Нужен ли современным самолетам ввод руля направления для выполнения скоординированного поворота?

С современными электронными системами в современных самолетах, самолеты, оснащенные системами автопилота, по-прежнему требуют, чтобы пилот управлял рулем направления, чтобы координировать поворот?

Для контекста я предполагаю, что пилот управляет самолетом вручную, поэтому автопилот должен быть, по крайней мере, частично отключен, чтобы позволить пилоту вручную инициировать и выполнять поворот с помощью штурвала/ручки, но при этом сделать руль направления ненужным или необязательным. .

Например, должен ли пилот F-16 по-прежнему использовать руль направления во время разворота? Если военный случай недостаточно общий, как насчет пилота авиалайнера? Или самолет общего назначения, такой как Cirrus SR22?

Ответы (4)

В большинстве транспортных самолетов используются системы демпфера рыскания, чтобы компенсировать незначительные воздействия на руль направления. Большинство систем автопилота на самом деле являются только 2-осевыми - по тангажу и крену, так как работа руля направления состоит только в том, чтобы удерживать хвост на одной линии за носом. Демпфер рыскания представляет собой отдельную систему «автопилота» и имеет ограниченные полномочия, достаточные для устранения незначительных нарушений рыскания, демпфирования голландского крена и противодействия неблагоприятному рысканью от элеронов, и активен все время, независимо от того, включен автопилот или нет.

С системой Y / D пилоту действительно нужно управлять рулем направления в полете только в том случае, если двигатель выходит из строя, потому что авторитет демпфера рыскания недостаточен для противодействия асимметричной тяге. Как правило, в самолете, проходя профиль вылета, ноги остаются на полу даже при полете на руках. Они только на педалях, чтобы управлять носовым колесом во время взлета и быть готовыми в случае отказа двигателя.

На самолете со стреловидным крылом демпфер рыскания необходим; если демпфер рыскания выключен и возникают возмущения рыскания, могут начаться движения по голландскому крену, и если пилот пытается реагировать на повороты руля направления, он почти всегда не может оставаться в фазе, и все становится захватывающим. Из-за этой критичности Y/D обычно является двухканальным. Один из тестов, проводимых на серийных самолетах, состоит в том, чтобы вызвать сильное рыскание при выключенных обоих YD-каналах, чтобы запустить голландский крен, затем включить каждый YD-канал и убедиться, что он останавливает голландский крен.

Демпферы рыскания или любые системы повышения устойчивости, такие как демпферы тангажа или демпферы рыскания, не имеют ничего общего с координацией поворота, они только гасят или уменьшают колебания на этой оси движения из-за возмущений.
Нет. Система Y/D определяет проскальзывание или занос и управляет рулем направления в ограниченном диапазоне, обычно около 1/4 от общего доступного хода, чтобы исключить проскальзывание или занос. Будь то демпфирование колебаний рыскания от возмущения или реакция на неблагоприятное рыскание, это одно и то же. Системе Y/D все равно, ЧТО вызвало проскальзывание или занос, она просто делает все, что нужно, чтобы центрировать мяч/кирпич. Если вы входите в поворот и смещение элеронов немного отклоняет нос от крена, система Y/D определяет боковое скольжение и перемещает руль направления, чтобы устранить скольжение. Не нужно трогать руль.
Небольшое исключение: самолеты Airbus полностью оснащены 3-осевыми автопилотами. Управление рулем направления имеет отдельную функцию координации поворота, которая передает крен вперед на руль направления, а на FBW - функцию бокового скольжения для автоматической стабилизации самолета при отказе двигателя. Основная причина сложности заключается в демпфировании мод продольного изгиба фюзеляжа, поэтому самолет может быть длиннее и менее жестким, не вызывая воздушной болезни у всех сзади.
На самом деле, несмотря на то, что его обычно называют компенсатором рыскания или бокового скольжения, он этого не делает. Он определяет скорость рыскания и применяет руль направления, чтобы противодействовать этой скорости рыскания. Это система увеличения курсовой устойчивости. Если вы установите фиксированный, стабильный угол бокового скольжения с помощью руля направления, демпфер рыскания не будет ему противодействовать. Он гасит колебания рыскания, а не рыскания.
Без управления рулем направления со стороны пилота будет действовать демпфер рыскания, чтобы противодействовать колебаниям рыскания , которые мы называем голландским креном, но если вы просто попытаетесь свернуть в крен, применяя элероны, неблагоприятному рысканию от элеронов не будет противодействовать рыскание. демпфер. Только скорость рыскания (во время установления бокового скольжения) будет противодействовать. Как только боковое скольжение установлено, входные сигналы демпфера рыскания исчезают, а боковое скольжение остается.
@CharlesBretana Один из 747 капитанов здесь не согласен
@dasdingonesin, То, что любая система FBW делает с управляющими поверхностями в ответ на команды пилота, является сложным процессом, и не имеет отношения к обсуждению независимой системы, называемой демпфером . В системе FBW как повышение устойчивости (по всем осям), так и входные данные управления полетом для минимизации эффектов неблагоприятного рыскания могут быть частью общих алгоритмов FBW. Но одно только это слово ( демпфировать ) в названии этой системы должно сказать вам, что это такое. Он гасит колебания , но не компенсирует статическое состояние, такое как боковое скольжение.
Вы оба правы. На 747 Y/D реагирует только на скорость рыскания (колебания), если только закрылки не опущены, и в этом случае он также координирует повороты.
@CharlesBretana В 747-100/-200 нет FBW. Вы читали комментарий Терри? Если я правильно понимаю, это прямо противоречит тому, что вы с Питером говорите. Я предпочитаю верить ему, как капитан (в отставке), он должен знать, что делают его органы управления полетом.
@dasdingonesin, хотя я ничего не знаю о 747, комментарий Питера определенно звучит правильно. «Система», называемая демпфером рыскания Y/D, может быть очень легко спроектирована так, чтобы она также включала в себя функции для координации поворотов, но это, если она существует, НЕ является демпфированием рыскания. Демпфирование рыскания — это то, что противостоит колебаниям , а не боковому скольжению, точно так же мы могли бы легко добавить предупреждение о сваливании в систему Fly By Wire. Но существование системы Fly by Wire с предупреждением о сваливании не является доказательством того, что все системы FBW являются системами предупреждения о сваливании.
@JohnK Как упоминал Чарльз в своем комментарии выше, YD не является подходящей функцией для скоординированного поворота. Требуется функция координации поворота, и обычно она «отделена» от функции YD. Классический YD использует скорость рыскания в качестве обратной связи, что на самом деле ухудшает координацию поворотов.
@Джимми, но, в конце концов, YD работает, чтобы устранить боковое ускорение, и просто делает все, что нужно, чтобы удерживать кирпич по центру. Когда я начал летать на RJ, мне пришлось сделать сознательный выбор: поставить ноги на пол и перестать сжимать руль направления элеронами при полете с рук. Я летал с выключенными обоими каналами YD, и было заметно неблагоприятное рыскание; нет с включенным YD.
@JohnK Более надежный YD использует как боковое ускорение, так и скорость рыскания в качестве обратной связи, поэтому он имеет возможность уменьшить неблагоприятное рыскание после появления заноса. Тем не менее, Координация поворота обычно представляет собой упреждающую связь, предназначенную для подавления неблагоприятного рыскания с самого начала, чтобы повысить отзывчивость. Если скорость крена мала, YD может справиться с этой задачей; для большей скорости вращения одной обратной связи, вероятно, недостаточно.
@Джимми, да, если вы сделаете быстрые входные данные по крену, YD будет несколько отставать, поскольку он не может предвидеть ввод элеронов. Система оптимизирована для работы в режиме автопилота, когда входы по крену довольно плавные. Но, в конце концов, я хочу сказать, что YD заботится о любом неблагоприятном рыскании, отставании или отсутствии, и вы не используете руль направления во время полета, если двигатель не выходит из строя, поэтому есть функция координации поворота. В противном случае вам пришлось бы использовать свои ноги, чтобы удерживать кирпич по центру во время маневрирования.

В моем Cessna Cardinal руль направления крестообразно соединен со штурвалом через какую-то систему пружин/амортизирующих тросов (у меня нет под рукой инструкции), так что большую часть времени я могу летать, не держа ноги на педалях. Это конструкция 1968 года, обеспечивающая координацию поворотов без необходимости использования автопилота.

+1 и да, я знаю об этом, но я предполагаю, что есть веская причина для всего, что не популярно в авиации, поэтому я думаю, что была причина, по которой этот дизайн тоже не взлетел. Вот почему я направил свой вопрос на системы автопилота.
@Mahdi По определению, дизайн должен был взлететь ... это не самолет, если он никогда не взлетит. :)
Какой дизайн? Cessna Cardinal или плавный полет, который обеспечивает взаимосвязанный руль направления? Возможно, другие самолеты без автопилота предлагают подобное.
@CrossRoads Я говорил о взаимосвязанном руле. Я слышал об очень немногих других подобных конструкциях, но должна быть причина, по которой они не адаптированы для большинства других самолетов.
@CrossRoads Кстати, я не говорю, что это плохая идея или она не сработает! Я просто думаю, что должна быть причина, по которой этот дизайн не очень популярен, возможно, некоторые дополнительные недостатки сложности дизайна.
Я не думаю, что вы можете сказать, что это не популярно, не услышав от других пилотов GA.
Был еще Ercoupe, у которого вообще не было педалей. Но правда почему-то дизайн так и не стал массовым. Лично мне было бы некомфортно в самолете, в котором я не могу скользить вбок; и хотя в штопор войти якобы невозможно, меня бы это напрягало.
В каком году был ваш Кардинал? У меня был 68-й, и у него не было интерконнекта. Что это на РГ?
У меня FG 73 года.
@CrossRoads Извините, я имел в виду «популярный» среди производителей - с точки зрения дизайна межсоединений. Я полагаю, что у Ричарда Коллинза был Cardinal RG до его P210, и я не сомневаюсь, что у него было много причин для его приобретения.
@Mahdi: Возможно, причина в том, что большинство частных пилотов учатся летать на самолетах, у которых нет таких систем, поэтому использование руля становится естественным. Если вы затем перейдете к системе, которая устраняет руль направления, вы должны сознательно подумать об этом. Я бы подумал, что это будет похоже на то, как я пытаюсь водить машину с автоматической коробкой передач: если я не обращаю пристального внимания, я автоматически пытаюсь использовать сцепление и вместо этого часто резко нажимаю на тормоз.

Необходимость руля направления для координации поворота напрямую зависит от угла атаки (AOA). При положительных углах атаки нижний элерон находится больше на относительном ветру, чем верхний элерон (из-за гашения крыла перед элероном). Самолету с нулевым углом атаки (например, истребителю без нагрузки в баллистической дуге невесомости) руль направления не нужен. Чтобы избежать этой проблемы, в современных самолетах, таких как F-15, например, для смягчения этой проблемы используется дифференциальный стабилизатор. Ручка механизирована таким образом, что чем дальше она отведена назад, тем больше любое боковое движение направлено на создание асимметричного отклонения стабилизатора, а не отклонения элеронов. ТАК, при большом AOA (при условии, что положение ручки является точным индикатором AOA), когда пилот перемещает ручку в сторону, элероны отклоняются очень мало или не отклоняются совсем,

Поверхности управления полетом F-16 полностью управляются компьютером, поэтому действия пилота интерпретируются как команды движения самолета. Затем компьютер определяет, основываясь на всех известных факторах (угол атаки, воздушная скорость и т. д.), что делать со всеми поверхностями управления (включая закрылки передней и задней кромки), чтобы планер двигался в соответствии с указаниями управления полетом.

Я никогда не летал на F-16, (может быть, кто-то, кто летал, может пояснить), но я предполагаю, что на F-16 нет необходимости нажимать на педаль руля направления для координации поворота - компьютер автоматически определяет, насколько руль направления, или дифференциальный стабилизатор, должны быть отклонены для согласования требуемой скорости крена.

В этом подкасте около 0:57 пилот F-16 говорит, что 90% миссии он не будет использовать руль направления, он летит скоординированно без участия.
Интересным следствием этого является то, что в начале боевого развертывания F-16 самолет был потерян из-за чего-то, называемого инерционным сцеплением. Обычная практика в тренировках «воздух-воздух», когда противники находились на разных частотах (например, в основных упражнениях типа «Красный флаг»), чтобы подтвердить, что вы знаете об атаке противника, заключалась в том, чтобы выполнить быстрое раскачивание крыла, перекатывание. самолет быстро движется вперед и назад в широком диапазоне углов крена. Судя по всему, Инженеры не включили этот сценарий в алгоритмы FBW, и в результате самолет в Неллисе был потерян.

Однажды я провел пару часов, летая на полноповоротном тренажере 737 с инструктором по этому типу. Мой предыдущий опыт полета включал в себя всего один час за штурвалом Cessna 180 (только в крейсерском режиме) и сотни часов в Microsoft Flight Simulator с одним джойстиком, поэтому я был очень рад показать, что теоретически знаю, что такое скоординированный полет. очередь есть. Первый же полет поставил нас в ситуацию, требующую решительного поворота, чтобы правильно войти в схему движения. Будучи несколько ошеломленным (управлять Боингом 737 вручную в реальном симуляторе — это довольно большой скачок по сравнению с настольным компьютером), я, конечно, полностью забыл, что у меня есть педали руля, до середины поворота. В тот момент, когда я даже задел ногой одну из них, инструктор сказал, и я это точно помню: «Вау, мы используем их, только если хотим, чтобы всех пассажиров тошнило!» Мы продолжили сессию заходов на посадку с рук в любую погоду в любых местах. Мне ни разу не пришлось снова касаться педалей руля.

Все современные реактивные самолеты Boeing имеют возможность использовать свои системы демпфера рыскания для координации поворотов (хотя координация поворотов физически отличается от демпфирования рыскания). Детали реализации зависят от модели. Например, 747-е координатно поворачиваются только с выпущенными закрылками, а 777-е и С-17 делают это всегда.

У Boeing также есть философия дизайна, известная как « критерий приручения », которая восходит к программе 707. Это правило требует аэродинамической конструкции, которая позволяет поддерживать управление только с элеронами в условиях асимметричной тяги, вплоть до одного выключенного двигателя. (Есть более конкретные ограничения , которые различаются в зависимости от модели.) Руль направления вообще нельзя использовать для выполнения требований, даже с помощью автопилота. Хотя поворот в этом состоянии не может быть строго «скоординирован», конструкция больших самолетов учитывает успешный поворот без руля направления.

Нужен ли современным самолетам ввод руля направления для выполнения скоординированного поворота?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v