Слишком сильно замедлиться

Увеличивай угол атаки — и подъёмная сила какое-то время растёт. Затем что-то меняется. При критическом угле атаки, примерно 15° в упрощённой модели, плавный поток воздуха над верхней поверхностью крыла отрывается от поверхности и распадается на завихрения. Подъёмная сила уменьшается, а сопротивление увеличивается. Это называется срывом потока.

Сразу запомни две важные вещи:

• Срыв потока никак не связан с остановкой двигателя. Самолёт может попасть в срыв потока при полной мощности двигателя, а у планера двигателя вообще нет.
• Срыв потока вызывается углом атаки, а не скоростью. Крыло срывается, когда α превышает критический угол, и это может произойти на любой скорости.

Скорость срыва потока. В горизонтальном полёте подъёмная сила равна весу. При максимально возможном коэффициенте подъёмной силы C_Lmax скорость является минимальной, при которой крыло ещё может удерживать вес:

V_s = √( 2W / (ρ S C_Lmax) )

Для упрощённого самолёта: W = 9 810 N, ρ = 1,225, S = 16 m², C_Lmax = 1.6. Тогда V_s = √(19 620 / 31,36) ≈ 25 m/s, то есть примерно 90 km/h или 49 knots. Это совпадает с последней строкой таблицы из урока 2.

Что влияет на скорость срыва потока?

• Вес. Он находится под квадратным корнем. При увеличении веса на 20 процентов (1 200 kg) получаем V_s × √1,2 ≈ 27,4 m/s.
• Плотность. На большой высоте воздух разреженнее. На высоте 3 000 m в стандартной атмосфере (ρ ≈ 0,91) срыв потока происходит при истинной воздушной скорости около 29 m/s.
• Закрылки. Они увеличивают C_Lmax. При C_Lmax = 2,0 получаем V_s ≈ 22,4 m/s.
• Коэффициент нагрузки. В повороте или при подтягивающем манёвре крыло должно выдерживать нагрузку, превышающую вес: скорость срыва потока увеличивается в √n раз. При n = 2 упрощённый самолёт срывается примерно на скорости 35 m/s. Узнай в мире 2, как это связано с углом крена.

Почему происходит разделение потока? Вдоль верхней поверхности крыла воздух сначала ускоряется, и его давление падает, а затем должен замедлиться и восстановить давление ближе к задней кромке. Воздух прямо у поверхности (это пограничный слой) движется медленно и уже потерял энергию. При большом угле восстановление давления происходит настолько резко, что этот медленный слой не может преодолеть встречное давление: он останавливается, разворачивается и отрывается от поверхности. Весь поток за этой точкой превращается в турбулентный след, и подъёмная сила резко падает. Лаборатория «Поток» показывает, почему потенциальное течение никогда не разделяется, а реальный поток вокруг крыла — разделяется.

Что при этом ощущается? Перед срывом потока крыло может начать трястись, а поток — разрушаться. После срыва самолёт часто опускает крыло или нос. Принцип восстановления на уровне физики следует из причины: проблема в слишком большом угле атаки, поэтому нужно уменьшить угол атаки (ослабив натяжение и опустив нос относительно воздушного потока). Как выводят из срыва конкретный самолёт, инструкторы объясняют на тренировках для этого типа самолёта.