Введение

Движение самолета, сочетающее крен и рыскание. Голландский крен – это движение самолета, состоящее из рассинхронизированной комбинации рыскания (виляния хвостом) и крена (покачивания из стороны в сторону). Эта взаимосвязь крена и рыскания является одним из основных режимов динамики полета (другие включают фугоид, колебания короткого периода и спиральную расходимость). Обычно это движение хорошо демпфируется в большинстве легких самолетов, однако некоторые самолеты с хорошо демпфированными режимами голландского крена могут испытывать ухудшение демпфирования при уменьшении воздушной скорости и увеличении высоты. Стабильность голландского крена может быть искусственно увеличена установкой демпфера рыскания. Крылья, расположенные высоко над центром тяжести, стреловидность (крылья со стреловидностью) и V-образность крыльев, как правило, увеличивают восстанавливающую силу крена и, следовательно, усиливают тенденции к голландскому крену; поэтому высокопланы часто имеют небольшую отрицательную V-образность, а транспортные самолеты со стреловидными крыльями оснащаются демпферами рыскания. Аналогичное явление может наблюдаться у прицепа, буксируемого автомобилем.

Стабильность

В конструкции самолетов "голландский крен" возникает из-за относительно более слабой положительной направленной устойчивости по сравнению с положительной боковой устойчивостью. Когда самолет кренится вокруг продольной оси, в поток обтекания вносится боковой скольжение в направлении крена (из-за боковой составляющей подъемной силы, когда крылья не находятся в горизонтальном положении). Сильная боковая устойчивость (благодаря более прямому обтеканию нижнего крыла, которое смещается вперед из-за скольжения) начинает возвращать самолет в горизонтальный полет. Одновременно, несколько более слабая направленная устойчивость (из-за повышенного сопротивления крыла, создающего большую подъемную силу, и аэродинамической силы на вертикальном стабилизаторе, вызванной рысканием) пытается устранить скольжение, ориентируя самолет по направлению относительного потока. Поскольку у данного самолета направленная устойчивость слабее боковой, восстанавливающее рыскающее движение значительно отстает от восстанавливающего кренящего движения. Самолет проходит через горизонтальный полет, в то время как рыскающее движение продолжается в направлении первоначального крена. В этот момент боковое скольжение возникает в противоположном направлении, и процесс повторяется. Существует компромисс между направленной и боковой устойчивостью. Повышенная боковая устойчивость ведет к большей спиральной устойчивости и меньшей колебательной устойчивости. Повышенная направленная устойчивость ведет к спиральной неустойчивости, но большей колебательной устойчивости.

Механизм

Наиболее распространенным механизмом возникновения голландского крена является рысканье, которое может быть вызвано множеством факторов. Когда самолет со стреловидным крылом рыскает (например, вправо), левое крыло становится менее стреловидным, чем правое, относительно встречного потока воздуха. В результате левое крыло создает большую подъемную силу, чем правое, что заставляет самолет крениться вправо. Это движение продолжается до тех пор, пока угол рыскания самолета не достигнет точки, где вертикальный стабилизатор эффективно начинает работать как флюгер, обращая рысканье. Когда самолет возвращается рысканием влево, правое крыло становится менее стреловидным, чем левое, в результате чего правое крыло создает большую подъемную силу, чем левое. Затем самолет кренится влево, когда угол рыскания снова достигает точки, где самолет начинает флюгеровать в противоположном направлении, и весь процесс повторяется. Средняя продолжительность полуцикла голландского крена составляет 2–3 секунды. Режим голландского крена может быть вызван любым отклонением элеронов или руля направления, но для целей летных испытаний его обычно возбуждают одиночным отклонением руля (коротким, резким движением руля на заданный угол, а затем возвратом в центральное положение) или двойным отклонением (парой таких движений в противоположных направлениях). Некоторые более крупные самолеты лучше возбуждаются отклонением элеронов. Периоды могут варьироваться от нескольких секунд для легких самолетов до минуты и более для авиалайнеров. Текс Джонстон описывает голландский крен как "внутреннюю характеристику самолетов со стреловидным крылом. Он начинается с рысканья. В самолете со стреловидностью крыла 35 градусов рысканье сопровождается одновременным креном в направлении рысканья. Крен вызван изменением факторов подъемной силы по мере изменения траектории воздушного потока над крылом. Например, при рысканье влево левое крыло смещается назад, так что воздушный поток смещается вдоль размаха от нормальной передней к задней траектории над профилем крыла. Это уменьшает подъемную силу. Одновременно, набегающее правое крыло получает больше потока по хорде, и поэтому его подъемная сила увеличивается. В совокупности эти два условия создают крен влево. Аналогично, рысканье вправо приводит к крену вправо. Устанавливается колебание."

Прокат по курсу

Голландский ролл – это также название (считающееся профессионалами ошибочным) координационного маневра, который обычно преподают студентам-пилотам для улучшения техники управления "элеронами и рулем направления". Самолет попеременно кренится до 60 градусов влево и вправо, при этом руль направления используется для удержания носа самолета, направленного в фиксированную точку. Точнее, это упражнение для отработки координации руля направления, чтобы научить студента-пилота корректировать эффект, известный как неблагоприятный рысканье при отклонении элеронов. Этот метод координации лучше описывать как "удержание курса креном", при котором самолет кренится таким образом, чтобы поддерживать заданный курс без отклонения носа в стороны (или рысканья). Рысканье возникает из-за использования только элеронов, вследствие аэродинамического сопротивления: крыло, идущее вверх (с отклоненным вниз элероном), выполняет большую работу, чем крыло, идущее вниз (с отклоненным вверх элероном), и поэтому создает большее сопротивление, оттягивая крыло вверх и вызывая рысканье самолета в его сторону. Этот эффект рысканья, возникающий при крене, известен как неблагоприятное рысканье. Ему необходимо противодействовать точным отклонением руля направления в том же направлении, что и элероны (влево на элероны – влево на руль направления, вправо на элероны – вправо на руль направления). Это называется согласованным управлением, когда выполняется правильно, и требует значительных навыков для освоения и применения. Необходимое количество руля направления, соответствующее отклонению элеронов, различается для каждого самолета.

Имя

Происхождение названия «голландский крен» неясно. Однако, вероятно, этот термин, описывающий боковое асимметричное движение самолета, был заимствован из описания аналогичного движения в фигурном катании на коньках. В 1916 году авиационный инженер Джером К. Хунсакер опубликовал следующее: «Голландский крен – третий элемент в [боковом] движении [самолета] представляет собой рыскание вправо и влево, сочетающееся с креном. Движение носит колебательный характер с периодом от 7 до 12 секунд, который может быть как затухающим, так и незатухающим. Аналогия с «голландским креном» или «outer edge» в фигурном катании очевидна». В 1916 году термин «голландский крен» использовался для описания повторяющихся движений вправо и влево на внешнем ребре конька (по аналогии с движением, описываемым для самолета). К 1916 году этот термин был перенесен из фигурного катания в авиационную технику, возможно, самим Хунсакером. 1916 год наступил всего через пять лет после того, как Г. Х. Брайан провел первый математический анализ бокового движения самолета в 1911 году.

Аварии

19 октября 1959 года на Boeing 707 во время приемочных испытаний, когда демпфер рыскания был выключен для ознакомления новых пилотов с техниками пилотирования, действия пилота-стажера резко усилили колебания, известные как «голландский крен», и привели к тому, что три из четырех двигателей были сорваны с крыльев. Самолет, совершенно новый 707-227, с бортовым номером N7071, предназначавшийся для авиакомпании Braniff, совершил аварийную посадку в русло реки к северу от Сиэтла, в районе Арлингтона, штат Вашингтон, в результате чего погибли четверо из восьми находившихся на борту. 12 августа 1985 года Boeing 747SR, рейс 123 авиакомпании Japan Airlines, демонстрировал «голландский крен» в сочетании с циклами фугоида после полной потери гидравлической системы, вызванной разрушением вертикального стабилизатора из-за неправильно отремонтированной задней переборки корпуса, разрушившейся от усталости металла. В конечном итоге это привело к самой смертоносной авиакатастрофе в истории. 6 марта 2005 года Airbus A310, рейс 961 авиакомпании Air Transat, попал в ситуацию с «голландским креном» после структурного разрушения руля направления на крейсерской высоте после вылета из аэропорта Хуана Гальберто Гомеса, Варадеро, Куба. Самолет вернулся в аэропорт с серьезными структурными повреждениями, а одна стюардесса получила легкие травмы. 3 мая 2013 года KC-135R (USAF), с бортовым номером 63-8877, принадлежащий базе McConnell AFB, штат Канзас, и управляемый экипажем с базы Fairchild AFB, штат Вашингтон, потерпел крушение в полете примерно через одиннадцать минут после взлета с авиабазы Манас в Кыргызстане, в результате чего погибли все три члена экипажа. Было установлено, что причиной стала неисправность сервопривода руля направления, вызвавшая колебательную неустойчивость, известную как «голландский крен». Не распознав «голландский крен», экипаж использовал руль направления для удержания курса, что усугубило неустойчивость и привело к неисправимому состоянию полета. Перегруженная хвостовая часть отделилась, а остальная часть самолета вскоре после этого развалилась. Самолет находился на крейсерской высоте примерно в 200 км к западу от Бишкека, прежде чем упал в гористой местности вблизи деревни Чорголу, недалеко от границы между Кыргызстаном и Казахстаном. 30 октября 2015 года прототип AW609, разработанный подразделением вертолетов Leonardo Finmeccanica (ранее AgustaWestland), потерпел крушение в Италии, в результате чего погибли два пилота. Итальянское ANSV установило, что вероятной причиной крушения был «голландский крен» во время высокоскоростных испытаний.