Насколько падение из-за сваливания может повлиять на угол атаки?

В AF447 падающее движение определенно повлияло на угол атаки. Из-за того, что Pf держал ручку оттянутой назад все время, кроме последних секунд падения, самолет был настолько крутым, что, хотя самолет падал с небольшим тангажем вверх, углы атаки фактически достигали 60 градусов. °.

Снижение было настолько крутым, что воздух проходил над трубками Пито под таким углом, что показывал скорость ниже 40 узлов, хотя самолет двигался гораздо быстрее. Компьютер требовал, чтобы воздушная скорость имела определенное значение, чтобы считать угол атаки правдоподобным, поэтому предупреждение о сваливании перестало звучать, даже если во время падения угол атаки составлял от 30 ° до 60 °. Когда он столкнулся с водой, путевая скорость и вертикальная скорость составляли 107 узлов.

А почему пилот не понял, что его застопорили, это вопрос века. Было приложено много усилий, чтобы выяснить это, и в игре есть множество вещей. Но, в конце концов, я не думаю, что кто-то нашел удовлетворительный ответ на этот вопрос.

Если вы хотите разобраться в причинах этого крушения и получить представление о системах Airbus в целом, я настоятельно рекомендую эту книгу и соответствующий веб- сайт . Автор обладает уникальной квалификацией и дает самое подробное объяснение, но с технической точки зрения это не так сложно, как чтение отчета BEA.

Все числа, упомянутые в этом ответе, взяты из связанной книги.

Ваше понимание ситуации верное: угол атаки был за пределами сваливания и самолет находился на снижении, что уменьшало угол тангажа, поэтому результирующее ускорение ощущалось летчиками близко к таковому при нормальном полете.

Теперь важно понимать, что самолет создавал подъемную силу, эквивалентную его весу. Он находился в устойчивом состоянии - если бы подъемная сила была слишком мала, он бы ускорился вниз. Рассчитаем, насколько большим мог быть угол снижения: Минимальная скорость А330 в чистой конфигурации составляет 166 км/ч при максимальном посадочном весе., что составляет 396 800 фунтов или 182 тонны. Поскольку самолет только что летел менее четырех часов, по моим оценкам, он весил 205 тонн в момент аварии, что делает его скорость сваливания 176 KIAS или 90,6 м/с. Примерно за 3,5 минуты он поднялся с 11 600 м до уровня моря, что дает нам среднюю скорость погружения 55 м/с. Для очень грубой оценки мы используем среднее между скоростью сваливания на высоте 11 600 м, которая составляет 175 м/с, и скоростью сваливания на уровне моря: 132 м/с. Результирующий угол равен 22,5° (обратите внимание, что скорость полета определяется по траектории полета, поэтому вам нужен арктангенс 55/132,6). Реальное значение, вероятно, было немного ниже, поскольку самолет летел немного быстрее, чем его скорость сваливания, чтобы компенсировать более низкий коэффициент подъемной силы в сваливающемся состоянии. Современные сверхкритические аэродинамические поверхности имеют очень мягкое срывное поведение ., и я бы оценил, что скорость была ненамного выше скорости сваливания. Кроме того, он не летал постоянно в одном и том же положении, но второй пилот дважды отдавал команду увеличения тангажа, чтобы возобновить ее через несколько секунд.

Когда я использую приведенные значения во время удара (скорость относительно земли 107 узлов и скорость снижения 108 узлов), воздушная скорость составляет 78,2 м/с. При стандартных атмосферных условиях это дает коэффициент подъемной силы 1,48 - намного больше, чем может выдержать любое заглохшее крыло. Объяснить это можно только сильным встречным ветром, о котором в статье в Википедии нет ни слова. Так как самолет летел сквозь шторм, следует ожидать сильного ветра, и тогда цифры снова становятся правдоподобными. Значение Тома, равное 60°, кажется мне очень маловероятным - при таком угле крыло создает в основном сопротивление, а аэродинамические силы действуют на средней хорде, создавая сильный момент тангажа, который не может быть компенсирован оперением при этих 60°, независимо от положение лифта. При угле атаки от 20° до 30° вся ситуация становится гораздо более правдоподобной.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Теперь я потратил некоторое время на чтение отчета BEA (спасибо @mins за ссылку!) и глубоко обеспокоен некоторыми деталями. На FL360 ( рис. 65 ) и с перегрузкой 1g ( рис. 66 ) самолет должен был лететь со скоростью всего 0,4 Маха. Это приводит к коэффициенту подъемной силы после сваливания 2,09, что физически невозможно. Некоторая подъемная сила создается двигателями из-за предоставленного положительного угла тангажа, но этого явно недостаточно, чтобы сделать возможной такую ​​малую скорость. По крайней мере, BEA согласна с моей оценкой массы.

Динамическое давление в этой точке составляет всего 2660 Н/мм², а в чистой конфигурации этого слишком мало, чтобы самолет не валился камнем под любым углом атаки. То же самое касается условий непосредственно перед тем, как он упал на поверхность океана: 78,2 м/с — это слишком мало; по крайней мере 95 м / с потребуется для маловероятного коэффициента подъемной силы после сваливания 1,0. Если я добавлю скорость ветра 17 м/с, все вернется на круги своя. К сожалению, единственная информация о ветре на графиках есть на рисунке 64 , когда начинается сваливание. Встречный ветер около 0, а боковой ветер от 20 до 30 м/с. Если бы самолет так сильно заскользил во время сваливания, он бы вошел в штопор. Это просто не имеет смысла.

В тексте мы получаем информацию о встречном ветре в момент отключения автопилота (стр. 91):

Перед отключением автопилота необходимо было добавить постоянную составляющую встречного ветра в 15 узлов, чтобы путевая скорость при моделировании соответствовала записанному параметру. Это значение соответствовало зарегистрированным параметрам ветра.

Но самая важная строка находится в начале анализа, спрятана внизу страницы 90. Она должна быть выделена жирным шрифтом и подчеркнута, но это не так:

Применимость модели ограничена известным полетным диапазоном, основанным на летных испытаниях.

Airbus совершил еще несколько полетов с той же конфигурацией и загрузкой, что и AF447 во время аварии, но, похоже, бафтинг ограничил их полетные углы атаки ниже 10 °.

Следует сделать вывод, что все значения угла атаки, превышающие 10°, носят чисто умозрительный характер и не подкреплены данными летных испытаний.

Вы абсолютно правы в том, что пилот должен был заметить, что он находится в конфигурации сваливания из-за (среди прочего) того, что авиагоризонт будет показывать нос вверх.

Ваша догадка о 45-градусном угле наклона не совсем верна. Это приведет к значительному увеличению скорости и будет означать неконтролируемое пикирование. Нехорошо, но определенно лучше, чем пробуксовка.

Если поднять нос и удерживать его в этом положении, то произойдет следующее: самолет постепенно теряет скорость, пока не глохнет, а затем быстро падает. В полусвалившемся состоянии (что произошло с полетом AF447) самолет будет раскачиваться из стороны в сторону, когда он соскользнет на землю в конфигурации с поднятым носом. Когда это происходит, органы управления становятся «мягкими», и самолетом становится трудно управлять. Это случилось с AF447, и одно это должно было сказать им, что они застопорились.

Когда нет визуального горизонта и пилоты летят вслепую, легко проигнорировать или неверно истолковать органы управления или сосредоточиться на неправильном приборе. Участвующие пилоты просто не поняли, что их застопорили. Проблема усугублялась плохими командными навыками. Обычно только ОДНОМУ человеку разрешено иметь элементы управления, и это управление может быть переключено только с использованием явного протокола. Пилоты AF447 не соблюдали это правило, и оба пилота работали за штурвал одновременно. Реакцией Airbus на такое поведение является усреднение двух входных данных. Очевидно, это создавало еще большую путаницу.

Еще одна проблема с A330 заключается в том, что его крылья имеют так называемую «сверхкритическую» форму аэродинамического профиля, что придает ему плохие характеристики выхода из сваливания, особенно при полной загрузке. Когда они тестировали A330 на симуляторе с использованием тех же условий, что и в AF447, опытному пилоту потребовалось 23000 футов, чтобы выйти из сваливания, в котором они находились. Таким образом, как только они упали ниже этой высоты, они были мертвы, и ситуация была неисправимой. .

Боюсь, не очень.

Во-первых, именно угол атаки (когда он превышает определенное значение) влияет (вызывает) сваливание, а не наоборот.

Вы правы в том, что любое тело достигает предельной скорости при падении через атмосферу. Но заглохший самолет не является свободно падающим телом — двигатели все еще создают тягу.

Другое дело, что заглохший самолет редко падает камнем – пилот пытается восстановить управление; самолет обычно кренится или входит в штопор. В зависимости от состояния нос наклоняется, уменьшая угол атаки. Единственный способ для самолета следовать по описанной вами траектории - это если пилот держит крыло в сваленном положении на всем пути вниз.

Даже в (крайне маловероятном) случае, когда самолет падает так, что горизонтальная и вертикальная скорости одинаковы, траектория будет равна$45^{\circ}$, а не угол атаки, который может быть любым значением больше угла сваливания.