Учебное пособие основы полета (аэродинамика самолета Боинг-757-200) Москва -2013г

Поведение самолета при отказе двигателя.

Рис.48

My_разв = P₁×z₁ + P₂z₂

Вследствие инертности самолет стремится сохранить направление полета, в результате чего возникает скольжение на левое полукрыло с работающим двигателем. В процессе увеличения угла скольжения возникают восстанавливающие и демпфирующие моменты, препятствующие развороту, но они значительно меньше Му_разв. Следовательно, самолет продолжает разворот в сторону отказавшего двигателя, увеличивая угол скольжения b на противоположное полукрыло.

2. Практически одновременно с разворотом самолет начинает крениться на полукрыло с отказавшим двигателем под действием момента разности подъемных сил левой и правой половин крыла:

Mx_крен = (Yл+DYл)×z_л – (Yп - DYп)×z_п

Разность подъемных сил возникает вследствие скольжения стреловидного крыла в сторону работающего двигателя и «затенение» фюзеляжем части крыла с отказавшим двигателем. Эффективная скорость полукрыла V₁, на которое происходит скольжение (левого) значительно больше, чем у противоположного (правого) полукрыла; в процессе разворота полукрыло с работающим двигателем имеет также большую истинную скорость, а значит, и создает большую подъемную силу, чем полукрыло с отказавшим двигателем.

3. В процессе разворота и накренения самолет опускает нос в сторону крыла с отказавшим двигателем.

4. Самолет уменьшает скорость полета, так как располагаемая тяга силовой установки уменьшается, а сила лобового сопротивления самолета увеличивается из-за появления скольжения самолета.

Следует иметь в виду, что процесс нарушения равновесия самолета определяется прежде всего величиной Му_разв. Так, при отказе двигателя на взлетном режиме тяга Р_1mах и разворачивающий момент будут наибольшими.

Основным признаком отказа двигателя на какой-либо половине крыла является стремление самолета к энергичному развороту и созданию угла крена в сторону отказавшего двигателя с постепенным уменьшением скорости полета.

Действия экипажа для восстановления равновесия (балансировки) самолета

Для восстановления равновесия самолета необходимо обеспечить продольную и боковую балансировку самолета, для чего отклоняют руль направления и штурвал в сторону работающего двигателя так, чтобы самолет продолжал прямолинейный полет почти без крена, допуская крен 2...3° в сторону работающих двигателей. Не допускать потери скорости меньше минимально допустимой для данного элемента полета. При отказе двигателя в наборе высоты следует уменьшить угол набора высоты. Отказавший двигатель выключить.

Особенно опасным является отказ двигателя в процессе разворота с той стороны, куда происходит разворот, так как в этом случае пилоту значительно труднее по поведению самолета определить отказ. Поэтому следует немедленно вывести самолет из разворота и восстановить равновесие.

Продольное равновесие (балансировка) при отказе двигателя нарушается незначительно и самолет сравнительно легко балансируется в продольном отношении небольшим отклонением руля высоты.

В зависимости от величины разворачивающего момента и скорости полета отклонением руля направления и элеронов можно обеспечить следующие виды балансировки самолета.

Полет без скольжения (рис. 49). Для осуществления горизонтального полета без скольжения необходимо отклонить руль направления в сторону работающего двигателя так, чтобы возникшая при этом боковая сила вертикального оперения Zн имела момент относительно центра масс самолета, равный по абсолютной величине и противоположный по знаку разворачивающему моменту несимметричной тяги, т.е.

При этом же условии набор высоты и снижение самолета также происходит без скольжения, только углы отклонения руля направления dн и элеронов dэ будут другими (большими в наборе, меньшими при снижении).

Это главнейшее условие полета без скольжения – полета с наименьшим сопротивлением самолета при несимметричной тяге.

Кренящий момент в сторону полукрыла с отказавшим двигателем, который возникает вследствие боковой силы вертикального оперения Zн×у_н, уравновешивается моментом разности подъемных сил, возникающих из-за отклонения элеронов и гасителей подъемной силы:

Mx(DY_э.сп.л; DY_э.п) = Zн×у_н

Рис. 49

Если при равновесии моментов крена выполнять полет без крена, подъемная сила уравновешивает вес самолета, тяга работающих двигателей силу лобового сопротивления самолета, а боковая сила Zн остается неуравновешенной и вызывает искривление траектории полета (разворот самолета в сторону неработающего двигателя).

Для обеспечения равновесия боковых сил (обеспечения прямолинейности полета) необходимо создать небольшой крен (2...3°) в сторону работающего двигателя. При этом боковая сила Zн уравновешивается составляющей веса Gz, которая в горизонтальном полете равна G×sing, а в других видах полета (набор высоты, снижение) – G×sing×cosq.

Таким образом, боковое равновесие самолета (равновесие сил и моментов) при полете без скольжения достигается только при наличии незначительного крена (2...3°) на полукрыло с работающим двигателем. При этом следует обратить внимание на то, что боковая сила вертикального оперения и потребный угол крена зависят от разворачивающего момента несимметричной тяги.

При увеличении тяги работающего двигателя разворачивающий момент Mу_разв возрастает. Для обеспечения бокового равновесия в этих случаях необходимо увеличить момент силы вертикального оперения Zн×х_н путем дополнительного отклонения руля направления и увеличения силы Zн. Для уравновешивания большей силы Zн необходима большая составляющая веса Gz=G×sing, которую можно получить при большем угле крена.

В горизонтальном полете без скольжения подъемная сила уравновешивает составляющую веса Gy=G×cosg, а тяга Р₁ работающего двигателя силу лобового сопротивления самолета X+P₂ (X – сопротивление самолета без скольжения, а Р₂ – сопротивление отказавшего двигателя).

Полет без крена (рис.50). Если при полете без скольжения дополнительно отклонить руль направления в сторону работающего двигателя, то момент боковой силы вертикального оперения Zн×х_н окажется больше разворачивающего момента несимметричной тяги Му_разв. Самолет разворачивается вокруг нормальной оси в сторону работающего двигателя, создавая угол скольжения на полукрыло с отказавшим двигателем.

Рис.50

В горизонтальном полете без крена подъемная сила Y уравновешивает вес самолета G, тяга работающего двигателя P₁ – силу лобового сопротивления самолета X+P₂+X_b (Х_b – дополнительное сопротивление самолета, вызванное скольжением), а сила вертикального оперения Zн уравновешивается боковой силой Z_b, возникающей вследствие скольжения самолета на полукрыло с отказавшим двигателем:

Y=G; P₁=X+P₂+X_b; Zн=Z_b

Кренящий момент силы Zн уравновешивается моментом сил ∆Y_b, возникающих вследствие скольжения самолета на полукрыло с отказавшим двигателем и незначительной добалансировкой элеронами и гасителями подъемной силы.

Таким образом, боковое равновесие самолета без крена достигается при наличии незначительного скольжения на полукрыло с отказавшим двигателем.

Полет с креном и скольжением на полукрыло с работающими двигателями (рис. 51). Такой вид полета будет в том случае, когда момент силы отклоненного руля направления Zн×х_н будет меньше разворачивающего момента несимметричной тяги Mу_разв. Это может иметь место при наличии большого разворачивающего момента несимметричной тяги при уходе на второй круг, а также при недостаточном отклонении руля направления пилотом (ошибка в технике пилотирования) или небольшой его эффективности (отказ двигателя на малой скорости).

Рис.51

Zн×х_н + Z_b×x_b = P₁×z₁ + P₂×z₂

Для равновесия боковых сил необходимо создать крен на полукрыло с работающим двигателем несколько большим, чем при полете без скольжения. При этом составляющая веса Gz=G×sing (горизонтальный полет) или Gz = G×sing×cosq (набор высоты или снижение) уравновесит сумму боковых сил Zн + Z_b, тяга работающего двигателя P₁ силу лобового сопротивления самолета X+X_b+P₂. Кренящий момент на полукрыло с отказавшим двигателем от силы руля направления Zн×у_н и момента разности подъемных сил, возникающих вследствие скольжения Mx(∆Y_bл; ∆Y_bп), уравновесятся моментом от отклоненных элеронов и гасителей подъемной силы Mx(∆Yэ.л; ∆Yсп.л; ∆Yэ.п) при отклонении штурвала элеронов в сторону работающего двигателя.

Таким образом, боковое равновесие самолета достигается при наличии крена и скольжения на полукрыло с работающим двигателем.

Если момент Zн×х_н незначительно меньше разворачивающего момента несимметричной тяги, то полет происходит с небольшим скольжением и сила Z_b возникает небольшая, крен на работающий двигатель незначительно больше чем при полете без скольжения и полет протекает нормально.

При недостаточном отклонении руля направления балансировка может быть обеспечена только при больших углах скольжения и крена, сопротивление значительно увеличивается, летные характеристики самолета ухудшаются и полет становится опасным.

При незначительном отклонении руля направления, что является грубейшей ошибкой в технике пилотирования, самолет продолжает энергично разворачиваться в сторону отказавшего двигателя, угол скольжения и кренящий момент резко увеличиваются. Если при критическом угле скольжения (bкр » 15°) моменты сил Zн и Z_b не уравновешивают разворачивающего момента несимметричной тяги, то при дальнейшем увеличении угла скольжения Zн и Z_b даже при увеличении угла отклонения руля направления уменьшаются, что является особенно опасным. Вследствие увеличения угла скольжения кренящий момент самолета резко увеличивается и момента элеронов с гасителями подъемной силы будет недостаточно для его уравновешивания. Таким образом, в результате выхода самолета на закритический угол скольжения самолет может потерять боковое равновесие и наступит срыв. Признаком такого опасного состояния полета является то, что при полном отклонении штурвала элеронов самолет продолжает увеличивать крен. Предотвратить срыв самолета в этом случае можно только полным отклонением руля направления, дросселированием работающего двигателя с отжатием штурвала от себя.

Рассмотрев возможные виды равновесия (балансировка) полета с несимметричной тягой, можно сделать следующие выводы:

1. Полет без скольжения с незначительным креном на полукрыло с работающим двигателем обеспечивает наибольший запас тяги, так как сопротивление самолета минимальное и почти равно сопротивлению в полете с нормально работающими двигателями. Этот вид равновесия является основным, им следует пользоваться при отказе двигателя во всех элементах полета и особенно при взлете или наборе высоты, так как запас тяги максимальный.

2. Развороты в полете при отказавшем двигателе должны выполняться координированно (без скольжения) с углом крена до 15°.

Если до ввода в разворот самолет не сбалансирован механизмами триммерного эффекта, разворот в сторону работающего двигателя более безопасный. Координированный разворот в сторону отказавшего двигателя своеобразен по технике пилотирования. Для ввода в такой разворот необходимо уменьшить усилие в сторону работающего двигателя на штурвале управления элеронами и педалях управления рулем направления. Учитывая особенности человеческого организма при «измерении» уменьшающихся усилий, может быть допущено излишнее их уменьшение, особенно на педалях управления рулем направления. Самолет в таком случае начинает резко разворачиваться в сторону отказавшего двигателя, создавая скольжение на полукрыло с работающим двигателем. Крен самолета резко увеличивается, на что пилот ошибочно реагирует поддержанием крена штурвалом. В этом случае скольжение продолжает нарастать с увеличением угла крена, а возможно, и с уменьшением скорости. Увеличение угла скольжения и крена создает срывную ситуацию в полете.

Учитывая это, для обеспечения безопасности полета при выполнении разворотов с несимметричной тягой необходимо самолет еще в прямолинейном полете предварительно полностью сбалансировать механизмами триммерного эффекта при положении без скольжения, а затем координированно ввести в разворот. Если же требуется выполнять небольшие довороты на самолете, несбалансированном триммерами, что может иметь место при отказе двигателя на взлете, заходе на посадку и уходе на второй круг, то следует выполнять их с небольшими кренами, используя для этой цели, в основном, штурвал управления элеронами и гасителями подъемной силы. При небольших углах крена требуется небольшое отклонение руля направления, поэтому, если и не отклонять руль направления, развороты происходят с незначительным скольжением.

Очень опасно при выполнении разворотов даже небольшое уменьшение скорости, так как оно может послужить причиной срыва самолета.

 Боинг рекомендует пилотам балансировать самолет с нулевым отклонением элеронов (level the control wheel). При этом наблюдается небольшой крен на работающий двигатель и шарик немного отклонен в ту же сторону. Его удобно выдерживать, поскольку для контроля «горизонтальности» штурвала необязательно даже смотреть в кабину и можно контролировать правильность положения руля направления тактильными ощущениями руки. Какая половинка штурвала опускается, значит в такую же сторону надо отклонить педали для балансировки..