Как и почему падают самолёты. Глава вторая. Часть первая.
Глава первая
Варианты разрушения самолётов.
На самом деле их совсем не много: разрушение на большой высоте, падение в штопоре, падение в пикировании, аварийная посадка (пологое пикирование). Есть ещё пожар и взрыв стоящего на земле самолёта, но там всё просто и не интересно. При этом нужно понимать, что чётких границ между перечисленными способами разрушения самолёта нет. Но об этом ниже. Кроме того, есть ещё столкновение с водной поверхностью. Оно имеет свои особенности. Давайте теперь по порядку.
Разрушение на большой высоте.
Что значит "разрушение"? Самолёт перестал быть единым целым. Оно может быть полным (мощный взрыв внутри самолёта) либо частичным (что-то отвалилось).
При полном разрушении самолёт превращается в кучу обломков не способных держаться в воздухе. В этом случае наиболее плотные фрагменты (двигатели, шасси, центроплан (место стыка крыла и фюзеляжа)) снижаются и падают на землю с относительно не большим разбросом. Крупные фрагменты крыльев, оперение и мелкие куски фюзеляжа разлетаются на огромной территории, измеряемой квадратными километрами. Я не припомню случаев мгновенного и полного разрушения самолёта в воздухе. Гораздо чаще случается частичное разрушение.
При частичном разрушении всё не так однозначно. Самолёт теряет какой-то элемент конструкции, но в остальном сохраняет целостность. Случается, что даже сохраняется управление и подъёмная сила. В этом случае экипаж пытается совершить аварийную посадку, о которой я расскажу ниже. Если же самолёт теряет фрагмент без которого управляемый полёт не возможен, то начинается неуправляемый полёт переходящий в падение. При этом потерянный фрагмент, как правило, оказывается на земле в точке наиболее удалённой от места падения всего самолёта в направлении противоположном направлению полёта.
Особенностью разрушения самолёта в воздухе является то, что от его фрагментов на земле не остаётся воронок или борозд. Даже тяжёлые обломки падают хаотично кувыркаясь и заторможенные воздухом. Энергия их падения относительно не велика и гасится деформацией обломка при ударе.
Комментарий специалиста: "Если у нас произошло разрушение в воздухе, то поведение обломков проходит уже по ведомству баллистики. Соответственно всё будет определяться баллистическим коэффициентом - отношением веса к силе сопротивления. Чем больше баллистический коэффициент, тем дольше обломок будет сохранять горизонтальную скорость. Т.е. небольшие, но тяжёлые детали улетают дальше. Если разрушение произошло на небольшой высоте, то при падении на землю они вполне могут оставить борозды, т.к. сохранят достаточную горизонтальную скорость. А если, наоборот, на большой, то при падении оставят воронку, т.к. наберут большую вертикальную (терминальную) скорость."
Рассмотрим примеры разрушения самолётов в воздухе.
Боинг 777 Malaysia Airlines рейс MH17 Донецк. Высота 10 км. Скорость 900 км/ч. Разрушение в воздухе.
Схема разлёта обломков:
Более подробный вариант схемы:
Из схемы видно, что первыми обломками на пути следования самолёта являются фрагменты кабины и передней части фюзеляжа. Очевидно, что разрушение самолёта началось именно с них. Далее, набегающим потоком воздуха разорвало фюзеляж, и его обломки усеяли землю на площади более 15 кв.км. Оставшаяся часть самолёта пролетела в падении ещё 8,5 км продолжая разрушаться. Примерно на последней трети траектории падения оторвало хвостовую часть. Дальше всего отлетела центральная часть самолёта (крыло, центроплан, основные стойки шасси, двигатели).
Обломки наибольшего фрагмента самолёта:
Слева остатки двигателя, на заднем плане по центру - центроплана и основных стоек шасси.
Фрагмент хвостового оперения (киль):
Эйрбас 321 Когалымавиа рейс 7К-9268 Синай. Высота 9,4 км. Скорость 755 км/ч. Частичное разрушение в воздухе.
В результате взрыва самолёт потерял хвостовую часть, которая упала далеко и сильно раньше от основной массы обломков.
Оставшаяся часть самолёта, лишившись рулей высоты и направления, начала неуправляемый полёт, который через 22 секунды перешёл в штопор (путевая скорость 115 км/ч, вертикальная -30 м/с). В итоге она упала плашмя.
Падение в штопоре
Что такое штопор? Это срыв воздушного потока на крыле самолёта, приводящий к частичной или полной потере подъёмной силы. При этом самолёт имеет незначительную путевую скорость но огромную вертикальную. Т.е. он падает.
Штопор самолета: а - прямой; б - обратный; в - плоский
Штопор в исполнении истребителя:
Самолёт, свалившийся в штопор и долетевший до самой земли, лежит довольно аккуратной кучкой, размер которой зависит от высоты падения и прочности конструкции. Никакой воронки нет, т.к. удар получается плашмя и вся его энергия уходит на сплющивание самолёта.
Комментарий специалиста: "Штопор - это НЕСИММЕТРИЧНЫЙ срыв потока, приводящий к быстрому развитию вращения. Штопор бывает классический и плоский. При классическом траектория самолёта - нисходящая спираль. При плоском спирали практически нет, просто падаем по параболе с вращением относительно вертикальной оси. Если срыв в штопор произошел на большой высоте (такое тоже бывает), то при классическом штопоре опасности две: 1) вращение - нарастающая угловая скорость даёт большую центробежную силу, которая может оторвать от самолёта что-нибудь нужное, скорее всего консоль крыла; 2) скорость - при выводе из штопора можно превысить максимально допустимую скорость, что чревато целым рядом проблем: или а) при попытке перевода самолёта в горизонтальный полет после остановки вращения у нас произойдёт превышение допустимой перегрузки и сломает консоль крыла, или б) получим реверс элеронов (тогда попытка остановить вращение наоборот его усиливает и см. пункт 1), или в) получится затягивание в пикирование (здесь должно быть мнокабукофф про аэродинамический фокус, число Маха, запас по управлению и т.п.). В случае 2в мы воткнёмся в землю с вполне приличной скоростью и можем оставить вполне заметную воронку. С плоским штопором всё проще - горизонтальной скорости на момент падения практически нет, вертикальная сравнительно маленькая (но нам хватит), действительно оставляем после себя аккуратную кучку, а все, кто пристегнулся, выглядят почти как живые ]:->"
Примеры падения в штопоре.
Истребитель МиГ-29
Вид сверху:
Сбоку:
И сзади:
Ту-154М Владивосток-Авиа рейс ДД 352 Иркутск. Сорвался в штопор при заходе на посадку с высоты 700 м.
Хорошо видно, насколько компактно лежит то, что от него осталось.
Ту-154 Пулково рейс PLK-612 Донецк. Срыв в штопор на высоте 12,9 км.
Не смотря разницу высот на два порядка обломки лежат столь же компактно. И никакой воронки нет.
Глава вторая. Часть вторая.
Варианты разрушения самолётов.
На самом деле их совсем не много: разрушение на большой высоте, падение в штопоре, падение в пикировании, аварийная посадка (пологое пикирование). Есть ещё пожар и взрыв стоящего на земле самолёта, но там всё просто и не интересно. При этом нужно понимать, что чётких границ между перечисленными способами разрушения самолёта нет. Но об этом ниже. Кроме того, есть ещё столкновение с водной поверхностью. Оно имеет свои особенности. Давайте теперь по порядку.
Разрушение на большой высоте.
Что значит "разрушение"? Самолёт перестал быть единым целым. Оно может быть полным (мощный взрыв внутри самолёта) либо частичным (что-то отвалилось).
При полном разрушении самолёт превращается в кучу обломков не способных держаться в воздухе. В этом случае наиболее плотные фрагменты (двигатели, шасси, центроплан (место стыка крыла и фюзеляжа)) снижаются и падают на землю с относительно не большим разбросом. Крупные фрагменты крыльев, оперение и мелкие куски фюзеляжа разлетаются на огромной территории, измеряемой квадратными километрами. Я не припомню случаев мгновенного и полного разрушения самолёта в воздухе. Гораздо чаще случается частичное разрушение.
При частичном разрушении всё не так однозначно. Самолёт теряет какой-то элемент конструкции, но в остальном сохраняет целостность. Случается, что даже сохраняется управление и подъёмная сила. В этом случае экипаж пытается совершить аварийную посадку, о которой я расскажу ниже. Если же самолёт теряет фрагмент без которого управляемый полёт не возможен, то начинается неуправляемый полёт переходящий в падение. При этом потерянный фрагмент, как правило, оказывается на земле в точке наиболее удалённой от места падения всего самолёта в направлении противоположном направлению полёта.
Особенностью разрушения самолёта в воздухе является то, что от его фрагментов на земле не остаётся воронок или борозд. Даже тяжёлые обломки падают хаотично кувыркаясь и заторможенные воздухом. Энергия их падения относительно не велика и гасится деформацией обломка при ударе.
Комментарий специалиста: "Если у нас произошло разрушение в воздухе, то поведение обломков проходит уже по ведомству баллистики. Соответственно всё будет определяться баллистическим коэффициентом - отношением веса к силе сопротивления. Чем больше баллистический коэффициент, тем дольше обломок будет сохранять горизонтальную скорость. Т.е. небольшие, но тяжёлые детали улетают дальше. Если разрушение произошло на небольшой высоте, то при падении на землю они вполне могут оставить борозды, т.к. сохранят достаточную горизонтальную скорость. А если, наоборот, на большой, то при падении оставят воронку, т.к. наберут большую вертикальную (терминальную) скорость."
Рассмотрим примеры разрушения самолётов в воздухе.
Боинг 777 Malaysia Airlines рейс MH17 Донецк. Высота 10 км. Скорость 900 км/ч. Разрушение в воздухе.
Схема разлёта обломков:
Более подробный вариант схемы:
Из схемы видно, что первыми обломками на пути следования самолёта являются фрагменты кабины и передней части фюзеляжа. Очевидно, что разрушение самолёта началось именно с них. Далее, набегающим потоком воздуха разорвало фюзеляж, и его обломки усеяли землю на площади более 15 кв.км. Оставшаяся часть самолёта пролетела в падении ещё 8,5 км продолжая разрушаться. Примерно на последней трети траектории падения оторвало хвостовую часть. Дальше всего отлетела центральная часть самолёта (крыло, центроплан, основные стойки шасси, двигатели).
Обломки наибольшего фрагмента самолёта:
Слева остатки двигателя, на заднем плане по центру - центроплана и основных стоек шасси.
Фрагмент хвостового оперения (киль):
Эйрбас 321 Когалымавиа рейс 7К-9268 Синай. Высота 9,4 км. Скорость 755 км/ч. Частичное разрушение в воздухе.
В результате взрыва самолёт потерял хвостовую часть, которая упала далеко и сильно раньше от основной массы обломков.
Оставшаяся часть самолёта, лишившись рулей высоты и направления, начала неуправляемый полёт, который через 22 секунды перешёл в штопор (путевая скорость 115 км/ч, вертикальная -30 м/с). В итоге она упала плашмя.
Падение в штопоре
Что такое штопор? Это срыв воздушного потока на крыле самолёта, приводящий к частичной или полной потере подъёмной силы. При этом самолёт имеет незначительную путевую скорость но огромную вертикальную. Т.е. он падает.
Штопор самолета: а - прямой; б - обратный; в - плоский
Штопор в исполнении истребителя:
You can watch this video on www.livejournal.com
Самолёт, свалившийся в штопор и долетевший до самой земли, лежит довольно аккуратной кучкой, размер которой зависит от высоты падения и прочности конструкции. Никакой воронки нет, т.к. удар получается плашмя и вся его энергия уходит на сплющивание самолёта.
Комментарий специалиста: "Штопор - это НЕСИММЕТРИЧНЫЙ срыв потока, приводящий к быстрому развитию вращения. Штопор бывает классический и плоский. При классическом траектория самолёта - нисходящая спираль. При плоском спирали практически нет, просто падаем по параболе с вращением относительно вертикальной оси. Если срыв в штопор произошел на большой высоте (такое тоже бывает), то при классическом штопоре опасности две: 1) вращение - нарастающая угловая скорость даёт большую центробежную силу, которая может оторвать от самолёта что-нибудь нужное, скорее всего консоль крыла; 2) скорость - при выводе из штопора можно превысить максимально допустимую скорость, что чревато целым рядом проблем: или а) при попытке перевода самолёта в горизонтальный полет после остановки вращения у нас произойдёт превышение допустимой перегрузки и сломает консоль крыла, или б) получим реверс элеронов (тогда попытка остановить вращение наоборот его усиливает и см. пункт 1), или в) получится затягивание в пикирование (здесь должно быть мнокабукофф про аэродинамический фокус, число Маха, запас по управлению и т.п.). В случае 2в мы воткнёмся в землю с вполне приличной скоростью и можем оставить вполне заметную воронку. С плоским штопором всё проще - горизонтальной скорости на момент падения практически нет, вертикальная сравнительно маленькая (но нам хватит), действительно оставляем после себя аккуратную кучку, а все, кто пристегнулся, выглядят почти как живые ]:->"
Примеры падения в штопоре.
Истребитель МиГ-29
Вид сверху:
Сбоку:
И сзади:
Ту-154М Владивосток-Авиа рейс ДД 352 Иркутск. Сорвался в штопор при заходе на посадку с высоты 700 м.
Хорошо видно, насколько компактно лежит то, что от него осталось.
Ту-154 Пулково рейс PLK-612 Донецк. Срыв в штопор на высоте 12,9 км.
Не смотря разницу высот на два порядка обломки лежат столь же компактно. И никакой воронки нет.
Глава вторая. Часть вторая.