Почему данные об угле атаки не проверяются на корректность перед передачей в другие бортовые системы?

Для большинства самолетов точная информация об угле атаки совершенно необходима для безопасного полета, в первую очередь из-за риска сваливания самолета, если угол атаки одного или обоих его крыльев становится чрезмерно высоким (дополнительная проблема, которая возникает при очень высокие скорости могут вызвать перегрузку, что может привести к разрушению конструкции); ¹ , в результате все самолеты имеют ту или иную форму датчика угла атаки (как правило, это механические лопасти, которые выравниваются с окружающим воздушным потоком ² ), который передает данные AoA в другие системы самолета (обычно через самолетные бортовые компьютеры данных).

К сожалению, незаменимость точных данных об угле атаки означает, что, если данные AoA, подаваемые на другие бортовые системы, неточны , случаются очень плохие вещи. Это стало причиной многочисленных аварий:

• TW843 (L-1011-1, 30 июля 1992 г.) - правый датчик угла атаки самолета, известный темпераментный компонент, полностью вышел из строя в начале предвзлетного руления в аэропорту Кеннеди, застыв в положении, соответствующем Угол атаки 26,1 ° (угол атаки, который физически невозможно принять для L-1011, когда все его колеса находятся на земле) во время руления и взлета самолета. ^{4, 5} Это привело к ложному предупреждению о сваливании, как только самолет взлетел, ⁶ что привело к прерванному взлету на очень высокой скорости, чрезмерно жесткому приземлению и выезду за пределы взлетно-посадочной полосы; структурные повреждения, полученные во время приземления, привели к пожару, который уничтожил самолет (хотя все 292 человека выжили).
• QF72 (A330-300, 7 октября 2008 г.)- Во время полета над восточной частью Индийского океана в одном из трех ADIRU самолета произошел сбой, который исказил (в большей или меньшей степени) все параметрические данные, вычисляемые и передаваемые им; хотя это повлияло на измерение и вычисление многих различных параметров самолета, важной частью для целей этого обсуждения было то, что значения угла атаки, передаваемые неисправным ADIRU, были искажены прерывистыми (но частыми) выбросами до 50,625 ° (а также, позже, некоторые пики до 5,625 ° или 16,875 °), что привело к тому, что системы защиты оболочки полета самолета вызвали два больших движения руля высоты вниз с интервалом примерно в две и две трети минут (каждый раз на мгновение блокируя пилота). компенсационные входные сигналы управления поднятием носа) в ответ на несуществующее состояние сваливания,
• JT043 / JT610 (737-8, 28-29 октября 2018 г.) - во время капитального ремонта в Денпасаре в первый день левый датчик угла атаки самолета был удален из-за повторяющихся неисправностей и заменен датчиком, который находился на хранении после ремонта. годом ранее. Замененный датчик оказался неправильно откалиброван во время ремонта, в результате чего его показания были на 21 ° выше, чем фактический угол атаки самолета; неверные данные от датчика привели к тому, что вибратор самолета сработал почти сразу после взлета при последующем полете в Джакарту (он оставался включенным до конца полета) и, что более серьезно, взаимодействовал с плохо спроектированной модификацией автотриммера самолета . систематаким образом, чтобы горизонтальный стабилизатор самолета отклонялся в сторону в направлении носом вниз, что приводило к серьезным трудностям в управлении, пока летный экипаж не смог остановить разгон дифферента, отключив систему автотриммера. Обслуживающий персонал в Джакарте не смог обнаружить проблему с самолетом на земле после полета, и на следующий день он снова был допущен к полету. Поскольку неправильно откалиброванная лопасть AoA не была отремонтирована или заменена, проблемы предыдущего дня повторились; встряхиватель активировался, когда самолет развернулся для взлета (и снова оставался активным на протяжении всего полета), а триммер стабилизатора начал убегать в направлении носом вниз, как только закрылки самолета были убраны. ⁷В отличие от того, что произошло накануне, летный экипаж либо забыл, либо не смог отключить систему автотриммирования до того, как экстремальная ситуация вне балансировки привела к потере управления и падению самолета в Яванское море с гибелью всех 189 человек на борту. .

Многие из этих несчастных случаев можно было бы предотвратить, если бы какая-либо форма проверки работоспособности (тест для обнаружения и отсеивания бессмысленных входящих данных) выполнялась для данных об угле атаки, прежде чем передавать их другим системам:

• Лопасть AoA, которая застревает в фиксированном положении на земле, может быть легко обнаружена во время взлета путем анализа данных, предоставляемых датчиком, как только воздушная скорость самолета становится достаточно высокой, чтобы позволить лопастям датчика работать, и помечая как неисправный любой датчик. который сообщает об угле атаки, который физически невозможно предположить, когда самолет находится на земле и не вращается.
• Постоянно высокое или низкое значение датчика можно определить путем расчета коэффициента перегрузки по оси z, который будет создавать сообщаемый угол атаки, с учетом текущей IAS, веса и конфигурации самолета, а также путем отклонения данных от любого датчика, который сообщил об AoA, который слишком высока или низка, чтобы произвести наблюдаемую Gz .
• Датчик, который начинает отклоняться от точности, будет обнаружен аналогичным образом, поскольку его заявленный угол атаки будет меняться со временем таким образом, который несовместим с изменениями воздушной скорости самолета, коэффициента нагрузки, веса и конфигурации.
• Неисправность, которая приводит к нефизически быстрому изменению сообщаемого угла атаки (например, от +2° до +50° и обратно к +2° в течение двух секунд 8 ), ^что предположительно может быть вызвано датчиками определенных типов. сбои, ⁹ но, скорее всего, укажут на проблему чуть дальше по течению, включая неправильную обработку и преобразование действительных данных датчика (например, из-за сбоя ADIRU), будет особенно легко обнаружить, что позволит быстро пометить неисправную часть оборудования. как неудавшийся и брошенный в оффлайн.

Так почему же необработанные данные об угле атаки самолета не проверяются на работоспособность, прежде чем позволить другим системам самолета работать с ними?

¹ : Это не обязательно требует, чтобы угол атаки самолета постоянно отображался для пилотов; часто бывает достаточно, чтобы системы самолета контролировали его угол атаки и принимали меры (например, активировали встряхиватель), если он становится чрезмерным.

² : Эти датчики обычно устанавливаются в носовой части фюзеляжа, даже если они устанавливаются на крыльях, которые, как правило, являются частью самолета, создающей большую часть его подъемной силы, и, таким образом, той частью самолета, угол атаки которой на самом деле имеет значение - даст более точные данные (поскольку локальный воздушный поток - и, следовательно, локальный угол атаки - над носовой частью фюзеляжа, как правило, отличается от такового над крыльями; таким образом, показания AoA от носовых датчиков необходимо скорректировать в для расчета AoA крыльев). ³

³ : Величина и направление разницы зависят, среди прочего, от воздушной скорости самолета ; таким образом, процесс расчета угла атаки крыльев по углу атаки носа требует достоверных данных о воздушной скорости , что само по себе может создать проблемы, если системы самолета фактически не имеют доступа к достоверным данным о воздушной скорости .

⁴ : L-1011 использует необычный и смехотворно сложный тип датчика AoA, который вместо простой механической лопасти использует волшебную полую трубку, пронизанную двумя рядами перфораций, которая взаимодействует с соседним датчиком перепада давления. датчик.

⁵ : данные, предоставляемые датчиком угла атаки любого типа, неизбежно будут бессмысленными при низких скоростях полета (например, во время руления и в начале взлета) из-за очень низкого динамического давления, воздействующего на датчики на этих низких скоростях; однако правильно функционирующие датчики AoA будут предоставлять достоверные данные на высоких скоростях полета даже на земле.

⁶ : Из-за упомянутой выше ненадежности данных датчика AoA на малых скоростях в сочетании с физической невозможностью сваливания самолета, находящегося на земле, система предупреждения сваливания L-1011 блокируется, когда переключатель самолета воздух/земля в режиме «земля».

⁷ : Конкретный подсегмент системы автотриммирования 737 MAX (737-7/-8/-9/-10), который вызывал разбегание триммера вниз, активен только при полностью убранных закрылках.

⁸ : Это не означает, что углы атаки такой величины не могут быть испытаны на типичном самолете; угол атаки самолета может легко приблизиться к 90 ° при длительном сваливании (особенно таком, которое переходит в плоский штопор). Однако ни один самолет крупнее реактивного истребителя, особенно без системы управления вектором тяги, не способен поднять угол тангажа более чем на 45° за одну секунду ; инерция вращения большого удлиненного тяжелого фюзеляжа просто слишком велика, чтобы такой быстрый резкий маневр был физически возможен.

⁹ : Например, вышеупомянутый беспорядок системы датчика угла атаки L-1011 включает в себя двигатель, который вращает трубку внешнего датчика, чтобы обнулить внутренний перепад давления датчика, и считывает локальный угол атаки, измеряя угол, через который трубка датчика вращается внутренним мотором; короткое замыкание может легко привести к тому, что двигатель будет продолжать работать до тех пор, пока он не упрется в механические упоры в одном или другом направлении, приводя трубку датчика к очень большому положительному или отрицательному углу и, таким образом, заставляя датчик сообщать о ложно высоком AoA ( и, возможно, даже не в правильном направлении).