Минимальные контрольные скорости - Minimum control speeds

В минимальная скорость управления (VMC) многодвигательного самолет (в частности самолет ) это V-скорость что определяет калиброванная воздушная скорость ниже которого направленный или боковой управление летательным аппаратом невозможно больше поддерживать после отказа одного или нескольких двигателей. VMC применяется только в том случае, если хотя бы один двигатель все еще работает, и будет зависеть от стадии полета. Действительно, кратные VMCs должны быть рассчитаны для посадки, полета по воздуху и по земле, и еще больше для самолетов с четырьмя или более двигателями. Все они включены в руководство по летной эксплуатации самолета из всех многомоторный самолет. Когда конструкторы определяют размеры самолета вертикальный хвост и поверхности управления полетом, они должны учитывать влияние этого на минимальные управляющие скорости самолета.

Минимальные скорости управления обычно устанавливаются летные испытания[1][2][3] как часть процесса сертификации воздушного судна.[4][5] Они служат руководством для пилота по безопасной эксплуатации самолета.

Физическое описание

Наиболее важные силы и моменты, действующие на самолет при использовании руля направления для противодействия асимметричной тяге и при сохранении уровня крыльев. Обратите внимание, что бокового скольжения нельзя избежать, когда противодействуют моменту рыскания.

Когда двигатель при отказе многомоторного самолета распределение тяги в самолете становится асимметричный, в результате чего рыскание момент в сторону вышедшего из строя двигателя.[6] А скольжение развивается, в результате чего общее лобовое сопротивление самолета значительно увеличивается, что приводит к падению его скорость набора высоты.[7] В руль, и в определенной степени элероны за счет использования угла крена - это единственные доступные пилоту аэродинамические элементы управления для противодействия асимметричному моменту рыскания тяги.[нужна цитата ].

Чем выше скорость самолета, тем легче противодействовать моменту рыскания с помощью органов управления самолета.[8] Минимальная скорость управления - это воздушная скорость, ниже которой сила, которую руль направления или элероны могут приложить к самолету, недостаточно велика, чтобы противодействовать асимметричной тяге при максимальной настройке мощности. Выше этой скорости должна быть возможность поддерживать контроль самолета и поддерживать прямой полет с несимметричной тягой.[4]

Потеря мощности двигателей крылатых винтовых самолетов и взорванный лифт Самолет влияет на распределение подъемной силы по крылу, вызывая крен в сторону неработающего двигателя.[9][10][3] В некоторых самолетах полномочия по крену более ограничивают, чем полномочия руля направления при определении VMCс.[11]

Сертификация и варианты

Рис. 1. Обзор всех существующих минимальных скоростей регулирования VMC для всех типов многомоторных самолетов. В этой статье VMC (А) используется вместо VMC для минимальных контрольных скоростей воздуха.

Авиационные правила (например, FAR и EASA )[4][5] определить несколько различных VMCs и требуют от инженеров-конструкторов определения размеров вертикального оперения и аэродинамических управление полетом самолета в соответствии с этими правилами. Минимальная скорость управления в воздухе (VMCA) - важнейшая минимальная скорость управления многомоторным самолетом, поэтому VMCA просто указывается как VMC во многих авиационных правилах и руководство по летной эксплуатации самолетов.[4][5] На индикатор воздушной скорости двухмоторного самолета массой менее 6000 фунтов (2722 кг), VMCA обозначается красной радиальной линией, как стандартизовано FAR 23.[4][5]

Большинство школ пилотов-испытателей используют несколько более конкретных минимальных скоростей управления, поскольку VMC будет меняться в зависимости от этапа полета. Другое определение VMCs включают минимальную контрольную скорость на земле (VMCG) и минимальная скорость управления при заходе на посадку и посадке (VMCL). Кроме того, на самолетах с четырьмя и более двигателями VMCСуществуют случаи, когда один или два двигателя не работают на одном крыле. Рисунок 1 иллюстрирует VMCs которые определены в соответствующих правилах гражданской авиации[4][5] и в военной документации.[12]

Минимальная скорость управления в воздухе

Влияние угла крена на VMCA и боковое скольжение, когда левый двигатель (№ 1) не работает, а другой работает на максимальной тяге. Угол крена для нулевого бокового скольжения используется для определения размера вертикального оперения, а также во время летных испытаний для определения VMCA в полете.

В вертикальный хвост или вертикальный стабилизатор многодвигательного самолета играет решающую роль в поддержании управления по курсу, когда двигатель выходит из строя или не работает. Чем больше хвост, тем больше он способен обеспечить необходимую силу для противодействия асимметричному моменту рыскания тяги. Это означает, что чем меньше хвост, тем выше VMCA будет. Однако более крупный хвост обходится дороже и его сложнее приспособить, и он связан с другими аэродинамическими проблемами, такими как повышенная распространенность потоки. Инженеры, проектирующие вертикальное оперение, должны принять решение, основываясь, среди прочего, на своем бюджете, весе самолета и максимальном угол крена 5 ° (от неработающего двигателя), как указано FAR.[4][5]

VMCA также используется для расчета минимального взлетная безопасная скорость.[4][5] Высокий VMCA поэтому это приводит к более высокой взлетной скорости, и поэтому требуются более длинные взлетно-посадочные полосы, что нежелательно для операторов аэропортов.

Факторы, влияющие на минимальную скорость регулирования

Любой фактор, влияющий на баланс сил и моменты рыскания и качения после отказа двигателя, также может повлиять на VMCс. Когда вертикальное оперение сконструировано, а VMCA При измерении учитывается наихудший сценарий для всех факторов. Это гарантирует, что VMCs опубликовано в АСМ гарантированно в безопасности.

Более тяжелые самолеты более устойчивы и устойчивы к рысканью, поэтому имеют меньшее VMCAс.[13]:13 В продольный центр тяжести влияет на VMCA также: чем дальше от хвоста, тем ниже минимальная скорость управления, потому что руль направления сможет обеспечить больший момент рыскания, и, таким образом, будет легче противодействовать дисбалансу тяги.[13]:17 В боковой центр тяжести также имеет влияние: чем ближе он находится к неработающему двигателю, тем больше момент работающего двигателя и, следовательно, тем большее усилие должно прикладывать руль направления. Это означает, что если поперечный центр тяжести смещается в сторону неработающего двигателя, буква V самолетаMCA будет увеличиваться.[13]:17 Тяга большинства двигателей зависит от высоты и температуры; увеличение высоты и повышение температуры уменьшают тягу. Это означает, что если температура воздуха выше и самолет имеет большую высоту, сила работающего двигателя будет меньше, руль направления должен будет обеспечивать меньшую силу противодействия, и поэтому VMCA будет ниже.[13]:16 Угол крена также влияет на минимальную скорость управления. Небольшой угол крена от неработающего двигателя требуется для минимально возможного бокового скольжения и, следовательно, более низкого VMCA. Наконец, если P-фактор рабочего двигателя увеличивается, затем увеличивается его рыскающий момент, а VMCA увеличивается в результате.[13]:15

Другие минимальные скорости управления

Самолет с большим количеством двигателей

Самолеты с четырьмя и более двигателями имеют не только букву VMCA (часто называемый VMCA1 при этих обстоятельствах), когда не работает только критический двигатель, но также VMCA2 это применимо, когда двигатель, находящийся внутри критического двигателя, на том же крыле, также не работает.[13]:15 Правила гражданской авиации (FAR, CS и аналогичные) больше не требуют VMCA2 быть определенным,[4][5] хотя он по-прежнему требуется для военных самолетов с четырьмя и более двигателями.[12] На турбореактивных и турбовентиляторных самолетах подвесные двигатели обычно одинаково важны. Трехмоторный самолет, такой как MD-11 и БН-2 Трислендер не имеют буквы VMCA2; вышедший из строя двигатель средней линии не влияет на VMC.

Когда два противоположных двигателя самолета с четырьмя или более двигателями не работают, асимметрия тяги отсутствует, следовательно, нет требования к рулю направления для поддержания устойчивого полета по прямой; VMCAs не играют роли. Для поддержания полета в целом может быть меньше мощности, но минимальные безопасные скорости управления остаются такими же, как и для самолета, летящего с 50% тягой на всех четырех двигателях.

Отказ одного бортового двигателя из четырех гораздо меньше влияет на управляемость. Это связано с тем, что бортовой двигатель находится ближе к центру тяжести самолета, поэтому момент рыскания уменьшается. В этой ситуации, если скорость поддерживается на уровне опубликованного VMCA, как определено для критического двигателя, можно поддерживать безопасное управление.

Земля

Если двигатель выходит из строя во время руление или Отгул, рыскающий момент тяги отбросит самолет в сторону на взлетно-посадочной полосе. Если воздушная скорость недостаточно высока и, следовательно, боковая сила, создаваемая рулем направления, недостаточно велика, самолет отклонится от средней линии взлетно-посадочной полосы и может даже отклониться от взлетно-посадочной полосы.[13]:21 Скорость, при которой самолет после отказа двигателя отклоняется на 9,1 м от осевой линии ВПП, несмотря на использование максимального руля направления, но без использования управления носовым колесом, является минимальной скоростью управления на земле (VMCG).[4][5]

Подход и посадка

Минимальная скорость управления при приближении и посадка (VMCL) аналогичен VMCA, но конфигурация самолета - это посадочная конфигурация. VMCL определен для воздушных судов части 23 и части 25 правил гражданской авиации.[4][5] Однако, когда максимальная тяга выбрана для прогуляться, закрылки будут подниматься вверх из посадочного положения, а VMCL больше не применяется, но VMCA делает.

Безопасная скорость одного двигателя

Из-за неотъемлемых рисков работы на уровне V или близком к немуMCA с асимметричной тягой и желанием смоделировать и отработать эти маневры при обучении и сертификации пилотов VSSE можно определить.[14] VSSE Безопасная частота вращения одного двигателя - это минимальная частота вращения для намеренного вывода из строя критического двигателя, установленная и обозначенная изготовителем как безопасная, преднамеренная частота вращения одного двигателя.[4] Эта скорость выбрана для снижения вероятности аварии из-за потери управления из-за имитации отказов двигателя при чрезмерно низкой скорости полета.[15]

использованная литература

  1. ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992). Теория останова двигателя, Глава 11 (PDF). Получено 15 мая, 2016.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  2. ^ Школа летчиков-испытателей Империи, Боскомб Даун, Великобритания. Полет на асимметричной мощности.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  3. ^ а б Школа летчиков-испытателей ВМС США. Руководство по летным испытаниям USNTPS-FTM-No. 103, Устойчивость и управляемость неподвижного крыла, Теория и методы летных испытаний, Глава 6 - Характеристики асимметричного силового полета (PDF). Получено 15 мая, 2016.
  4. ^ а б c d е ж г час я j k л Федеральное управление гражданской авиации США. «Федеральные авиационные правила (ФАП)». Часть 23 и часть 25, § 149. Получено 15 мая, 2016.
  5. ^ а б c d е ж г час я j Европейское агентство по авиационной безопасности. «Сертификационные спецификации (CS)». CS-23 и CS-25, § 149. Получено 28 октября, 2013.
  6. ^ "FAA P-8740-66 Безопасный полет легкого двухместного двигателя": 2. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  7. ^ "Руководство по полету самолета (FAA-H-8083-3B), глава 12" (PDF): 24. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  8. ^ "Руководство по полетам на самолете (FAA-H-8083-3B), глава 6" (PDF): 3. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  9. ^ "Руководство по полету самолета (FAA-H-8083-3B), глава 12" (PDF): 24. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  10. ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992). Теория останова двигателя, Глава 11 (PDF). Получено 15 мая, 2016.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  11. ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992). Теория останова двигателя, Глава 11 (PDF). Получено 15 мая, 2016.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  12. ^ а б Военная спецификация MIL-F-8785C, замененная MIL-STD-1797. Лётные качества пилотируемых самолетов.
  13. ^ а б c d е ж г Хорлингс, Гарри (январь 2012 г.). «Управление и характеристики во время полета с асимметричным приводом» (PDF). Получено 31 марта 2017.
  14. ^ "FAA-P-8740-19-Безопасный полет легких близнецов" (PDF): 45. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  15. ^ "FAA P-8740-66 Безопасный полет легкого двухместного двигателя": 6. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)