Историко-исследовательская работа " Фигуры высшего пилотажа"

Введение

Пилотаж

Фигурой пилотажа принято называть движение летательного аппарата по заранее определённой траектории, при этом ему придаются положения, не свойственные горизонтальному полёту. Из отдельных фигур формируются комплексы, которые демонстрируются на авиашоу и соревнованиях.

Пилотаж принято различать по степени сложности на простой, сложный и высший, по количеству участвующих летательных аппаратов — на одиночный и групповой.

Деление фигур пилотажа по сложности меняется по мере того, как совершенствуются летательные аппараты. Многие фигуры, которые сейчас относят к простому пилотажу, раньше считались высшим пилотажем.

Основная часть

Фигуры простого пилотажа

1)Вираж (с креном до 60°)

2)Горизонтальная восьмёрка

3)Спираль

4)Горка (с углами кабрирования до 45°)

5)Боевой разворот(Иммельман)

Вираж

В авиации вираж — это фигура простого пилотажа, при выполнении которой летательный аппарат, двигаясь поступательно, разворачивается в горизонтальной плоскости на 360°. Часть виража, имеющая цель изменение направления движения на угол, меньший 360°, называется разворотом. Вираж с постоянной скоростью и углом крена называется установившимся; установившийся вираж без бокового скольжения — правильным. Предельным называется вираж, для выполнения которого на заданной высоте при максимальном крене и максимальной эксплуатационной перегрузке использована вся мощность двигательной установки летательного аппарата. Время выполнения виража и его радиус — основные характеристики маневренных возможностей самолёта в горизонтальной плоскости

Горизонтальная восьмерка

Горизонтальная восьмёрка — фигура простого пилотажа, представляет собой замкнутую траекторию в горизонтальной плоскости, комбинацию двух виражей, правого и левого, без потери и без набора высоты.

Восьмёрка выполняется так же, как и вираж. При выполнении правого виража двигатель должен работать на более низких оборотах, чем при выполнении левого. В конечном итоге, это зависит от конструкции самолёта и, соответственно, от направления вращения винтомоторной группы.

Спираль

Спираль — фигура пилотажа, в процессе которой самолёт движется по спиральной траектории на эксплуатационных углах атаки с набором высоты или со снижением.

Восходящая спираль — фигура пилотажа, при которой самолёт, двигаясь в режиме установившегося подъёма, разворачивается в горизонтальной плоскости с постоянным радиусом кривизны. Применяется для набора высоты в ограниченном районе.

В чистом виде восходящая спираль используется для набора высоты в пилотажной зоне при проведении тренировок и соревнований по самолётному спорту.

Нисходящая спираль — фигура пилотажа, при которой самолёт, двигаясь в режиме установившегося снижения, разворачивается в горизонтальной плоскости с постоянным радиусом кривизны. Применяется для потери высоты в ограниченном районе.

Горка

Горка — фигура пилотажа, при выполнении которой летательный аппарат набирает высоту с постоянным углом наклона траектории. Выполнение горки, как правило, приводит к потере скорости.

Горка может быть подразделена на следующие этапы: ввод в горку, прямолинейный участок, вывод из горки. Ввод в горку может выполняться кабрированием, переходом из виража, выходом из пикирования. Набор высоты при выполнении горки ограничивается минимально допустимой скоростью полёта. Вывод из горки может выполняться уменьшением угла тангажа, переходом в пикирование или переходом в разворот.

Боевой разворот (Иммельман)

Боевой разворот- это один из видов маневрирования самолёта. Представляет собой быстрый разворот на 180° с набором высоты. Применяется при необходимости быстро изменить направление полета на 180° и одновременно набрать высоту. Набор высоты при выполнении боевого разворота производится в основном за счёт запаса кинетической энергии движения (запаса скорости).

Эта фигура пилотажа была названа в честь немецкого лётчика-аса Макса Иммельмана (1890—1916). Оригинальный переворот Иммельмана (в советской авиационной практике — «полупетля») состоит из полупетли и полубочки; в результате выполнения этого приёма в бою атакующий самолёт выходит выше и позади вражеского самолёта, если они до этого были на встречных курсах, что обеспечивает выгодную позицию для успешной атаки.

Фигуры сложного пилотажа

1)Переворот

2)Мёртвая петля

3)Пикирование (с углом пикирования более 45°)

4)Бочка

5)Поворот на горке (ранверсман)

6)Штопор

Переворот

Переворот — фигура сложного пилотажа, при которой самолёт поворачивается вокруг продольной оси на 180° с прямолинейного полёта в перевёрнутый относительно горизонта с последующим движением по нисходящей траектории в вертикальной плоскости и выходом в горизонтальный полёт в направлении, обратном входу. Также известен как «обратный иммельман».

Мертвая петля

Мёртвая петля в авиации — фигура сложного пилотажа в виде замкнутой петли, в России известная также как «петля Нестерова». Представляет собой замкнутую петлю в вертикальной плоскости. Петля называется правильной, если все точки её траектории лежат в одной вертикальной плоскости.

 Своё название — «мёртвая» — получила из-за того, что некоторое время была рассчитана только теоретически на бумаге и практически не выполнялась.

До П. Н. Нестерова даже горизонтальные развороты на самолётах делали без крена — «блинчиком». Его заслуга в том, что он начал использовать подъёмную силу крыла для манёвра и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. Он так доверял своим расчётам, что перед выполнением «мёртвой петли» даже не пристегнулся ремнями к самолёту. Расчёты оказались правильными и в верхней точке петли он не выпал, как предостерегали некоторые, — центробежная сила прижимала лётчика к сиденью. Первые попытки выполнить эту фигуру пилотажа осуществлялись на заре авиации на самолётах, которые не выдерживали возникающих при этом перегрузок и разрушались, пилоты обычно не выживали. Впервые в мире выполнена 27 августа  1913 года в Киеве над Сырецким полем П. Н. Нестеровым. Этим манёвром Нестеров положил начало высшему пилотажу.

Пикирование

Пикирование — фигура простого пилотажа, заключающаяся в крутом прямолинейном (или близком к прямолинейному) неустановившемся снижении самолета с углами наклона траектории больше 30° и изменяющейся скоростью при малых углах атаки крыла (движение самолёта по наклонной к горизонту траектории от 30 до 90°). Пикирование с углом наклона, равным 90°, называется отвесным. Пикирование является отрицательным тангажом (с уменьшением угла носа самолёта), то есть противоположностью кабрирования — положительного тангажа (с увеличением угла подъёма носа).

Бочка

Бо́чка — фигура пилотажа, при выполнении которой самолёт поворачивается относительно продольной оси на 360° с сохранением общего направления полета. По типу выполнения может быть быстрой и медленной, по числу оборотов — одинарная, полуторная и многократная, по наклону траектории полёта — горизонтальная, восходящая и нисходящая.

Ранверсман

Ранверсман -фигура высшего пилотажа , тоже, что поворот на горке, позволяющая быстро переменить направление полета, что очень важно во время воздушного боя. Самолет круто задирает нос до потери скорости, затем головная, тяжелая часть самолета перетягивает и самолет начинает скользить на крыло с переходом на планирование в направлении полета, противоположном первоначальному.(то есть происходит быстрый поворот самолёта на 180° без потери высоты, без поворота вокруг продольной оси и пикирования в направлении, обратном направлению горки).

Штопор

Што́пор в авиации — особый, критический режим полёта самолёта , заключающийся в его снижении по крутой нисходящей спирали малого радиуса с одновременным вращением относительно всех трёх его осей; неуправляемое движение самолёта на закритических углах атаки. При этом самолёт переходит на режим авторотации. Штопору предшествует потеря скорости и сваливание. В ряде случаев предштопорное состояние самолёта характеризуется предупредительной тряской.

Штопор имеет несколько классификаций:

 Есть 2 вида штопора:

1)нормальный (прямой) — самолёт движется на положительных углах атаки.

2)перевёрнутый (обратный) — самолёт движется на отрицательных углах атаки, то есть «пилот висит на ремнях».

По углу наклона продольной оси самолёта к горизонту:

1)крутой (50—90°)

2)пологий (30—50°)

3)плоский (<30°)

По направлению движения самолёта:

1)левый штопор — вращение против часовой стрелки,

2)правый штопор — вращение по часовой стрелке.

По степени изменения средних параметров движения самолёта в штопоре от витка к витку:

1)установившийся (устойчивый) — параметры практически неизменны,

2)неустановившийся (неустойчивый) — параметры изменяются.

По характеру изменения параметров движения самолёта в процессе выполнения одного витка:

1)равномерный — все параметры движения самолёта в режиме близки к своим средним значениям, изменение по времени угловых скоростей, углов атаки и скольжения небольшие.

2)колебательный штопор — параметры движения самолёта изменяются значительно

Фигуры высшего пилотажа

К ним относятся все остальные фигуры и их комбинации, а также все фигуры обратного пилотажа и:

1)Чакра Фролова

2)Колокол

3)Кобра

Чакра Фролова

Чакра Фролова — разворот в плоскости тангажа на 360° с чрезвычайно малым радиусом, своеобразный воздушный кульбит. При выполнении этой фигуры самолет делает «мёртвую петлю» малого радиуса и на очень малых скоростях полета, практически разворачиваясь вокруг своего хвоста. Эту фигуру можно выполнить только на самолетах с отклоняемым вектором тяги.

Чакра Фролова была впервые продемонстрирована Евгением Фроловым.

Практическое значение этой фигуры пилотажа для истребительной авиации заключается в возможности атаковать противника «за спиной» или, если он совсем близко, пропустить его вперёд, самому заняв атакующее положение.

Кобра

Ко́бра-это фигура высшего пилотажа, которая демонстрирует управление тангажом в динамике полёта, стабильность на больших углах атаки и возможности сверхманёвренности реактивного самолёта.

Впервые эту фигуру высшего пилотажа начал выполнять в испытательных полетах на самолёте Су-27 Заслуженный лётчик-испытатель СССР, Лётчик-космонавт СССР, Герой Советского Союза — Игорь Петрович Волк. Первое исполнение фигуры, названной затем «коброй» произошло в 1989 году непроизвольно при отработке И. П. Волком техники выведения самолёта из штопора над аэродромом имени Громова в городе Жуковском, а уже затем было повторено им многократно в последующих полётах. Позже И. П. Волк продемонстрировал исполнение этой фигуры и научил выполнять её Заслуженного лётчика-испытателя Пугачёва Виктора Георгиевича на самолете Су-27УБ. Впоследствии В. Г. Пугачёв продемонстрировал её исполнение широкой публике за рубежом на авиасалоне в Ле-Бурже в 1989 году. После чего эта фигура ошибочно обрела название, как «кобра Пугачёва». Имея в виду приведённые факты, было бы более корректным говорить об этой фигуре высшего пилотажа, как о «кобре Игоря Волка», или, по крайней мере, как о «кобре Волка-Пугачёва», учитывая, что В. Г. Пугачёв отдал впоследствии много времени и сил оттачиванию техники исполнения этой фигуры высшего пилотажа.

При выполнении «кобры» самолёт резко задирает нос, вплоть до запрокидывания назад, но при этом сохраняет прежнее направление полёта. Таким образом, самолёт выходит на углы атаки больше 90 градусов. Затем, самолёт возвращается в нормальный режим полёта практически без потери высоты. Практическая значимость этой фигуры в бою заключается в возможности экстренного сброса скорости (аэродинамическое торможение — второе название «кобры»), что позволяет «стряхнуть с хвоста» истребитель противника в ближнем бою.

Колокол

Ко́локол — фигура высшего пилотажа, при которой самолёт находится носом вверх на нулевой скорости, после чего, проседая вниз, опрокидывается носом вниз, имитируя раскачку языка колокола. После того как самолёт проходит нулевую скорость (то есть скорость изменяется от заданной скорости ввода до нулевой), при падении на «хвост» скорость имеет незначительную отрицательную величину, а после опрокидывания носа вниз увеличивается до скорости вывода в горизонтальный полёт.

Практическая значимость этой фигуры в бою заключается в том, что на время прохождения нулевой скорости самолёт становится незаметным для радаров и головок ракет с радиолокационным наведением на цель. Также используется при работе по поверхности для погашения скорости и последующего прицеливания.В наши дни эту фигуру можно видеть не в воздушных боях, а во время выступлений пилотажных групп «Стрижи», «Русские витязи», «Русь».

Что такое перегрузка?

Наиболее общее определение перегрузки дал Константин Эдуардович Циолковский, назвав ее относительной или кажущейся тяжестью.

Перегрузка показывает напряжение в «системе материальных точек», на которую действуют внешние поверхностные силы. Так как перегрузка есть отношение равнодействующей этих сил к весу системы, то она как бы показывает, во сколько раз стала тяжелее вся система.

Перегрузка направлена в сторону, противоположную ускорению, и численно обычно совпадает с величиной ускорения.

Влияние перегрузки на организм зависит главным образом от ее величины, времени действия и направления, то есть от положения организма по отношению к действующей силе.

Значительные перегрузки довольно сильно воздействуют на организм, а при некоторых критических значениях приводят к тяжелым последствиям. Прославленный советский летчик А. И. Покрышкин, вспоминая об одном из воздушных боев, пишет: «Тут со мной произошла досадная неприятность. Слишком резко переломив машину из-за опасности прямого столкновения с зажженным «Мессером», я от большой перегрузки на какое-то мгновение потерял сознание».

При перегрузке тело человека как бы утяжеляется, каждое движение требует больших усилий. Дело в том, что организм человека состоит из разнородных тканей, в нем есть полости, по упругим сосудам пульсирует кровь. Под воздействием ускорения внутренние органы начинают смещаться, кровь приливает к ногам или голове (в зависимости от направления ускорения). При ускорении 14 — 15 g кровь становится как бы тяжелее ртути и сердце с трудом проталкивает ее по сосудам.

Обычно различают четыре направления воздействия перегрузок на человека: голова — таз, таз — голова, грудь — спина и спина — грудь.

Если перегрузка действует в направлении «голова — таз», все наши внутренние органы, которые не закреплены «жестко», стремятся опуститься как можно ниже, насколько позволяет строение организма, кровь тоже устремляется вниз — от головы, сердца и легких к органам брюшной полости и ногам, лицо втягивается, как бы худеет, а объем голени, наоборот, намного увеличивается. Мозг обескровливается. Человек теряет сознание. Действие перегрузки от ног к голове вызывает прилив крови к верхней части тела, кровотечение из носа, кровоизлияние в сосудах глаз. Наиболее безболезненно переносятся перегрузки, действующие поперек человеческого тела, однако и они при большой величине ускорения или значительной длительности воздействия вызывают серьезные нарушения жизнедеятельности организма.

Как показали проведенные за рубежом опыты, при обычном положении в кресле самолета тренированные летчики удовлетворительно переносят в течение одной-двух секунд семи-восьми-кратные перегрузки; до 5 единиц — в течение 15 — 20 секунд. Мгновенные, так называемые ударные перегрузки, которые длятся не более одной десятой доли секунды, переносятся даже, когда они достигают 20 единиц. Человек в этот момент как бы весит 1,5 тонны! А когда перегрузки действуют в направлении «грудь — спина», можно выдержать мгновенное действие ускорений 40g!

Сверхманевренность

Способность некоторых самолётов сохранять устойчивость и управляемость на закритических углах атаки с высокими перегрузками, обеспечивающая безопасность боевого маневрирования, а также способность самолёта к изменению положения относительно потока, позволяющая наводить оружие на цель вне вектора текущей траектории называется сверхманевренностью.

К серийным сверхманевренным самолётам следует отнести Су-27, МиГ-29, Су-30, Су-35, МиГ-35, F/A-18E/F, F-22. На этих самолётах за счёт применения специальной аэродинамической схемы, основанной на широком использовании вихревой аэродинамики, и двигателей с управляемым/отклоняемым вектором тяги достигнута устойчивость на закритических углах атаки, позволяющая совершать такие уникальные манёвры как «кобра», Чакра Фролова, Колокол и другие. Данные манёвры требуют высокой квалификации летчика и должны выполняться на относительно небольших скоростях, примерно до 500 км/ч, из-за ограничений по прочности планера, поэтому, в реальных боевых условиях, их применение с высокой долей вероятности может привести к поражению в бою. Кроме того, современные ракеты ближнего воздушного боя и нашлемные системы целеуказания позволяют атаковать энергично маневрирующего противника в любой полусфере, не прибегая к резкому снижению скорости полёта и выходу на закритические углы атаки, что неизбежно приводит к ещё большему и стремительному снижению скорости полёта.