Бочка — это воздушный маневр, при котором самолет совершает полный оборот вокруг продольной и поперечной осей, заставляя его следовать по винтовой траектории, приблизительно сохраняя свое первоначальное направление. Иногда его описывают как «комбинацию петли и бочки». [1] Перегрузка на объекте сохраняется положительной ( но не постоянной) на протяжении всего маневра, обычно между 2 и 3 g и не менее 0,5 g . Бочку обычно путают с роллом элеронов .
Бочка так названа, потому что самолет, выполняющий этот маневр, выглядит так, как будто он летит, вращая колесами внутреннюю стенку цилиндра или воображаемую бочку, лежащую на боку. Более распространенная современная визуализация — представить самолет, пытающийся лететь по горизонтальному штопору вокруг линии направления движения. [2] Хотя маневр появился раньше названия, термин был впервые использован в 1917 году и приобрел популярность в начале 1930-х годов. [3]
В авиации бочкообразная бочка — это пилотажный маневр, при котором самолет выполняет спиральную бочку вокруг своего относительного движения вперед, при этом нос в конечном итоге направлен вдоль первоначальной траектории полета. Он выполняется путем выполнения комбинации бочки и петли. Маневр включает постоянное изменение положения самолета ( ориентация носа ) по двум или, возможно, по всем трем осям. Он состоит из вращения по оси тангажа (нос вращается вверх, в направлении, перпендикулярном крыльям) посредством применения ввода руля высоты, за которым следует ввод элеронов для вращения самолета по его оси крена. Иногда ввод руля направления применяется для помощи в крене по оси рыскания (нос вращается вбок), путем размахивания хвостом над вершиной. В средней точке (вверху) крена самолет должен лететь перевернутым, с носом, направленным примерно под прямым углом к общей траектории полета. Самолет также наберет высоту и пройдет небольшое расстояние от первоначальной траектории полета. Летая перевернутым, самолет продолжает выполнять вращение, снижаясь по высоте и возвращаясь на исходную траекторию полета. После завершения вращения самолет должен закончить полет по той же траектории полета и примерно на той же высоте, на которой начался маневр. [4]
Термин «бочка» часто используется неправильно для обозначения любого крена самолета (см. крен элеронов , медленный крен или резкий крен ).
Первоначально бочка называлась «боковым сальто». Впервые она была исполнена в 1905 году Дэниелом Мэлони . Он управлял планером, принадлежавшим Джону Джозефу Монтгомери, во время показательного шоу, который был поднят воздушным шаром, а затем отпущен. Во время этого шоу Мэлони сделал очень крутой поворот, заставив крылья деформироваться, выполнив маневр совершенно случайно, но его быстро последовал его напарник Дэвид Уилк, который сделал две бочки подряд: одну влево, а другую вправо. [5]
За пределами соревнований по высшему пилотажу, прототипы Boeing 367-80 и Concorde были подвергнуты бочкообразной прокатке во время испытаний. Boeing 367-80 был дважды перевернут Тексом Джонстоном в несанкционированном маневре во время демонстрации самолета Международной ассоциации воздушного транспорта над озером Вашингтон , Сиэтл. Concorde был многократно перевернут его летчиками-испытателями, включая Жана Франчи и Брайана Уолпола . [6] Летчик-испытатель Avro Роли Фальк перевернул Avro Vulcan во время показа на авиашоу в Фарнборо 1955 года, набрав высоту во время маневра. [7]
Чтобы выполнить бочку в чистом виде, с точки зрения пилота, ее лучше всего рассматривать как вращение вокруг точки на горизонте, которая находится под углом 45 градусов от траектории полета. [ требуется ссылка ] Начиная с горизонтального полета, пилот обычно выбирает такую точку на горизонте в качестве ориентира, которая обычно находится между носом и законцовкой крыла, за боковым окном (если у самолета есть боковые окна). Этой точкой может быть что угодно в этой области, например, далекое озеро, вершина горы или облако. Затем пилот тянет ручку назад, выводя самолет на короткий подъем. Когда нос проходит через горизонт, пилот начинает применять ввод элеронов , что достигается путем ослабления ручки либо вправо, либо влево. По мере того, как самолет кренится, он будет продолжать наклоняться в направлении вектора подъемной силы . Пилоту необходимо будет тщательно контролировать скорость крена, удерживая нос на расстоянии 45 градусов от контрольной точки на горизонте, пока нос описывает круг вокруг этой точки. Некоторым самолетам может потребоваться управление рулем направления , в то время как большинству мощных самолетов потребуется только управление элеронами и рулем высоты . [8] [ необходима цитата ]
Когда самолет наклонился на 90 градусов, а крылья вертикальны, нос должен быть наклонен примерно на 45 градусов прямо над точкой отсчета. По мере того как самолет продолжает катиться вверх дном, он начнет выравниваться, и горизонт будет казаться поднимающимся, чтобы встретиться с носом. В полностью перевернутом положении самолет должен быть горизонтальным, а нос должен по-прежнему находиться под углом 45 градусов в сторону от точки отсчета, отводя его на 90 градусов от первоначальной траектории полета. Когда нос опускается через горизонт, пилоту может потребоваться уменьшить давление руля высоты, чтобы избежать потери высоты за счет противодействия силе тяжести и потере подъемной силы. Все еще удерживая нос под углом 45 градусов от точки отсчета, самолет должен перейти в горизонтальный полет по той же траектории полета и на той же высоте, на которой начался маневр. При правильном выполнении опорная точка должна оставаться в довольно неподвижном положении относительно самолета, в то время как горизонт вращается вокруг нее. [9] [ самоизданный источник? ]
В маневрировании воздушного боя , исторически известном как собачий бой , термин «бочка» может относиться к одному из многих маневров. Эти маневры часто называют просто бочками, но многие попадают в категорию «смещающих валиков».
Термин «бочка» сам по себе чаще всего относится к спиральному крену вокруг прямой траектории полета, целью которого является замедление относительного движения вперед (движение вниз по дальности) самолета. Это может помочь защитнику заставить атакующего, который обычно находится позади защитника, вылететь вперед, что называется перелетом . Это также может помочь атакующему предотвратить перелет. Это часто заставляет оба самолета продолжать серию перелетов, известных как маневр «ножницы в движении» . Бочка также часто используется для проверки слепых зон, оставаясь на устойчивой траектории полета.
Вращающиеся ножницы, также называемые вертикальными ножницами или просто «роликами», обычно являются нежелательным маневром, в который можно попасть как для атакующего, так и для обороняющегося. Преимущество обычно достается самолету с более высокой скоростью поворота, особенно при протягивании носа через верхнюю и нижнюю части поворотов. Правильное размещение вектора подъемной силы во время маневра имеет решающее значение для удержания от движения вперед относительно противника. Существует множество оптических иллюзий, которые влияют на способность пилота определять относительное положение противника, и можно легко допустить ошибку. Крайне сложно получить подходящее решение для стрельбы во время вращающихся ножниц. Если у самолета соотношение тяги к весу меньше единицы, каждый последующий поворот будет ниже предыдущего, и пилоты могут быстро оказаться на уровне земли. Любое преимущество обычно теряется первым пилотом, который пытается выйти из боя. [10]
High-g barrel roll — это последний оборонительный маневр, выполняемый, когда атакующий достиг подходящего решения для стрельбы. Маневр выполняется, когда атакующий находится очень близко, и barrel roll, выполняемый обороняющимся, может вызвать перелет. Маневр начинается с отключения дросселя, выдвижения тормозов или очень резкого поворота, чтобы спровоцировать перелет. Затем маневр выполняется путем приложения чрезмерного давления на руль высоты и жесткого ввода руля направления во время barrel roll, чтобы помочь с роллом. Внезапное изменение относительной скорости движения может привести к тому, что удивленный атакующий вылетит перед обороняющимся. В зависимости от ситуации, high-g barrel roll может быть выполнен «сверху», начиная ролл как обычный barrel roll. Roll также может быть выполнен «снизу», выполняя половину aileron roll в перевернутом положении и начиная barrel roll в перевернутом положении. [11]
Существует множество маневров, которые можно описать как крен смещения. Крен смещения — это бочкообразный крен, который перемещает самолет вбок, смещая его с прогнозируемой траектории полета и перемещая его на новую траекторию полета. В зависимости от того, как выполняется крен смещения, он может обеспечить сдвиг вбок на параллельную траекторию полета, или могут использоваться более агрессивные крены для уменьшения радиуса поворота .
Перемещая истребитель больше в вертикальную плоскость, пилот может использовать гравитацию , чтобы помочь самолету в выполнении поворота. В вертикальных или наклонных геометрических плоскостях поворот будет намного медленнее сверху, а радиус поворота будет намного меньше. И наоборот, радиус поворота будет намного больше через нижнюю часть поворота, но скорость поворота будет больше. [12] Смещающие роллы в полной мере используют эту помощь, предоставляемую гравитацией. Перемещая истребитель больше в вертикальную плоскость, пилот может затем контролировать скорость крена и рыскания , чтобы обеспечить резкое уменьшение радиуса поворота, помогая атакующему предотвратить перелет и оставаться внутри поворота обороняющегося. Такой смещающий ролл, также называемый «rollaway», использует геометрию трех измерений, выполняя полубочку в перевернутое положение, затем выполняя вторую половину петли с очень небольшим креном, сохраняя вектор подъемной силы, выровненный с обороняющимся, когда самолет меняет направление. [13]
Крен купола — это простейшая форма крена смещения. Крен используется для обеспечения бокового смещения при сохранении исходного направления. Маневр начинается как обычная бочка, но когда самолет почти перевернут, пилот устанавливает рули высоты и элероны близко к нейтральному положению. Называемое «разгрузкой», это позволяет перевернутому самолету на мгновение лететь по довольно прямой дуге. Когда пилот достигает достаточного бокового смещения, он продолжает вторую половину бочки.
Этот тип переката называется перекатом купола, потому что он часто используется как способ для самолета быстро изменить положение, перекатываясь через верхнюю часть самолета и опускаясь с другой стороны. Перекаты купола часто используются в бою, чтобы сместить атакующего относительно траектории полета обороняющегося. Атакующему, следующему внутри поворота обороняющегося, может потребоваться сместить самолет наружу поворота обороняющегося, чтобы предотвратить перелет. Аналогично, если следовать снаружи поворота обороняющегося, который гораздо более маневренен, атакующий может не иметь возможности поднять нос в подходящую позицию для стрельбы. Используя перекат купола, атакующий может сместить самолет вбок от траектории полета обороняющегося. Это приведет к пересечению траекторий полета обоих самолетов, используя геометрию для изменения цели атакующего. Перекаты купола часто используются атакующим, когда обороняющийся меняет поворот, позволяя атакующему следовать за разворотом, сохраняя правильное относительное положение. [14] В фильме 1966 года «Голубой Макс», действие которого разворачивается в воздушном бою во время Первой мировой войны, показан переворот в воздухе, который выполняет один из двух немецких пилотов Luftstreitkräfte (персонажи Бруно Штахеля и Вилли фон Клюгермана), оба летающие на истребителях Fokker Dr.I , как раз перед трагической сценой «отважного» полета под мостом в фильме. [15]
Крен смещения лага , или «крен смещения», помогает улучшить огневую позицию атакующего самолета и помогает увеличить дальность. Атакующий выполняет крен во время жесткой, поворотной погони, вращаясь как вверх, так и в сторону от поворота. Обычно выполняется немного медленнее, чем обычный крен смещения, атакующий достигает надлежащего уменьшения радиуса поворота на повороте обороняющегося или сразу за ним. После завершения крена, когда вектор подъемной силы самолета указывает прямо на противника, пилот тянет ручку назад, повторно входя в поворот с возможностью достижения лучшей огневой позиции. [16] [17] [18]
Атака бочкообразной перекаткой — это военный маневр, который улучшает позицию наступающего и не дает ему перелететь. В этом маневре защитник ломает одно направление, и поэтому атакующий выполняет бочкообразную перекатку в противоположном направлении. Атакующий тянет палку назад сильнее, чем при обычной бочкообразной перекатке, выполняя более узкую петлю, чем перекат. Это трехмерный эквивалент поворота на 90 градусов, и атакующий завершает петлю, выполнив три четверти переката, с носом, направленным вдоль траектории полета защитника. [19] [20]
Маневр выполняется, когда перелет неизбежен и не может быть исправлен обычным креном смещения. Гораздо более агрессивный, чем обычный креном смещения, маневр начинается с небольшого крена в направлении разлома защитника, а затем резкого подъема. Примерно в 30 градусах от горизонта пилот начинает бочкообразный переворот от разлома защитника, применяя больше давления руля высоты, чем крена. При переворачивании пилот затем использует помощь, предоставляемую гравитацией в сочетании с управлением рулем направления, чтобы выровнять фюзеляжи обоих самолетов. Когда нос проходит через горизонт, пилот затем выровняет вектор подъемной силы перед защитником, чтобы вернуть истребитель в правильную геометрическую плоскость внутри поворота защитника. [20]
Успех атаки с использованием бочкообразной перекладины во многом зависит от способности самолета набирать высоту . [20] Когда атакующий снижается, обороняющийся может контратаковать, подтягиваясь вверх с использованием бочкообразной перекладины, что приводит к появлению вращающихся ножниц. [10]
Маневр, который очень напоминает плотную бочку, — это крен руля направления. Крен руля направления отличается от крена бочки тем, что приложение давления на заднюю ручку управления (руль высоты) обычно очень велико, а также тем, что вход элерона остается нейтральным на протяжении всего маневра. Вместо этого крен создается путем создания бокового скольжения посредством применения руля направления в сочетании с рулем высоты. Самолет будет крениться в направлении руля направления. Это заставит самолет скользить по крену, удерживая нос направленным только под небольшим углом от траектории полета. Самолет будет казаться скользящим почти вбок под небольшим углом по очень узкой винтовой траектории, больше похожей на воображаемую трубу, чем на бочку.
Скорость крена руля направления напрямую связана с углом атаки и числом Маха . Чем выше скорость и больше угол атаки, тем быстрее будет происходить крен. Крен будет более эффективным, если ручка будет оттянута назад до точки бафтинга ( турбулентности, которая предшествует сваливанию), и часто до максимума, который позволят рули высоты.
Рулевая качка обычно более контролируема, чем бочкообразная качка, и может выполняться на гораздо более высоких скоростях крена, но обычно должна выполняться на очень высоких скоростях, чтобы выработать количество энергии, необходимое для переноса скольжения на всем протяжении крена. Она, как правило, более эффективна на боевых скоростях, чем бочкообразная качка, из-за пониженной эффективности полномочий элеронов на более высоких скоростях. [21] Рулевая качка — это базовый маневр, используемый ракетами класса «воздух-воздух» и «земля-воздух» для обеспечения коррекции курса в полете, часто давая им неустойчивую траекторию полета, которая колеблется вокруг траектории цели. [22]