публиковалась - мягко говоря, моветон.
Была бы хоть статья приличная, а то в стиле худших бложиков, одни ахи да охи.
tandzan
30.08.2024 13:27Я определенно еще лет 20 назад видел на ТВ такой продвигаемый нарратив, примерный смысл был "посмотрите какие нехорошие истребители за рубежом"
Yaant
30.08.2024 13:27Если и не эту, то очень похожую. Я тоже где-то с месяц назад читал на Дзене. Но сейчас найти не могу.
Bedal
30.08.2024 13:27В том-то и дело. Мало того, что "молодая была немолода", так ещё и статья, получившая изрядную порцию критики даже на дзене, тащится на хабр без какой-либо правки.
Стыдоба.
bak
30.08.2024 13:27+4человек физически не способен управлять таким самолётом
Это не правда. Статически неустойчивым самолетом вполне можно управлять вручную, постоянно парируя попытки самолета отклонится в стороны. Другое дело что это не очень удобно и постоянно требует высокой концентрации внимания, намного проще когда этим управляет автомат.
Merrynose
30.08.2024 13:27+1Вопрос в режимах полёта. В каких-то диапазонах вам хватит реакции, а в каких-то уже нет. В РЛЭ того же Су-27 написано, что при отказе систем, обеспечивающих устойчивость, установить определенную скорость (сильно меньше крейсерской) и ползти на аэродром.
bolarson
30.08.2024 13:27"Поэтому уважайте пилотов истребителей, они летают на том, что каждую секунду может их убить." -- по такой логике и не пристегивающихся за рулем тоже уважать придется, и зацеперов, и дельтапланеристов...
xSVPx
30.08.2024 13:27+3Вы не видите разницы между раздолбаем, и человеком выполняющим опасную работу ?
Спасателей тоже к зацеперам в одну группу определим ?
MadeByFather
30.08.2024 13:27+3Ну всё-таки, не работу, а службу.
xSVPx
30.08.2024 13:27+4Службу вроде бы несут, а не выполняют.
Спасатели, кстати тоже. Неся службу выполняют опасную работу. Разве нет ?
MadeByFather
30.08.2024 13:27Из контекста подразумевалась не какое-то конкретное действие, а в целом вид деятельности.
Но даже если взять за пример конкретный полет, то лично у меня не поворачивается называть это работой даже в виде просторечия - это военнослужащие, которые выполняют боевые задачи, обязанности или исполняют приказы. Но уж точно не выполняют работу по защите границ или уничтожению противника.
И в целом коннотация между работой и службой есть - вот вы можете на работе переработать, а солдат в окопе или спасетель на пожаре не может. И по своей воле они тоже мало что могут делать, у них служба для кого-то и с какой-то целью - как правило, для государства (= других граждан)
JediPhilosopher
30.08.2024 13:27+1и дельтапланеристов..
А вот сейчас обидно было
парапланерист
TIEugene
30.08.2024 13:27Ну, парапланеристам с мягким крылом чем париться-то.
А вот дельтапланерам с полужестким S-образным крылом и плавающим аэродинамическим фокусом как-то немного сложнее.
RTFM13
30.08.2024 13:27А чего сразу обижаться?
Уваже́ние — субъективная позиция одного человека по отношению к другому, признание достоинств личности, чувство почтения кого-либо.
Ну развлекаетесь вы полетами на тряпочке с верёвочками. Какие такие у вас заслуги, что я перед вами должен почтение испытывать?
Большинству ваше увлечение до лампочки, смиритесь.
RTFM13
30.08.2024 13:27+2На статически устойчивом самолёте фокус
расположен за центром тяжести. Из-за этого при полете появляется пикирующий момент:
Што? Вы только что писали, что устойчивый (по тангажу?) срмолёт никуда не пикирует.
Вы, похоже попутали устойчивость и центровку.
А.фокуус это точка приложения не подъемной силы, а приращения подъемной силы при изменении угла атаки. (повторять до прояснения)
Центровку да, стараются на крейсерском режиме держать нулевой (т.к. у стабилизатора симметричный или близкий к симметричному профиль) или слегка задней. Как раз у больших транспортников и пассажирских, т.к. они горючки много жрут.
И сложность там в большом диапазоне скоростей.
А на сверхзвуке там вообще аэродинамика по другим совсем законам работает.
Это такая точка, куда можно условно поместить подъемную силу и при этом подъемная сила не будет создавать момента.
Подъемная сила не создаёт момента если приложена к точке на одной прямой с силой тяжести. Хотя правильнее было бы сказать вертикальная составляющая полной аэродинамической силы.
никакой летчик во время полета свое место не покинет
Merrynose
30.08.2024 13:27Центровку да, стараются на крейсерском режиме держать нулевой (т.к. у стабилизатора симметричный или близкий к симметричному профиль)
Какая связь между центровкой и профилем стабилизатора??
И что такое "нулевая центровка"?
RTFM13
30.08.2024 13:27Симметричный профиль стабилизатора имеет меньшее аэродинамическое качество, по этому им не выходно создавать большую подъемную силу на крейсерском режиме. Нулевая, когда стабилизатор не создает подъемной силы. Всё это на крейсерском режиме, разумеется.
Merrynose
30.08.2024 13:27Смотрите, диапазон эксплуатационных центровок современных гражданских самолетов находится в диапазоне около 15%-30% САХ, то есть крыло всегда будет создавать пикирующий момент.
Соответственно, горизонтальное оперение будет вынуждено создавать отрицательную подъемную силу для балансировки самолета. По другому никак.
RTFM13
30.08.2024 13:27Не убедительно.
Из авиамодельного детства припоминаю цифру расположения ЦД в районе 25% САХ. Т.е. уже в ваш диапазон попадает. А там еще кабрирующий момент от двигателей.
papa_inura
30.08.2024 13:27+13Современным автомобилем никто не может управлять. Инженером пришлось танцевать с бубном и выдумывать сход-развал, специальную подвеску, рулевую систему, усилители. Ну вы поняли.
Merrynose
30.08.2024 13:27+2Я бы добавил, что на некоторых современных дальнемагистральных пассажирских самолётах, после взлета при помощи перекачки топлива в специальный балансировочный бак в хвосте, смещают центровку назад, для снижения потерь на балансировку в длительном полете.
Flammmable
Словил майндфак )))
Первая (не считая КДПВ) картинка - с 82 страницы книжки 2004 года от, мягко говоря, противоречивого автора. Который, в частности, отрицает высадку американцев на Луне.
babypowder
в те же года ирак типа что-то скрывал - вполне себе заговор
muxa_ru
Как обосновывает?
Flammmable
Он, если мне не изменяет память, две книженции написал на эту тему. Сейчас помню, что она там много жаловался, что он написал в ГЕОХИ РАН, который имел отношение к исследованию лунного грунта, а его послали.
muxa_ru
Это Мухин чтоли?
Flammmable
Не подтверждаю и не опровергаю )