Това можеше да не се случи

Както е известно, на 13 септември 2024 г. катастрофира на летище Граф Игнатиево учебно-тренировъчен самолет L-39 „Албатрос“. За съжаление, двамата летци загинаха.

В средствата за масова информация се появиха множество коментари, голяма част от които са в сферата на общите приказки (не всички са специалисти в тази област). Особено полезен е анализът на създалата се ситуация при извършване на полета на подп. инж. Калев. Той е дългогодишен летец-пилот 1-клас, има богат опит и е летял на самолетите МиГ-17, МиГ-21, като командир. Запознат е с всички процедури и техники на полета с реактивни самолети. Понасял е многократно претоварванията при фигурен пилотаж, познава отлично поведението на самолета при различни скорости и височини. Неговото твърдение, че самолетът винаги трябва да има необходимата скорост и височина, е поучително и абсолютно вярно.

Наскоро излязоха данните от записа на полета от т. нар. черна кутия. Те бяха оповестени от МО.

Настоящата статия има за цел да възстанови характера на злополучния полет, да анализира и направи съответните изводи.

Предлаганият анализ е строго специфичен и е преназначен за специалисти в областта на динамиката на полета със самолет. Може да послужи и на хората, които се интересуват от авиация.

И така, известна е скоростта на въвеждане в лупинг (455 km/h), началната височина на влизане във вертикалната фигура (68 m), началното нормално претоварване (3.6 единици), тактико-техническите характеристики (ТТХ) на самолета, максималната височина (647.61 m) и скоростта в най-горната част на лупинга (212 km/h).

С тези данни авторът на статията възстановява траекторията на целия полет.

Самолетът излита, набира височина 68 m и скорост 455 km/h. Започва да изпълнява вертикалната фигура с начално претоварване 3.6 единици. Тази фигура летецът прави така: тегли лоста към себе си, отклонява се хоризонталното кормило, създава се подемна сила, тя създава нормално ускорение. Траекторията на самолета се изкривява във вертикална равнина, като се движи по окръжност.

Необходимо е да подчертаем, че нормалното ускорение и подемната сила са свързани (n=Yкрило/Gсамолет.).

Тук Y=r*0.5*V²*Cy*Sкрило е подемната сила, а Gсамолет е теглото на самолета (стандартно 4200 kg, пълно 4700 kg). С нарастването на височината при кабриране с големи ъгли (70⁰-80⁰) под действието на теглото на самолета скоростта му постепенно намалява по закона на физиката (тяговъоръжеността на L-39 e 0.4). Намалява и създаваното нормално претоварване. Летецът постепенно придвижва от себе си напред лоста за управление и с това намалява претоварването. Затова лупингът (ако се извърши напълно) представлява леко разтегната окръжност във вертикална равнина.

Всеки самолет има минимална скорост (еволютивна), при която все още е достатъчно управляем (за самолет L-39 тя е 200 km/h). Под тази скорост самолетът се срива поради недостатъчна подемна сила (недостатъчна скорост). При извършване на лупинга летецът следи по акселерометъра претоварването и не допуска спадането на скоростта под еволютивната. Летецът прави разчет така, че в най-горната част на лупинга скоростта на самолета да е малко по-голяма от еволютивната (200 km/h). По данни от черната кутия скоростта на самолета в най-горната част на фигурата е 212 km/h.

 Нека построим траекторията на полета на самолета от въвеждането в лупинга до най-горната част, без да се интересуваме от крайната височина. Разполагаме със скоростта на въвеждане в лупинга (455 km/h, скоростта в най-горната част (212 km/h) и средната стойност на претоварването 2.96 единици, n_ср=(3.6+4+3+1.26)/4=11.86/4=2.96 единици. Виж фиг. 1. В т. 1-5 стойността на претоварването е съобразена със скоростта на самолета като функция на скоростта на въвеждане в лупинга, земното ускорение и ускорението на самолета (4 единици) в резултат на тягата на двигателя работещ на положение „Максимал“ (РУД 100%).

Тук авторът предлага въвеждане на т.н. еквивалентна окръжност на траекторията на полета, която ще позволи определянето на максималната височина на полета и времето за нейното достигане. Да определим средната скорост на самолета по траекторията от влизането във фигурата до най-горната част.

Скоростта на влизане във фигурата е 455 km/h, т.е. 126 m/s, а в най-горната част е 212 km/h, т.е. 58.8 m/s.

Средната скорост е равна на Vср.=(126+59)/2=185/2=92.5 m/s. Стойността на земното ускорение g=9.8 единици, n.g=9.8*2.96=29. Да определим радиуса на еквивалентната окръжност (фиг.1) [1]. Rекв.=V²ср./n_ср*g=92.5²/29=295 m, a диаметърът 2*295=590 m.

По данни на МО лупингът е кос под ъгъл 6⁰ във вертикална равнина. Диаметърът на еквивалентната окръжност е строго във вертикална равнина. Необходима е корекция, т.е. умножаваме получения диаметър по cos6⁰, получаваме 590*0.99=584 m. Ако прибавим началната височина 68 m, ще получим окончателната височина на траекторията, т.е. 584+68=652 m.

По данни от черната кутия измерената достигната височина на L-39 е 647.61 m, т.е. получава се грешка вследствие на приложения метод от 4.39 m.

Нека определим времето, за което самолетът достига максималната си височина, движейки се по еквивалентната половин окръжност т.е. p*d/2=0.5*3.14*584/92.5=10 s (по данни на МО това време е 13 s, грешка от 3 s).

След достигане на максималната височина двигателят се дроселира и се включват аеродинамичните спирачки (т. 6 фиг. 1). Самолетът започва ефектно пикиране под ъгъл 90⁰ и има скорост V=60 m/s и 8 s след това в т. 7 от траекторията запазва тази скорост (Vт.₇=60 m/s). На осмата секунда самолетът е изминал 480 m. До земята остават 172 m.

Да определим минималния радиус [1] за излизане от пикиране при скорост 60 m/s (216 km/h), (фиг. 1), т.е. R=V²/n.g. При скорост 60 m/s, n=1.3, g=9.8, получаваме R=282.5 m. Това е минималната височина за извеждане от пикиране H_изв. Ако прибавим и 100 m безопасна височина, то излизането от пикиране трябва да стане от височина 382.5 m. Разполагаме с височина 172 m. Недостатъчно. Следва удар в земята.

Следователно, този летателен план е неизпълним.

Изводи

1. Ниската скорост на влизане във вертикалната фигура от 455 km/h е причината за катастрофата.
2. Тази ниска скорост не осигурява достатъчна височина за довършване на вертикалната фигура.
3. Самолетът L-39 може да изпълнява всички фигури във вертикална равнина, но с подходящата скорост и височина.
4. Предложената методика за анализ е достатъчно точна и може да стане основа за съставяне летателни планове за изпълнение на фигури със самолети във вертикална равнина.

На основата на предложената методика за анализ авторът синтезира план за изпълнение на същата фигура, само че със скорост на въвеждане в лупинг 650 km/h (180 m/s).

Скоростта 650 km/h е взета за основа от „Руководство пилота L-39C“ [2]. В същата литература е посочено, че L-39 при скорост на въвеждане 650 km/h достига височина 1100-1200 m. Тази височина напълно се потвърждава от предложената методика (фиг. 2). От фиг. 2 се вижда, че за завършване на фигурата остава достатъчно височина за извеждане на самолета от пикиране при умерено нормално претоварване, равно на 4 единици. Числените резултати и характерът на полета се виждат добре от фиг. 2. Желателно е летателният план предложен на фиг. 2 да се експериментира на височина 2000-3000 m.

Необходимо е да подчертаем, че акробатични полети с реактивни самолети се извършват с такива, които имат голяма тяговъоръженост (по-голяма от 1).

Това са Миг-29, Су-27, F-18 и други. Самолетът L-39 „Албатрос“ не е предназначен за ефектна акробатика (тяговъоръженост=0,4). Той е учебно-тренировъчен и има по-скромни характеристики.

В света са конструирани витлови самолети, специално за въздушна акробатика. Акробатичните фигури с такива самолети са особено ефектни. Такива са Pitts Special, Zlin-50, Як-50, Су-29 и други.

В Република България пилоти виртуози на акробатични самолети са инж. Велико Симеонов, отличен състезател по въздушна акробатика, полк. инж. Свилен Иванов и други.

Литература

[1] Извеждане от пикиране

[2] Руководство пилота L-39 C