Винт в авиации: причины, характеристики и выход из него.

Введение

В авиации термин для траектории штопора.

В динамике полета, сваливание со штопором – это особая категория сваливания, приводящая к авторотации (непреднамеренному вращению) вокруг продольной оси самолета и пологому, вращающемуся, нисходящему пути, приблизительно центрированному относительно вертикальной оси. Штопор может возникать намеренно или непреднамеренно, из любого положения в полете, если самолет имеет достаточный рыскание в точке сваливания. При нормальном штопоре крыло, находящееся внутри витка, сваливается, а внешнее крыло остается в потоке. Возможно сваливание обоих крыльев, но угол атаки каждого крыла, а следовательно, и его подъемная сила и сопротивление, различны. В любой ситуации самолет авторотирует в сторону свалившегося крыла из-за его большего сопротивления и потери подъемной силы. Штопор характеризуется высоким углом атаки, скоростью ниже критической на по крайней мере одном крыле и пологим снижением. Восстановление и предотвращение аварии могут потребовать специфических и контринтуитивных действий. Штопор отличается от спирального пикирования, в котором ни одно из крыльев не сваливается и которое характеризуется малым углом атаки и высокой скоростью. Спиральное пикирование не является разновидностью штопора, поскольку ни одно из крыльев не сваливается. В спиральном пикировании самолет обычно реагирует на действия пилота органами управления, а восстановление после спирального пикирования требует иных действий, чем восстановление после штопора. В первые годы авиации штопор часто называли "tailspin".

История

В первые годы авиации срывы были плохо изучены и часто приводили к гибели. Правильные процедуры восстановления были неизвестны, и инстинктивное действие пилота – оттянуть штурвал на себя – лишь усугубляло ситуацию. Из-за этого срыв приобрел репутацию непредсказуемой опасности, способной в любой момент оборвать жизнь летчика, против которой не было защиты. В ранней авиации отдельные пилоты исследовали срывы, проводя специальные эксперименты (часто случайные), а аэродинамики изучали это явление. Линкольн Бичи мог намеренно выходить из срыва, согласно Гарри Бруно в книге «Крылья над Америкой» (1944). В августе 1912 года лейтенант Уилфред Парк стал первым летчиком, которому удалось восстановить управление после случайного срыва, когда его биплан Avro Type G попал в срыв на высоте 213 м над уровнем земли в зоне трафика аэродрома Ларкхилл. Парк попытался выйти из срыва, увеличив обороты двигателя, оттянув штурвал и развернувшись по направлению вращения, но безуспешно. Самолет снизился на 137 метров, и ужаснувшиеся наблюдатели ожидали неминуемого крушения. Несмотря на то, что его прижимало к правой стороне кабины центробежной силой, Парк продолжал искать выход. Чтобы нейтрализовать эту силу, он полностью отклонил правый руль направления, и самолет выровнялся на высоте 15 метров над землей. Получив контроль над самолетом, Парк набрал высоту, сделал еще один заход и благополучно приземлился. Несмотря на открытие «техники Парка», процедуры восстановления после срыва не стали частью стандартной подготовки пилотов до конца Первой мировой войны. Первый задокументированный случай намеренного срыва и восстановления управления принадлежит Гарри Хоукеру. Летом 1914 года Хоукер вышел из намеренного срыва над Бруклендсом, Англия, централизовав органы управления. Российский летчик Константин Арцеулов, независимо разработав на фронте технику восстановления, несколько отличающуюся от техник Парка и Хоукера, продемонстрировал ее в эффектном выступлении над аэродромом Качинской летной школы 24 сентября 1916 года, намеренно введя свой Nieuport 21 в срыв и дважды восстановив управление. Позже Арцеулов, в то время инструктор школы, обучил этой технике всех своих учеников, быстро распространив ее среди российских летчиков и за рубежом. В 1917 году английский физик Фредерик Линдманн провел серию экспериментов на самолете B.E.2E, которые привели к первому пониманию аэродинамики срыва. В Великобритании, начиная с 1917 года, инструкторы в Специальной школе пилотирования в Госпорте регулярно обучали процедурам восстановления после срыва, а во Франции, в Школе высшего пилотажа и воздушного боя, американские добровольцы, служившие в знаменитой эскадрилье Лафайет, к июлю 1917 года научились выполнять то, что французы называли vrille. В 1920-х и 1930-х годах, до широкого распространения ночных приборов на небольших самолетах, пилотам часто рекомендовали намеренно входить в срыв, чтобы избежать гораздо более опасной штопора, если они внезапно оказывались в облаках и теряли визуальный контакт с землей. В большинстве случаев облачный слой заканчивается над землей, давая пилоту разумный шанс восстановить управление до столкновения с землей. Сегодня обучение выходу из срыва не является обязательным условием для получения лицензии частного пилота в Соединенных Штатах; к тому же, большинство учебных самолетов имеют табличку «намеренные срывы запрещены». Некоторые модели Cessna 172 сертифицированы для выполнения срыва, хотя их бывает трудно ввести в него. Однако, как правило, обучение выходу из срыва проводится в рамках курса «Восстановление после необычных положений» или как часть подготовки для выполнения фигур высшего пилотажа (хотя не во всех странах требуется обучение высшему пилотажу). Тем не менее, понимание и умение восстанавливаться после срыва – это, безусловно, полезный навык для пилота самолета с фиксированным крылом. Оно обычно входит в программу обучения пилотов планеров, поскольку планеры часто летают на достаточно низкой скорости, чтобы находиться вблизи срыва при выполнении поворотов. Поэтому в США демонстрация входа в срыв и восстановления управления является обязательным условием для получения квалификации инструктора планеров. Кроме того, перед получением первоначальной квалификации инструкторам самолетов и планеров требуется подтверждение в летной книжке о прохождении обучения выходу из срыва, которое, согласно Федеральным авиационным правилам 61.183(i), может быть предоставлено другим инструктором. В Канаде срывы являются обязательным упражнением для получения лицензий частного и коммерческого пилота; кандидаты на получение канадского разрешения рекреационного пилота (на ступень ниже лицензии частного пилота) должны выполнить срыв и сваливание (начальный этап входа в срыв) и восстановить управление после сваливания и сваливания в рамках обучения.

In aviation's early days, spins were poorly understood and often fatal. Proper recovery procedures were unknown, and a pilot's instinct to pull back on the stick served only to make a spin worse. Because of this, the spin earned a reputation as an unpredictable danger that might snatch an aviator's life at any time, and against which there was no defense. In early aviation, individual pilots explored spins by performing ad hoc experiments (often accidentally), and aerodynamicists examined the phenomenon. Lincoln Beachey was able to exit spins at will, according to Harry Bruno in Wings over America (1944). In August 1912, Lieutenant Wilfred Parke RN became the first aviator to recover from an accidental spin when his Avro Type G biplane entered a spin at 700 feet (213 m) AGL in the traffic pattern at Larkhill. Parke attempted to recover from the spin by increasing engine speed, pulling back on the stick, and turning into the spin, with no effect. The aircraft descended 450 feet (137 m), and horrified observers expected a fatal crash. Though disabled by centrifugal forces, Parke still sought an escape. In an effort to neutralize the forces pinning him against the right side of the cockpit, he applied full right rudder, and the aircraft leveled out 50 feet (15 m) above the ground. With the aircraft now under control, Parke climbed, made another approach, and landed safely. In spite of the discovery of "Parke's technique", spin recovery procedures were not a routine part of pilot training until well into World War I. The first documented case of an intentional spin and recovery is that of Harry Hawker. In the summer of 1914, Hawker recovered from an intentional spin over Brooklands, England, by centralizing the controls. Russian aviator Konstantin Artseulov, having independently discovered a recovery technique, somewhat different from Parke's and Hawker's, on the frontlines, demonstrated it in a dramatic display over the Kacha flight school's airfield on September 24, 1916, intentionally driving his Nieuport 21 into a spin and recovering from it twice. Later, Artseulov, at the time an instructor at the school, went on to teach this technique to all of his students, quickly disseminating it among the Russian aviators and beyond. In 1917, the English physicist Frederick Lindemann conducted a series of experiments in a B. E.2E that led to the first understanding of the aerodynamics of the spin. In Britain, starting in 1917, spin recovery procedures were routinely taught by flight instructors at the Gosport School of Special Flying, while in France, at the School of Acrobacy and Combat, Americans who had volunteered to serve in the famous Lafayette Escadrille were by July 1917 learning how to do what the French called a vrille. During the 1920s and 1930s, before night flying instruments were commonly available on small aircraft, pilots were often instructed to enter a spin deliberately to avoid the much more dangerous graveyard spiral when they suddenly found themselves enveloped in clouds, hence losing visual reference to the ground. In almost every circumstance, the cloud deck ends above ground level, giving the pilot a reasonable chance to recover from the spin before crashing. Today, spin training is not required for a private pilot licence in the United States; added to this, most training type aircraft are placarded "intentional spins prohibited". Some models of Cessna 172 are certified for spinning although they can be difficult to actually get into a spin. Generally, though, spin training is undertaken in an "Unusual attitude recovery course" or as a part of an aerobatics endorsement (though not all countries actually require training for aerobatics). However, understanding and being able to recover from spins is certainly a skill that a fixed wing pilot could learn for safety. It is routinely given as part of the training in sailplanes, since gliders often operate slowly enough to be in near stall conditions while turning. Because of this, in the U. S. demonstration of spin entry and recovery is still expected of glider instructor certification. Also, before their initial certifications both airplane and glider instructors need a logbook endorsement of proficiency in spin training which, under Federal Aviation Regulations 61.183(i), may be given by another instructor. In Canada, spins are a mandatory exercise to get the private and commercial pilot licenses; Canadian recreational pilot permit candidates (1 level below private pilot license) must do a stall and wing drop (the very beginning of the entry to a spin) and must recover from a stall and wing drop as part of training.

Ввод и восстановление

Некоторые воздушные суда не могут быть выведены из штопора только с помощью собственных органов управления и не должны допускаться к штопору ни при каких обстоятельствах. Если воздушное судно не сертифицировано для восстановления после штопора, следует считать, что штопор не восстанавливается и небезопасен на этом воздушном судне. Важное оборудование для обеспечения безопасности, такое как парашюты для восстановления после сваливания/штопора, которые обычно не устанавливаются на серийных самолетах, используется во время испытаний и сертификации самолетов для штопора и восстановления после него. Процедуры входа в штопор различаются в зависимости от типа и модели самолета, но существуют общие процедуры, применимые к большинству воздушных судов. Они включают уменьшение тяги до малого газа и одновременное поднятие носа для создания нормальной свали. Затем, когда самолет приближается к свали, примените полный руль в желаемом направлении штопора, удерживая ручку управления полностью отклоненной назад для нормального штопора. Иногда применяется рыскание в направлении, противоположном рулю (т.е. крестообразное управление). Если производитель самолета предоставляет конкретную процедуру восстановления после штопора, необходимо использовать именно эту процедуру. В противном случае, для восстановления после нормального штопора можно использовать следующую общую процедуру: сначала уменьшите тягу до малого газа и нейтрализуйте элероны. Затем добавьте и удерживайте полный руль, противоположный направлению штопора (то есть против рыскания), и быстро переместите ручку управления вперед, чтобы уменьшить угол атаки ниже критического угла. В зависимости от самолета и типа штопора, отклонение ручки управления может быть минимальным до прекращения вращения, или в других случаях пилоту может потребоваться полностью отклонить ручку управления вперед для восстановления после нормального штопора. Как только вращение прекратится, нейтрализуйте руль и верните самолет в горизонтальный полет. Эта процедура иногда называется PARE (Power idle – малый газ, Ailerons neutral – нейтральные элероны, Rudder opposite the spin – руль против штопора, Elevator through neutral – руль высоты через нейтраль). Мнемоническое правило "PARE" просто закрепляет проверенные и надежные стандартные действия NASA по восстановлению после штопора – те же самые действия, которые впервые были предписаны NACA в 1936 году, проверены NASA в ходе интенсивной десятилетней программы испытаний штопоров, охватывавшей 1970-е и 80-е годы, и неоднократно рекомендованы FAA и применялись большинством летчиков-испытателей при сертификационных испытаниях легких самолетов. Инвертированный и нормальный штопор динамически очень похожи и требуют по существу одного и того же процесса восстановления, но с использованием противоположного отклонения руля высоты. В нормальном штопоре как крен, так и рыскание находятся в одном направлении, но в инвертированном штопоре крен и рыскание противоположны. Крайне важно противодействовать рысканию для восстановления. Визуальное поле в типичном штопоре (в отличие от плоского штопора) сильно определяется восприятием крена относительно рыскания, что может привести к неверному и опасному выводу о том, что данный инвертированный штопор на самом деле является нормальным штопором в обратном направлении рыскания (что приведет к попытке восстановления с ошибочным применением руля по штопору, которое затем усугубится удержанием неправильного отклонения руля высоты). В некоторых самолетах, которые легко входят в штопор как в нормальном, так и в инвертированном положении, таких как питс и кристен-игл, альтернативная техника восстановления после штопора также может быть эффективной, а именно: отключить тягу, убрать руки от штурвала/ручки управления, полностью отклонить руль в направлении, противоположном штопору (или проще говоря, нажать на педаль руля, которую труднее всего нажать) и удерживать (также известная как техника Мюллера/Беггса). Преимущество техники Мюллера/Беггса заключается в том, что не требуется знать, нормальный штопор или инвертированный, в то время, когда ситуация может быть очень напряженной и дезориентирующей. Хотя этот метод работает в определенном подмножестве самолетов, одобренных для выполнения штопоров, процедура стандарта NASA/PARE также может быть эффективной, при условии, что необходимо следить за тем, чтобы штопор не перешел из положительного в отрицательный (или наоборот), и избегать слишком быстрого отклонения руля высоты, так как это может привести к аэродинамическому затенению руля, делая его неэффективным и просто усиливая штопор. Однако обратное может быть неверно – существует множество случаев, когда техника Беггса/Мюллера не позволяет вывести самолет из штопора, а стандарт NASA/PARE прекращает вращение. Перед выполнением штопора на любом самолете пилот должен ознакомиться с летным руководством, чтобы установить, есть ли у данного типа самолета какие-либо специальные техники восстановления после штопора, отличающиеся от стандартных. Пилот может ввести самолет в плоский штопор после того, как штопор установлен, отклонив элероны полностью в направлении вращения, следовательно, требование нейтрализовать элероны в обычной технике восстановления после штопора. Отклонение элеронов создает дифференциальное индуцированное сопротивление, которое поднимает нос к горизонтальному углу тангажа. Когда нос поднимается, хвост удаляется дальше от центра вращения, увеличивая боковой поток воздуха над хвостовым оперением. Увеличение бокового потока над стабилизатором/рулем направления приводит к достижению им критического угла атаки и сваливанию. Обычный ввод противоположного руля еще больше увеличивает угол атаки, углубляя сваливание хвоста, и, следовательно, ввод руля неэффективен для замедления/остановки вращения. Восстановление начинается с удержания руля высоты и руля направления по штопору и полного отклонения элеронов в штопор. Дифференциальное сопротивление теперь опускает нос, возвращая самолет в нормальный штопор, из которого используется техника PARE для выхода из маневра.

Some aircraft cannot be recovered from a spin using only their own flight control surfaces and must not be allowed to enter a spin under any circumstances. If an aircraft has not been certified for spin recovery, it should be assumed that spins are not recoverable and are unsafe in that aircraft. Important safety equipment, such as stall/spin recovery parachutes, which generally are not installed on production aircraft, are used during testing and certification of aircraft for spins and spin recovery. Spin entry procedures vary with the type and model of aircraft being flown but there are general procedures applicable to most aircraft. These include reducing power to idle and simultaneously raising the nose to induce an upright stall. Then, as the aircraft approaches stall, apply full rudder in the desired spin direction while holding full back elevator pressure for an upright spin. Sometimes a roll input is applied in the direction opposite of the rudder (i. e., a cross control). If the aircraft manufacturer provides a specific procedure for spin recovery, that procedure must be used. Otherwise, to recover from an upright spin, the following generic procedure may be used: Power is first reduced to idle and the ailerons are neutralized. Then, full opposite rudder (that is, against the yaw) is added and held to counteract the spin rotation, and the elevator control is moved briskly forward to reduce the angle of attack below the critical angle. Depending on the airplane and type of spin, the elevator action could be a minimal input before rotation ceases, or in other cases the pilot may have to move the elevator control to its full forward position to effect recovery from the upright spin. Once the rotation has stopped, the rudder must be neutralized and the airplane returned to level flight. This procedure is sometimes called PARE, for Power idle, Ailerons neutral, Rudder opposite the spin and held, and Elevator through neutral. The mnemonic "PARE" simply reinforces the tried and true NASA standard spin recovery actions—the very same actions first prescribed by NACA in 1936, verified by NASA during an intensive, decade long spin test program overlapping the 1970s and '80s, and repeatedly recommended by the FAA and implemented by the majority of test pilots during certification spin testing of light airplanes. Inverted spinning and erect or upright spinning are dynamically very similar and require essentially the same recovery process but use opposite elevator control. In an upright spin, both roll and yaw are in the same direction, but an inverted spin is composed of opposing roll and yaw. It is crucial that the yaw be countered to effect recovery. The visual field in a typical spin (as opposed to a flat spin) is heavily dominated by the perception of roll over yaw, which can lead to an incorrect and dangerous conclusion that a given inverted spin is actually an erect spin in the reverse yaw direction (leading to a recovery attempt in which pro spin rudder is mistakenly applied and then further exacerbated by holding the incorrect elevator input). In some aircraft that spin readily upright and inverted, such as Pitts and Christen Eagle type high performance aerobatic aircraft, an alternative spin recovery technique may effect recovery as well, namely: Power off, Hands off the stick/yoke, Rudder full opposite to the spin (or more simply "push the rudder pedal that is hardest to push") and held (aka the Mueller/Beggs technique). An advantage of the Mueller/Beggs technique is that no knowledge of whether the spin is erect or inverted is required during what can be a very stressful and disorienting time. Even though this method does work in a specific subset of spin approved airplanes, the NASA Standard/PARE procedure can also be effective provided that care must be taken to ensure the spin does not simply cross from positive to negative (or vice versa) and that a too rapid application of elevator control is avoided as it may cause aerodynamic blanketing of the rudder rendering the control ineffective and simply accelerate the spin. The converse, however, may not be true at all—many cases exist where Beggs/Mueller fails to recover the airplane from the spin, but NASA Standard/PARE terminates the spin. Before spinning any aircraft, a pilot should consult the flight manual to establish if the particular aircraft type has any specific spin recovery techniques that differ from standard practice. A pilot can induce a flat spin once the spin is established by applying full opposite aileron to the direction of rotation—hence, the requirement to neutralize ailerons in the normal spin recovery technique. The aileron application creates a differential induced drag that raises the nose toward a level pitch attitude. As the nose comes up the tail moves out farther from the center of rotation increasing lateral airflow over the empennage. The increase in lateral flow across the vertical stabilizer/rudder brings it to its critical angle of attack stalling it. The normal recovery input of opposite rudder further increases angle of attack, deepening the tail stall and so rudder input is ineffective to slow/stop rotation. Recovery is initiated by maintaining pro spin elevator and rudder and applying full aileron into the spin. Differential drag now lowers the nose returning the plane to a normal spin from which the PARE technique is used to exit the maneuver. **

Хотя техники входа схожи, современные военные истребители часто требуют еще одной вариации техник восстановления после штопора. Хотя тяга обычно снижается до малого газа, а управление тангажом нейтрализуется, противоположный руль практически никогда не используется. Обратное рыскание, создаваемое отклоняющимися поверхностями (элеронами, дифференциальными горизонтальными стабилизаторами и т.д.) таких самолетов, часто более эффективно для прекращения вращения штопора, чем руль(и), который обычно затеневается крылом и фюзеляжем из-за геометрической компоновки истребителей. Следовательно, предпочтительная техника восстановления заключается в том, чтобы пилот полностью отклонил органы управления креном в направлении вращения (т.е. штопор вправо требует отклонения штурвала вправо), что обычно запоминается как "штурвал по штопору". Аналогично, это отклонение управления обращается для инвертированных штопоров.

Центр тяжести

Характеристики самолета в отношении сваливания и вращения значительно зависят от положения центра тяжести. В общем, чем дальше вперед расположен центр тяжести, тем менее склонен самолет к вращению и тем легче он восстанавливается из него. И наоборот, чем дальше назад расположен центр тяжести, тем более склонен самолет к вращению и тем сложнее из него восстановиться. В любом самолете пределы допустимого положения центра тяжести по продольной оси тщательно определены. В некоторых самолетах, допускаемых к намеренному сваливанию и вращению, задняя граница, при которой разрешено выполнять вращение, не находится так далеко сзади, как задняя граница для обычного полета. Намеренное сваливание и вращение не следует выполнять необдуманно, и важнейшая мера предосторожности перед полетом – убедиться, что центр тяжести самолета находится в пределах диапазона, одобренного для намеренного сваливания и вращения. Поэтому пилотам следует сначала определить, какая "тенденция" у самолета перед сваливанием. Если при сваливании самолет имеет тенденцию к клевку (тяжелый нос), то, скорее всего, он восстановится самостоятельно. Однако, если при сваливании самолет имеет тенденцию к задиранию носа (тяжелый хвост), он, вероятно, перейдет в "плоское вращение", при котором восстановление после сваливания будет затруднено или вообще невозможно. Один из рекомендуемых методов перед практикой вращения – определить тенденцию самолета к сваливанию с помощью "теста на шаг". Для этого медленно уменьшайте тягу до малого газа и наблюдайте, в какую сторону отклоняется нос. Если он опускается, то самолет восстановится после сваливания. Если нос поднимается, то восстановление после сваливания будет затруднено или невозможно. "Тест на шаг" следует выполнять непосредственно перед выполнением маневра вращения.

Невосстановимые спины

Если центр тяжести самолета находится за допустимой задней границей, установленной для выполнения фигуры высшего пилотажа «спираль», любая спираль может оказаться невосстановимой, за исключением использования специального устройства для выхода из спирали, такого как спиральный парашют, специально установленный в хвостовой части самолета, или путем сброса специально установленного балласта в хвостовой части самолета. Некоторые самолеты времен Второй мировой войны печально известны своей склонностью к спиралям при неправильной загрузке; например, Bell P-39 Airacobra. P-39 имел необычную конструкцию с двигателем за сиденьем пилота и крупной пушкой в передней части. Без боекомплекта или противовеса в носовом отсеке центр тяжести P-39 был слишком сильно смещен назад, чтобы самолет мог восстановиться после спирали. Советские пилоты провели многочисленные испытания P-39 и смогли продемонстрировать его опасные характеристики при спирали. Современные истребители также не застрахованы от возникновения невосстановимых характеристик спирали. Другой пример невосстановимой спирали произошел в 1963 году, когда Чак Йегер пилотировал ракетно-реактивный гибрид NF-104A: во время четвертой попытки установить рекорд высоты Йегер потерял управление, вошел в спираль, затем катапультировался и выжил. С другой стороны, случай с «Корнфилд Бомбером» показал, что катапультирование пилота сместило центр тяжести настолько, что пустой самолет смог самостоятельно выйти из спирали и совершить посадку. В специально построенных самолетах для высшего пилотажа спирали могут быть намеренно выровнены за счет применения тяги и элеронов в пределах нормальной спирали. Угловые скорости вращения могут быть очень высокими и превышать 400 градусов в секунду, при этом нос самолета может быть поднят выше горизонта. Такие маневры должны выполняться с центром тяжести в пределах нормального диапазона и при соответствующей подготовке, а также необходимо учитывать экстремальные гироскопические силы, создаваемые воздушным винтом и воздействующие на коленчатый вал. Текущий мировой рекорд Гиннесса по количеству последовательных инвертированных плоских спиралей составляет 98 и был установлен Спенсером Судерманом 20 марта 2016 года на экспериментальном варианте Pitts S-1, обозначенном Sunbird S-1x. Судерман начал с высоты и восстановил управление на высоте 609,60 м.

If the center of gravity of the airplane is behind the aft limit approved for spinning, any spin may prove unrecoverable except by using some special spin recovery device such as a spin recovery parachute specially installed in the tail of the airplane; or by jettisoning specially installed ballast at the tail of the airplane. Some World War II airplanes were notoriously prone to spins when loaded erroneously; for example, the Bell P 39 Airacobra. The P 39 was an unusual design with the engine behind the pilot's seat and a large cannon in the front. Without ammunition or a counterbalance load in the nose compartment, the P 39's center of gravity was too far aft to recover from a spin. Soviet pilots did numerous tests of the P 39 and were able to demonstrate its dangerous spinning characteristics. Modern fighter aircraft are not immune to the phenomenon of unrecoverable spin characteristics. Another example of a nonrecoverable spin occurred in 1963, with Chuck Yeager at the controls of the NF 104A rocket jet hybrid: during his fourth attempt at setting an altitude record, Yeager lost control and entered a spin, then ejected and survived. On the other hand, the Cornfield Bomber was a case where the ejection of the pilot shifted the center of gravity enough to let the now empty aircraft self recover from a spin and land itself. In purpose built aerobatic aircraft, spins may be intentionally flattened through the application of power and aileron within a normal spin. Rotation rates experienced are dramatic and can exceed 400 degrees per second in an attitude that may even have the nose above the horizon. Such maneuvers must be performed with the center of gravity in the normal range and with appropriate training, and consideration should be given to the extreme gyroscopic forces generated by the propeller and exerted on the crankshaft. The current Guinness world record for the number of consecutive inverted flat spins is 98, set by Spencer Suderman on March 20, 2016 flying an experimental variant of the Pitts S 1 designated the Sunbird S 1x. Suderman started from an altitude of and recovered at 609.60 m.

Конструкция самолета

В целях безопасности все сертифицированные одномоторные самолеты с фиксированным крылом, включая сертифицированные планеры, должны соответствовать определенным критериям относительно поведения при сваливании и вращении. Конструкции, соответствующие этим требованиям, обычно имеют крыло с большим углом атаки у корневой части, чем на законцовках, так что сваливание начинается с корневой части, уменьшая резкость крена при сваливании и, возможно, позволяя элеронам оставаться частично эффективными до тех пор, пока сваливание не распространится к законцовке крыла. Один из методов настройки такого поведения при сваливании известен как "вымывание" (washout). Некоторые конструкторы самолетов для любительского использования стремятся создать самолет, который принципиально не способен к вращению, даже при неуправляемом сваливании. Некоторые самолеты оснащены фиксированными предкрылками. Если они расположены перед элеронами, они обеспечивают значительное сопротивление сваливанию и могут даже сделать самолет неспособным к вращению. Системы управления полетом некоторых планеров и самолетов для любительского использования спроектированы таким образом, что при отклонении руля высоты к крайнему заднему положению, как при полете на малой скорости и большом угле атаки, задние кромки обоих элеронов автоматически слегка поднимаются, уменьшая угол атаки на наружных участках крыльев. Это требует увеличения угла атаки на внутренних (центральных) участках крыла и способствует сваливанию внутренних участков раньше, чем законцовок. Стандарт сертификации США для гражданских самолетов с максимальным взлетным весом – это часть 23 Федеральных правил авиации, применительная к самолетам нормальной, транспортной и акробатической категорий. Раздел 23, §23.221 требует, чтобы одномоторные самолеты демонстрировали возможность выхода из одного витка, если преднамеренные витки запрещены, или из шести витков, если преднамеренные витки разрешены. Даже большие пассажирские одномоторные самолеты, такие как Cessna Caravan, должны быть подвергнуты испытанию одним витком, и испытатель должен неоднократно демонстрировать выход из него не более чем за один дополнительный виток. Для небольшого числа типов самолетов FAA установило эквивалентный уровень безопасности (ELOS), что позволяет избежать демонстрации одного витка. Например, это было сделано для Cessna Corvalis и Cirrus SR20/22. Успешная демонстрация выхода из одного витка не дает самолету разрешения на намеренное вращение. Чтобы получить разрешение на намеренное вращение, летчик-испытатель должен неоднократно подвергать самолет шести виткам, а затем демонстрировать выход из них не более чем за полтора дополнительных витка. Испытания на вращение потенциально опасны, поэтому испытательный самолет должен быть оснащен устройством для выхода из вращения, таким как хвостовой парашют, сбрасываемый балласт или система быстрого перемещения центра тяжести вперед. Сельскохозяйственные самолеты обычно сертифицируются в нормальной категории при умеренном весе. Для одномоторных самолетов это требует успешной демонстрации выхода из одного витка. Однако, с полным сельскохозяйственным бункером эти самолеты не предназначены для вращения, и выход из вращения маловероятен. Поэтому, при весе выше максимального для нормальной категории, эти самолеты не подвергаются испытаниям на вращение и, следовательно, могут быть сертифицированы только в ограниченной категории. Примером сельскохозяйственного самолета является серия Cessna AG.

For safety, all certificated, single engine fixed wing aircraft, including certificated gliders, must meet specified criteria regarding stall and spin behavior. Complying designs typically have a wing with greater angle of attack at the wing root than at the wing tip, so that the wing root stalls first, reducing the severity of the wing drop at the stall and possibly also allowing the ailerons to remain somewhat effective until the stall migrates outward toward the wing tip. One method of tailoring such stall behavior is known as washout. Some designers of recreational aircraft seek to develop an aircraft that is characteristically incapable of spinning, even in an uncoordinated stall. Some airplanes have been designed with fixed leading edge slots. Where the slots are located ahead of the ailerons, they provide strong resistance to stalling and may even leave the airplane incapable of spinning. The flight control systems of some gliders and recreational aircraft are designed so that when the pilot moves the elevator control close to its fully aft position, as in low speed flight and flight at high angle of attack, the trailing edges of both ailerons are automatically raised slightly so that the angle of attack is reduced at the outboard regions of both wings. This necessitates an increase in angle of attack at the inboard (center) regions of the wing, and promotes stalling of the inboard regions well before the wing tips. A US certification standard for civil airplanes up to maximum takeoff weight is Part 23 of the Federal Aviation Regulations, applicable to airplanes in the normal, utility and acrobatic categories. Part 23, §23.221 requires that single engine airplanes must demonstrate recovery from either a one turn spin if intentional spins are prohibited or six turn spins if intentional spins are approved. Even large, passenger carrying single engine airplanes like the Cessna Caravan must be subjected to one turn spins by a test pilot and repeatedly demonstrated to recover within no more than one additional turn. With a small number of airplane types the FAA has made a finding of equivalent level of safety (ELOS) so that demonstration of a one turn spin is not necessary. For example, this has been done with the Cessna Corvalis and the Cirrus SR20/22. Successful demonstration of the one turn spin does not get an airplane approved for intentional spinning. To get an airplane approved for intentional spinning, a test pilot must repeatedly subject it to a spin of six turns and then demonstrate recovery within one and a half additional turns. Spin testing is a potentially hazardous exercise, and the test aircraft must be equipped with some spin recovery device such as a tail parachute, jettisonable ballast, or some method of rapidly moving the center of gravity forward. Agricultural airplanes are typically certificated in the normal category at a moderate weight. For single engine airplanes this requires successful demonstration of the one turn spin. However, with the agriculture hopper full these airplanes are not intended to be spun, and recovery is unlikely. For this reason, at weights above the maximum for the normal category, these airplanes are not subjected to spin testing and, as a consequence, can only be type certificated in the restricted category. As an example of an agricultural airplane, see the Cessna AG series.

Сборник для спинн

Для того чтобы некоторые планеры легко входили в штопор в учебных целях или для демонстраций, производитель предлагает комплект для штопорения. Многие учебные самолеты могут казаться устойчивыми к входу в штопор, хотя некоторые из них намеренно разработаны и сертифицированы для выполнения штопоров. Хорошо известным примером самолета, разработанного для легкого штопорения, является Piper Tomahawk, который сертифицирован для выполнения штопоров, хотя характеристики штопорения Piper Tomahawk остаются предметом споров. Самолеты, не сертифицированные для выполнения штопоров, могут быть трудными или невозможными для вывода из штопора, если он превышает стандарт сертификации в один оборот. Хотя обучение штопорению исключено из большинства программ подготовки пилотов, некоторые страны по-прежнему требуют обучения восстановлению после штопора. В США такое обучение обязательно для кандидатов в гражданские летные инструкторы и военных пилотов. Штопор возникает только после сваливания, поэтому FAA делает акцент на обучении пилотов распознаванию, предотвращению и восстановлению после сваливания как способу снизить количество аварий, вызванных непреднамеренным сваливанием или штопором. Штопор часто пугает неподготовленного пилота, однако многие пилоты, обученные входу в штопор и восстановлению, считают, что этот опыт повышает осведомленность и уверенность. Во время штопора находящиеся в самолете ощущают уменьшенную гравитацию только на фазе входа, а затем испытывают нормальную гравитацию, за исключением того, что крутое положение носом вниз прижимает их к ремням безопасности. Быстрое вращение в сочетании с крутым углом тангажа вниз создает визуальный эффект, называемый «движением земли», который может дезориентировать. Процедура вывода из штопора требует использования руля направления для прекращения вращения, затем руля высоты для уменьшения угла атаки и прекращения сваливания, а затем вывода самолета из пикирования, не превышая максимально допустимую скорость (VNE) или максимальную перегрузку (G). Максимальная перегрузка для легкого самолета в нормальной категории обычно составляет 3,8 G. Для легкого самолета в акробатической категории она обычно составляет не менее 6 G.