Почему более крупные самолеты имеют более высокие пределы взлета и посадки при боковом ветре, чем более мелкие самолеты?

В ответ на более ранний вопрос о нехватке взлетно-посадочных полос в крупных британских аэропортах основной темой было то, что появление более крупных и тяжелых самолетов с более высокими максимальными ограничениями по боковому ветру для взлета и посадки (в сочетании с относительно постоянным ветровым полем Хитроу) уменьшило или устранило потребность во взлетно-посадочных полосах с боковым ветром :

Когда Хитроу был открыт как коммерческий сайт, у него было ТРИ разных взлетно-посадочных полосы в виде треугольника, а к 1955 году у него было ШЕСТЬ взлетно-посадочных полос - вы можете увидеть их здесь: Википедия [sic] commons - устроено так, чтобы обеспечить параллельную работу на любых двух взлетно-посадочных полосах независимо от ветра. направление было.

Но с появлением более крупных транспортных самолетов с более высокой посадочной скоростью и большей устойчивостью к боковому ветру потребность в дополнительных взлетно-посадочных полосах уменьшилась - и к концу 1950-х годов использовались только восточные / западные взлетно-посадочные полосы - они были расширены до двух взлетно-посадочных полос. используются сегодня, в то время как другие взлетно-посадочные полосы были закрыты - сегодня они используются как рулежные дорожки.

Тем не менее, факторы, определяющие, насколько сильный боковой ветер при взлете или посадке может выдержать самолет, следующие:

• Прежде всего, максимальный авторитет самолета на руле направления, который, в первую очередь, определяет, насколько быстро пилот может снести самолет после приземления при посадке с боковым ветром, чтобы сохранить пневматики основного шасси (которые для большинства самолетов 1) ^.заблокированы в продольном направлении и не могут поворачиваться, чтобы выровняться с направлением движения самолета по земле, в отличие от передней опоры) из-за разрушения боковыми силами, возникающими в результате их перекоса по взлетно-посадочной полосе; он также определяет, насколько боковой ветер может выдержать самолет во время взлета или посадки, прежде чем он начнет неуправляемо флюгерировать против ветра из-за силы ветра, воздействующей на вертикальный стабилизатор самолета (хотя это обычно второстепенная проблема, поскольку обычно требуется меньше руля больше, чем большой и быстрый маневр по рысканию, необходимый для отрыва самолета от приземления при сильном боковом ветре).
  • Максимальный авторитет руля направления самолета, в свою очередь, определяется соотношением между, с одной стороны, величиной крутящего момента руля направления, который руль направления способен оказывать на самолет (зависит от размера руля направления, его эффективного плеча момента и [ в меньшей степени] его максимальный угол отклонения) плюс дополнительный крутящий момент, создаваемый носовой частью фюзеляжа при ненулевом угле бокового скольжения самолета (функция его размера и эффективного плеча момента, а также угла бокового скольжения самолета), и, на другой - величина крутящего момента, создаваемого вертикальным стабилизатором и задней частью фюзеляжа, когда самолет имеет ненулевой угол бокового скольжения (функция размера и эффективного плеча момента задних частей самолета, а также угол бокового скольжения самолета); как и всеплощадей и задействованных плеч эффективного момента будут увеличиваться или уменьшаться в основном в равной пропорции за счет изменения общего размера самолета, не ожидается, что более крупный самолет будет иметь значительно больший авторитет руля направления, чем меньший.
  • Гораздо более важным фактором в управлении рулем направления для многодвигательного самолета с неосевой тягой является необходимость использования руля направления для поддержания управления по курсу в случае отказа двигателя во время взлета, когда исправный двигатель все еще работает на полной мощности. , на скоростях намного ниже тех, которые необходимы для поддержания полета; ^{2 минимальная} _{воздушная} скорость, при которой руль направления имеет достаточную управляемость, обозначается как VMC ( минимальная управляемая скорость ) и образует жесткий нижний предел допустимого диапазона V _{1 для самолета.}скоростей (а, следовательно, и от длины ВПП, необходимой для взлета при данном весе). Для многодвигательных самолетов с неосевой тягой это, а не посадки и взлеты с боковым ветром, обычно является критическим случаем, определяющим необходимый уровень управления рулем направления; таким образом, если бы существовала дихотомия в максимальных полномочиях руля направления самолета, можно было бы ожидать, что она будет между однодвигательным (и многодвигательным с осевой тягой) самолетом, с одной стороны, и многодвигательным самолетом без осевой тяги, с другой. другое, а не между малым самолетом и большим самолетом как таковым . ³ Во всяком случае, можно было бы ожидать, что некоторым небольшим самолетам с установленными на крыле двигателями потребуется больший максимальный авторитет руля направления (и, следовательно,большие возможности при боковом ветре), чем у некоторых больших самолетов с двигателями, установленными близко к осевой линии самолета!
• Во-вторых, способность шин основного шасси самолета выдерживать значительные боковые силы, воздействующие на них, до того, как самолет будет полностью разобран; это определяет максимальный угол краба, при котором самолет может безопасно приземлиться, не отрывая шины от основного шасси, а также количество времени, доступное для снятия краба самолета с заданного угла, прежде чем произойдет серьезное повреждение шины. Во всяком случае, меньшие самолеты, похоже, имеют здесь преимущество , так как...
  • Меньшие самолеты, как правило, садятся и взлетают с более низкой воздушной скоростью, тем самым сводя к минимуму боковую силу, действующую на шины основного шасси, для заданного угла наклона и, таким образом, предположительно, увеличивая как максимальный безопасный угол наклона приземления, так и безопасное время, доступное для удаления. с заданного угла.
  • Меньшие самолеты, как правило, имеют меньшую нагрузку на шины (меньший вес на единицу площади пятна контакта шин), чем более крупные самолеты, что снижает силу трения между протектором шины и поверхностью взлетно-посадочной полосы и, таким образом, боковые силы на основном шасси. шины при заданной воздушной скорости и угле наклона.

Так почему же у более крупных самолетов должны быть более высокие пределы взлета и посадки при боковом ветре, чем у самолетов меньшего размера, а не наоборот?

¹ : Хотя и не все.

² : Также обычно считается желательным сохранять контроль над своим самолетом в случае отказа двигателя во время крейсерского полета или при посадке; однако это гораздо менее критичные ситуации в этом плане, так как...

• Во время крейсерского полета воздушная скорость самолета, как правило, намного выше, чем при взлете или посадке (что значительно увеличивает возможности управления рулем направления), а его двигатели работают на значительно более низкой крейсерской тяге (уменьшая максимальную асимметрию тяги — и, таким образом, требуется максимальная мощность руля — если один из них выйдет из строя в пути), а не TOGA с максимальной мощностью ( Take Off / G o- Around) установка, обычно используемая во время взлета. (Некоторые взлеты выполняются достаточно легкими, с достаточно длинных взлетно-посадочных полос и/или при достаточно сильном встречном ветре, чтобы можно было безопасно использовать «гибкую» настройку малой мощности для взлета, что снижает износ двигателя, расход топлива и уровень шума по сравнению с к использованию полной мощности TOGA за счет удлинения разбега самолета и снижения максимально допустимой взлетной массы; однако даже при этой настройке по-прежнему используется гораздо более высокий уровень тяги, чем при крейсерской.)
• Во время посадки двигатели самолета обычно крутятся почти до холостого хода для снижения, что значительно снижает максимальную асимметрию тяги (и, следовательно, требуемый максимальный авторитет руля направления) в случае отказа двигателя; даже если требуется мощность TOGA ( например, во время ухода на второй круг или столкновения с сильным сдвигом ветра), воздушная скорость самолета все равно значительно выше, чем на наиболее критических участках разбега по земле (и запасы путевого управления соответственно больше).

³ : Конечно, почти все одномоторные самолеты также достаточно малы... но так же много, много многодвигательных самолетов с неосевой тягой, так что это будут не просто большие самолеты с большими возможностями бокового ветра - многие маленькие самолеты будут ожидается также.