Продольное управление самолетом

Боковая устойчивость и управляемость.

Боинг 737 имеет излишнюю степень поперечной статической устойчивости (m_x^β), особенно с отклоненной механизацией крыла.

Поперечной устойчивостью самолета называется его способность крениться в сторону, обратную скольжению. Основную роль в создании кренящего момента играет стреловидное крыло: при возникновении скольжения у выдвинутого вперед полукрыла угол стреловидности как бы уменьшится на величину угла скольжения, а у отстающего увеличится на такую же величину.

Такое изменение углов стреловидности полукрыльев приведет к изменению их несущих свойств так, что у выдвинутого вперед полукрыла увеличится коэффициент подъемной силы, а у отстающего – уменьшится. Возникнет кренящий момент в сторону, обратную скольжению. Возникающий момент частично компенсируется, возникающим при вращении, демпфирующим моментом крена (m_x^ωx), но все равно вызывает энергичное кренение.

Таким образом, самолет чрезмерно реагирует креном на боковые порывы ветра, что усложняет пилотирование в условиях порывистого бокового ветра.

При вращении самолета вокруг продольной оси, возникает скольжение в сторону опускаемого крыла, за сет возникающей боковой составляющей силы тяжести. При этом, сразу возникает момент поперечной устойчивости M_x^β, который стремится уменьшить возникающий крен. И, если самолет имеет слишком большую степень поперечной устойчивости, то этот момент довольно значителен. Причем значителен настолько, что момент путевой устойчивости M_у^β, стремящийся развернуть нос самолета в сторону возникшего скольжения, при восстановлении скольжения, значительно отстает от восстановления крена. Таким образом, при возвращении крена в 0⁰ , самолет имеет тенденцию, к восстановлению скольжения и проскакивает это положение начиная крениться в противоположную сторону. Возникает явление, называемое «голландским шагом». Самолет совершает незатухающие колебания по крену и скольжению.

Для улучшения путевой устойчивости на самолете установлен демпфер рысканья (Yaw Damper), искусственно увеличивающий путевую устойчивость. Демпфер рысканья, анализируя сигналы, поступающие с гироскопа, с помощью ADC (Air-Data-Computer) усиливает или уменьшает эти сигналы, в зависимости от скорости полета, передавая их на привод руля направления. При этом, на педали управления РН остаются неподвижными, таким образом, пилот не может тактильно ощущать работу YD.

На самолетах в новой комплектации установлен специальный узел связи (IFSAU), интегрированный между САУ и самолетом, увеличивающий при выпущенных закрылках сигнал YD на 29%, а так же, на 50% гасятся сигналы с частотой 8герц, для улучшения комфорта пассажиров.

После катастрофы боинга 737-200 в районе Colorado Springs, NTSB были опубликованы результаты испытаний боинга 737 на координированное скольжение. Скорость 150-160 узлов, выпуск механизации - 10-40 градусов. В данном испытании рассматривался случай полного отклонения РН вправо (что составляет 25⁰).

Угол отклонения руля направлен.	Угол отклонения закрылков	Угол скольжения	Угол отклонения колеса штурвала	Угол крена
25 прав		14 прав	35 лев	18 лев
25 прав		15 прав	44 лев	17 лев
25 прав		15 прав	68 лев	16 лев
23 прав		17 прав	107 лев	23 лев

 

Таким образом видно, что, при закрылках 40-25⁰ , увод РН в крайнее положение не опасен, так как, благодаря излишней продольной устойчивости, и крайне высокой эффективности отклоняемых в полете интерцепторов (flight spoilers), кренящий момент от РН парируется штурвалом. А вот при выпуске механизации на 15⁰, необходимая балансировка самолета была достигнута лишь при полном отклонении штурвала влево, и отклонении РН на 23⁰ вправо. Таким образом, закрылки 30 обеспечивают лучшую управляемость в условиях отклонения РН и, как следствие, в условиях бокового ветра и сдвига ветра, что подтверждает рекомендация по пилотированию в FCOM разделSupplementary Procedures - Adverse Weather - Windshear:

Precautions
If windshear is suspected, be especially alert to any of the danger signals
and be prepared for the possibility of an inadvertent encounter. The
following precautionary actions are recommended if windshear is
suspected:
/.../
Approach and Landing
• Use flaps 3 0 for landing

 

Продольное управление самолетом

Управляющими поверхностями являются: руль высоты и стабилизатор. На задней кромке руля высоты установлен сервокомпенсатор, облегчающий отклонение руля пилотами при отсутствии гидропитания. Для отклонения руля высоты на 4⁰ при отказе гидросистемы потребуется усилие около 45 кг. Штурвалы пилотов связаны с гидравлическими приводами руля высоты посредством тросовой проводки.

На модификации NG аэродинамические компенсаторы при выпущенных закрылках и наличии давления в гидростистемах, перестраиваются на антикомпенсаторы, работая по следующей схеме:

 

 

 

Так как самолет не имеет механизма триммирования, то снять усилия со штурвала возможно, лишь отклонив его в нейтральное положение. При таком положении балансировка самолета осуществляется исключительно отклонением стабилизатора.

Нейтральное положение руля высоты меняется, в зависимости от положения стабилизатора, так как РВ все время стремится находиться в одной плоскости со стабилизатором. При работающем приводе РВ это обеспечивается за счет смещения загружателя штурвала, а при работе автопилота-за счет отслеживания положения стабилизатора датчиком автопилота и выдачи соответствующей команды на РВ. Например: при перекладки стабилизатора в положении 17 units (единиц) на кабрирование, штурвал сместится на 4,3 см, что соответствует перекладке РВ около 7⁰. На самолетах модификации NG положение РВ регулируется не только механическим смещением нейтрали загружателя, но и командами от FCC (Flight control computer).

 

Таким образом, из графика видно, что при задних и передних центровках, такая система позволяет пилоту затрачивать меньше усилий для балансировки самолета. Например, при эксплуатационных центровках 30%-5% САХ, диапазон 2 - 6,9 units (NG - 36%-6% САХ 2,65-8,5units), нейтраль смещена от 0,5 до 1,7, РВ смещен на (4,4⁰ – 5⁰), что улучшает управляемость на взлете, уменьшает амплитуду движения штурвалом, но требует более аккуратного обращения.

Для улучшения устойчивости самолета на малых скоростях, существует система Speed trim system. Ее задача - в зависимости от скорости полета управлять стабилизатором для улучшения устойчивости. Условия для срабатывания- малый вес, задняя центровка, высокий РРД. Задача системы состоит в том, чтоб при разгоне самолет имел тенденцию к задиранию носа, а при торможении - наоборот. Стандартно - при разгоне до 250 узлов и наборе высоты, стабилизатор отклонен на 8units на кабрирование. Так же, чем выше режим работы двигателей и больше вертикальная скорость, тем больше стабилизатор отклоняется на кабрирование. При приближении к углам сваливания, система автоматически отключается. Так же, необходимо учитывать все вышеописанное в совокупности с низким расположением двигателей на самолете. Одна из особенностей такого расположения заключается в том, что при увеличении тяги двигателей, самолет имеет тенденцию к увеличению кабрирующего момента, что вкупе с закрылками, выпущенными на 40⁰, при уходе на второй круг и, как следствие, наборе скорости и перекладки стабилизатора на кабрирование, усиливает опасность выхода на критические углы атаки и, как следствию – опасности сваливания.

Так же FCTM рекомендует:

Flap Setting for Lading
For normal landings, use flaps 15, 30, or flaps 40. Flaps 15 is normally limited to
airports where approach climb performance is a factor. Flaps 30 provides better
noise abatement and reduced flap wear/loads. When performance criteria are met,
use flaps 40 to minimize landing speed, and landing distance.

То есть, закрылки в позиции 40⁰ обеспечивают меньшую посадочную скорость, дистанцию (как следствие - меньший нагрев и износ тормозов, а это-деньги АК), но являются худшим вариантом, если есть ограничения по градиенту набора высоты (большой вес, или большой градиент для G/A-горные А/П).

Так же, FCTM при выходе на режимы, предшествующие сваливанию рекомендует осторожно и плавно добавлять РРД (FCTM 7.9 Maneuvers – Approach to stall recovey).

Ground Contact a Factor

At the first indication of stall (buffet or stick-shaker) smoothly advance the thrust

levers to maximum thrust and adjust the pitch attitude as needed to avoid the

ground. Simultaneously level the wings. Control pitch as smoothly as possible. As

the engines accelerate, the airplane nose pitches up. To assist in pitch control, add

more nose down trim as the thrust increases. Avoid abrupt control inputs that may

induce a secondary stall. Use intermittent stick shaker as the upper limit for pitch

attitude for recovery when ground contact is a factor.

А так же, запрещает пользоваться РУДами, для изменения РРД при выходе из сваливания (FCTM 7.18 Maneuvers – Recovery from a fully developed stall)

Under certain conditions, on airplanes with underwing-mounted engines, it may

be necessary to reduce thrust in order to prevent the angle of attack from

continuing to increase. Once the wing is unstalled, upset recovery actions may be

taken and thrust reapplied as needed.

23 сентября 2007 года самолет (боинг 737-300) при заходе на посадку потерял скорость до 82 узлов (20 узлов менее V_REF), вышел на режим сваливания. Экипаж при выводе самолета из сваливания вывели двигатели на режим превышающий полную взлетную мощность. При этом, кабрирующий момент от двигателей был так велик, что для его парирования не хватило полной отдачи штурвальной колонки от себя и тангаж самолета увеличился до 44 градусов.

AAIB (бюро расследований происшествий на авиационном транспорте Великобритании) подчеркнуло в своем отчете, что в QRH (Quick Reference Handbook) не отражен тот факт, что для вывода самолета из сваливания может потребоваться использование стабилизатора для противодействия кабрирующему моменту двигателей и что экипажи должны быть предупреждены об этом.

Заключение

Таким образом, знание аэродинамических особенностей самолета, позволит уменьшить количество а/п с данным типом, увеличить степень «понимания» того, что происходит с самолетом, и, как следствие - повысить культуру пилотирования и безопасность полетов.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: