Насколько управляем Боинг-737 в одномоторном полете с ручным реверсом? Можно ли в таком состоянии управляемо приземлиться (или уйти на второй круг)?

Боинг 737 является практически единственным гражданским реактивным лайнером, все еще находящимся в производстве ¹ , который имеет возможность ручного переключения управления полетом; в случае полного отказа гидравлических систем А и В рули высоты и элероны 737 управляются аэродинамическими силами, создаваемыми сервоприводами, механически соединенными со штурвалами пилотов (вход в эти фиксаторы заблокирован, если имеется гидравлическое давление ) . в системе A или B; механизм блокировки требует гидравлического давления и отключается, если давление теряется в обеих системах, что позволяет использовать кнопки управления для управления рулями высоты и элеронами).

Руль направления 737-го — совсем другой зверь. Он не имеет вкладок управления и не имеет значительных возможностей ручного возврата; ²с другой стороны, в дополнение к гидравлическим системам А и В, руль направления соединен с резервной гидравлической системой, которая, хотя обычно и не находится под давлением, может быть активирована вручную пилотами при необходимости (и автоматически включается в случае аварии). Отказ гидравлической системы A или B на критических участках взлета или посадки). Тем не менее, отказ, достаточно серьезный, чтобы вывести из строя обе гидравлические системы A и B (например, неконтролируемый отказ двигателя, сильное возгорание крыла или отрыв руля направления), может привести к выходу из строя резервной гидравлической системы, которая питает несколько гидросистем. те же компоненты, что и две другие гидравлические системы (а именно, руль направления, реверсоры тяги и передние механизации подъемной силы), и, таким образом,

Однако даже в случае полного отказа гидравлики возможность ручного реверса руля высоты и элеронов по-прежнему будет поддерживать идеальную (хотя и утомительную) летучесть самолета, поскольку руль направления в обычном полете простаивает и используется в воздухе только для противодействие большим моментам рыскания, возникающим при отказе двигателя (особенно на малой воздушной скорости) ⁷ , а отказы двигателей в настоящее время очень редки...

... за исключением того, что разрушительный отказ двигателя в сочетании с неспособностью капота двигателя удерживать образующиеся обломки ⁸ может легко стать причиной отказа нескольких гидравлических систем. Например, неконтролируемый разрыв ротора турбины в двигателе № 1 почти наверняка приведет к разрыву по крайней мере какой-то части гидравлического насоса системы А, работающего от двигателя, и, вероятно, приведет к разрыву как линии А, так и резервной линии в реверсоре тяги № 1 и может легко проникнуть через линии B и резервные линии, питающие передние механизмы подъемной силы левого крыла, оставив самолет с одним двигателем и без гидравлики. ⁹

В полете с одним двигателем и ручным реверсом единственный способ противодействовать моменту рыскания, создаваемому условием асимметричной тяги, - это накренить самолет в сторону работающего двигателя; положительное соединение ¹² крена / рыскания , возникающее из-за установленного сзади вертикального хвостового оперения Боинга 737, создает момент рыскания в направлении крена, противодействуя моменту рыскания из-за асимметрии тяги. Это, вероятно, потребовало бы довольно большого угла крена ¹³ для создания достаточно мощного восстанавливающего момента рыскания, и элеронам пришлось бы поддерживать этот крен без помощи спойлеронов (которые не работают в полете с ручным реверсом) ипротив значительного момента качения, создаваемого асимметричным углом бокового скольжения, вызванным тягой, и положительной связью ¹⁴ скольжения / крена , возникающей, частично, из-за стреловидных назад крыльев Боинг-737.

Даже если бы самолет мог управляться в полете с ручным реверсом с одним выключенным двигателем на высокой воздушной скорости, он мог бы быть неуправляемым на более низких воздушных скоростях (таких, которые обычно используются для посадки), поскольку способность элеронов к поперечному управлению (крену) значительно снижается. на малых воздушных скоростях из-за более высоких углов атаки, необходимых для поддержания полета на меньшей воздушной скорости (это связано с тем, что заданное отклонение элерона увеличивает коэффициент подъемной силы нисходящего элерона все меньше и меньше по мере увеличения угла атаки крыла в целом - и, таким образом, начальный угол атаки элерона - увеличивается к углу сваливания, в результате чего элероны производят все меньший и меньший момент качки по мере увеличения угла атаки крыла, в то время как увеличение сопротивления нисходящего элеронакоэффициент для заданного отклонения элеронов становится все больше и больше по мере увеличения угла атаки крыла, в результате чего элероны создают все больший и больший неблагоприятный момент рыскания при больших углах атаки ¹⁵ ). ¹⁶ Это будет дополнительно усугубляться отсутствием в полете с ручным реверсом спойлеронов и закрылков задней кромки самолета - первые будут помогать элеронам в крене самолета, что особенно полезно на малых скоростях (поскольку они невосприимчивы к серьезное ухудшение управляемости элеронами при больших углах атаки, приводящее к обратному , а не неблагоприятному рысканию, в дополнение к обратному крену ¹⁷), в то время как последний увеличит коэффициент подъемной силы крыла для заданного угла атаки, позволяя ему выдерживать тот же вес при более низком угле атаки, переводя крыло в режим, более благоприятный для управления элеронами.

Это, по-видимому, потребует, чтобы самолет попытался приземлиться на очень высокой скорости, сохраняя при этом довольно крутой угол крена непосредственно перед приземлением, и я не понимаю, как можно было бы уйти на второй круг без увеличения тяги двигателя и угла наклона машины. атаки, вызывающей потерю поперечного/путевого управления, или для избегания скольжения на высокой скорости со стороны взлетно-посадочной полосы сразу после приземления.

Проблемы управляемости в полете с одним двигателем с ручным реверсом, предположительно, будут различаться у разных моделей 737. При прочих равных условиях можно было бы ожидать, что вариантами с меньшей тягой двигателя будет легче управлять, чем вариантами с более мощными двигателями, из-за меньшего перепада тяги при одном неработающем двигателе (таким образом, в этом состоянии Оригинал будет более управляемым, чем вариант с более мощным двигателем). Classic, который сам по себе был бы более управляемым, чем NG, который все равно был бы более управляемым, чем MAX); что вариантами с более высокими нагрузками на крыло будет сложнее управлять из-за необходимости летать на более высоких углах атаки (и, следовательно, в менее удобных для элеронов режимах полета); и что вариантами с более длинным корпусом будет легче управлять из-за более сильной связи крена и рыскания в результате более длинного плеча момента вертикального оперения.

Насколько на самом деле управляемы различные Боинг-737 в режиме ручного реверса с одним выключенным двигателем? Можно ли легко (или вообще!) контролировать какие-либо из них при попытке посадки или ухода на второй круг в таком состоянии? Есть ли другие различия между вариантами в этом плане, которые я упустил?

¹ : По крайней мере, если не обращать внимания на текущую (обновление: больше нет) паузу в производстве 737 .

² : Если вы хотите получить действительно педантичный технический подход, небольшое отклонение руля направления возможно даже без какого-либо гидравлического давления благодаря конструкции системы руля 737 ³ ; однако это требует приложения чрезвычайной силы к педалям руля направления (примерно 300 фунтов на ^дюйм отклонения педали руля направления после первого дюйма, в дополнение к дополнительной силе, необходимой для нажатия педалей руля направления на начальный дюйм, необходимый для перемещения). провисание в системе управления рулем направления), а доступное небольшое отклонение руля недостаточно для того, чтобы быть полезным.

³ : Кровавые подробности, прямо из уст одной из метафорических лошадей:

Во время нормальной работы руля направления в полете, если пилот приложил от 9 до 70 фунтов силы на педаль руля направления, руль направления будет двигаться в ответ до тех пор, пока не достигнет предела продувки (когда аэродинамические силы, действующие на поверхность руля направления, равны гидравлическим силам). усилие привода). По словам инженеров Boeing, если бы пилот затем приложил дополнительное усилие к педали руля направления, педаль сместилась бы примерно на 1 дюйм дальше без соответствующего перемещения руля направления, поскольку провисание в системе тяги руля направления устраняется, а внешний ввод кривошип касается внешнего упора. Любое дополнительное приложение силы пилотом к педали руля направления приведет к перемещению педали руля примерно на 1 дюйм на каждые 300 фунтов усилия на педали руля направления,[ NTSB AAR-99/01 , стр. 26 (стр. 50 PDF-файла отчета) и NTSB AAR-01/01 , стр. 16-17 (34-35); в обоих присутствует один и тот же текст (эти два AAR имеют дело с парой очень похожих аварий). Хотя цитируемый текст описывает реакцию системы руля направления на достаточно сильное нажатие педали, когда руль находится под полной гидравлической мощностью и на пределе аэродинамической продувки, тот же механизм применим, когда руль полностью без гидравлики; единственное отличие состоит в том, что небольшое отклонение руля направления, вызванное непосредственно пилотом, относится к нейтральному положению руля направления, а не к пределу его продувки. ⁵ ]

⁴ : Для справки, максимальное усилие, которое средний пилот физически способен приложить к педалям руля направления самолета, обычно составляет около 500 фунтов (согласно эргономическим исследованиям, цитируемым NTSB в AAR-99/01 и AAR-01/01).

⁵ : Если вы хотите стать действительно очень педантичным, это отклонение все еще относительно предела продувки, даже с полностью разгерметизированной гидравликой; просто при отсутствии гидравлического давления предел продувки руля составляет 0° (нейтральное положение). ⁶

⁶ : Обратите внимание, что при расчете предела продувки руля направления учитывается только сила отклонения руля направления, обеспечиваемая гидравлическими приводами руля направления - дополнительная сила, получаемая непосредственно от ног пилота, если они очень сильно нажимают на педали руля направления (и единственная сила, необходимая для перемещения руля в случае полного отказа гидравлики) не учитывается .

⁷ : В больших самолетах руль направления имеет три дополнительные основные функции (выравнивание самолета по взлетно-посадочной полосе сразу после приземления во время посадки с боковым ветром, чтобы предотвратить разрушение шин из-за угла наклона, иногда довольно большого, который необходимо удерживать до приземления. чтобы предотвратить сдувание самолета по ветру за пределы взлетно-посадочной полосы; удержание самолета на взлетно-посадочной полосе при взлете с боковым ветром; и принятие мер по уклонению во избежание столкновения на высокой скорости при взлете или посадочном крене), но это чисто наземные явления.

⁸ : Практически гарантировано, если разрушительный отказ двигателя принимает форму полного разрыва вентилятора, компрессора или ротора турбины ( из-за экстремального количества кинетической энергии, высвобождаемой при этих типах отказов ); реже для простого выхода лезвия (хотя даже это может иногда приводить к неконтролируемым сбоям ).

⁹ : Что касается других компонентов с гидравлическим приводом на Боинге 737, вот краткое изложение их состояния, когда обе системы А и В вышли из строя, или когда системы А и В плюс резервная система не работают :

• Шасси: выдвигается под действием силы тяжести, но не убирается.
• Рулевое управление носовым колесом: не работает - носовое колесо свободно поворачивается.
• Колесные тормоза: питаются от тормозного аккумулятора на шесть полных применений или эквивалент (этого должно быть достаточно, чтобы остановить самолет на взлетно-посадочной полосе). ¹⁰
• Спойлероны: не работают - боковое управление осуществляется только элеронами.
• Реверсоры тяги: оба работают, если резервная гидравлическая система исправна; в противном случае оба неработоспособны.
• Триммер горизонтального стабилизатора: управляется с помощью колеса ручной регулировки дифферента на центральной консоли кабины, но для этого может потребоваться экстремальное усилие на более высоких скоростях полета и/или более неблагоприятное продольное положение центра масс. ¹¹
• Наземные спойлеры: не работают.
• Автопилоты: Оба не работают.
• Закрылки задней кромки: не работают. Работают с пониженной скоростью, используя систему резервного электрического привода закрылков.
• Передовые подъемные устройства: в рабочем состоянии, если резервная система исправна; иначе неработоспособен.
• Автозаслонки: не работают.
• Демпфер рыскания: не работает.

¹⁰ : Теоретически можно использовать дифференциальное торможение (используя только колесные тормоза или, что более сильно, на стороне с работающим двигателем), чтобы, по крайней мере, попытаться сохранить управление по курсу после приземления; однако это еще больше увеличило бы и без того значительно удлиненный (из-за необходимости поддерживать очень высокую воздушную скорость, чтобы поддерживать поперечное / направленное управление до приземления в полете с одним двигателем с ручным реверсом, а также из-за неработоспособности спойлеров и тяги). реверсы в случае полного отказа гидравлики) необходимая дистанция выкатывания, и это может привести к истощению накопленного давления в тормозном аккумуляторе (поскольку удержание самолета на взлетно-посадочной полосе в течение всего выкатывания с использованием только дифференциального торможениявероятно, потребуется, по крайней мере, несколько изменений в тормозной силе или даже мгновенных реверсивных тормозов, которые быстро съедят давление в аккумуляторе за шесть полных применений).

¹¹ : Потенциальная необходимость приложения очень большого усилия для перемещения колеса ручной регулировки высоты тона особенно серьезна на 737 NG и MAX, которые имеют меньшее колесо ручной регулировки высоты тона (и, таким образом, обеспечивают пилотам с меньшим механическим преимуществом при попытке повернуть указанное колесо), чем 737 Original и Classic; для NG и MAX при высоких скоростях полета и/или неблагоприятных местоположениях CoM может быть физически невозможно выполнить балансировку самолета по тангажу без электрогидравлической системы дифферента.

¹² : Т.е. крен самолета вправо заставляет его рыскать вправо, и наоборот.

¹³ : Да, я знаю, что все многодвигательные самолеты с неосевой тягой должны (по крайней мере, в США) демонстрировать способность поддерживать поперечное/направленное управление с одним выключенным двигателем, не требуя угла крена более 15°. от вышедшего из строя двигателя; однако это связано с тем , что руль направления создает собственный момент рыскания, чтобы помочь (довольно сильно) моменту, создаваемому креном, вызванным элеронами. С опущенным рулем направления и полной нагрузкой по сопротивлению моменту рыскания, вызванному асимметричной тягой, падающему на угол крена самолета и связь между креном и рысканием, угол крена, необходимый для поддержания поперечного / направленного управления, будет значительно больше.

¹⁴ : Т. е. размещение самолета в боковом скольжении носом вправо заставляет его крениться вправо, и наоборот.

¹⁵ : Вот почему самолеты имеют перекрестную воздушную скорость - скорость, ниже которой момент качки и рыскания от полного отклонения руля направления не может быть нейтрализован с помощью одних только боковых органов управления самолетом.

¹⁶ : Более совершенные конструкции элеронов могут уменьшить или даже устранить неблагоприятное рыскание, в основном за счет создания достаточного дополнительного сопротивления на восходящем элероне, чтобы сбалансировать дополнительное сопротивление, вызванное подъемной силой, на нисходящем элероне (например, дифференциальный элерон, который сильно отклоняет восходящий элерон). больше, чем нисходящий элерон, и элерон Frize, у которого нижняя передняя кромка восходящего элерона выступает в воздушный поток под крылом), но они все менее и менее эффективны на все более и более высоких углах атаки.

¹⁷ : В результате можно было бы ожидать, что самолеты, оснащенные исключительно спойлерами и полностью лишенные традиционных элеронов (такие как B-52G/H или MU-2), будут невосприимчивы к феномену перекрестной воздушной скорости, хотя мой вопрос к этому эффект еще не привлек полезный ответ .