Минимальные скорости управления
Минимальная скорость управления ( VMC ) многомоторного летательного аппарата (в частности, самолета ) — это V-скорость , определяющая калиброванную воздушную скорость, ниже которой путевое или поперечное управление воздушным судном больше не может поддерживаться после отказа одного или больше двигателей. V MC применяется только в том случае, если хотя бы один двигатель все еще работает, и будет зависеть от этапа полета. Действительно, несколько V MC для посадки, воздушного и наземного путешествия необходимо рассчитывать , а для самолетов с четырьмя и более двигателями их еще больше. Все они включены в руководство по летной эксплуатации всех многомоторных самолетов . самолета Когда инженеры-конструкторы определяют размеры вертикального оперения и поверхностей управления полетом , они должны учитывать влияние, которое это окажет на минимальные скорости управления самолетом.
Минимальные скорости управления обычно устанавливаются в ходе летных испытаний. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] в рамках процесса сертификации воздушного судна. [ 4 ] [ 5 ] Они служат руководством для пилота по безопасной эксплуатации самолета.
Физическое описание
[ редактировать ]
При выходе из строя двигателя многомоторного самолета распределение тяги на самолете становится асимметричным , что приводит к возникновению рыскания момента в направлении отказавшего двигателя. [ 6 ] , Развивается боковое скольжение в результате чего общее сопротивление самолета значительно увеличивается, что приводит к снижению скороподъемности самолета . [ 7 ] Руль направления и, в определенной степени, элероны, использующие угол крена, являются единственными аэродинамическими органами управления, доступными пилоту для противодействия асимметричному тяговому моменту рыскания. [ нужна ссылка ] .
Чем выше скорость самолета, тем легче противодействовать рыскающему моменту с помощью органов управления самолета. [ 8 ] Минимальная скорость управления — это скорость полета, ниже которой сила, которую руль направления или элероны могут приложить к самолету, недостаточно велика, чтобы противодействовать асимметричной тяге при настройке максимальной мощности. Выше этой скорости должна быть возможность сохранять управление самолетом и поддерживать прямолинейный полет с асимметричной тягой. [ 4 ]
Потеря мощности двигателей винтовых самолетов на крыле и сдутая подъемная сила влияют на распределение подъемной силы по крылу, вызывая крен в сторону неработающего двигателя. [ 9 ] [ 10 ] [ 3 ] В некоторых самолетах полномочия по крену являются более ограничивающими, чем полномочия руля направления при определении V MC . [ 11 ]
Сертификация и варианты
[ редактировать ]
Авиационные правила (например, FAR и EASA ) [ 4 ] [ 5 ] определить несколько различных V MC и потребовать от инженеров-конструкторов подобрать размеры вертикального оперения и аэродинамических органов управления полетом самолета в соответствии с этими правилами. Минимальная скорость управления в воздухе (V MCA ) — важнейшая минимальная скорость управления многодвигательного самолета, поэтому V MCA обозначается просто как V MC во многих авиационных правилах и руководствах по летной эксплуатации самолетов . [ 4 ] [ 5 ] На индикаторе воздушной скорости двухмоторного самолета массой менее 6000 фунтов (2722 кг) V MCA обозначается красной радиальной линией в соответствии со стандартом FAR 23 . [ 4 ] [ 5 ]
Большинство школ летчиков-испытателей используют несколько, более конкретных минимальных скоростей управления, поскольку V MC будет меняться в зависимости от этапа полета. Другие определенные значения V MC включают минимальную скорость управления на земле (V MCG ) и минимальную скорость управления при заходе на посадку и приземлении (V MCL ). Кроме того, для самолетов с четырьмя и более двигателями существуют VMC для случаев, когда на одном крыле не работает один или два двигателя. На рисунке 1 показаны V MC , определенные в соответствующих правилах гражданской авиации. [ 4 ] [ 5 ] и в военных характеристиках. [ 12 ]
Минимальная скорость управления в воздухе
[ редактировать ]
Вертикальное оперение или вертикальный стабилизатор многомоторного самолета играет решающую роль в поддержании путевого управления, когда двигатель выходит из строя или не работает. Чем больше хвостовое оперение, тем больше оно будет способно обеспечить необходимую силу для противодействия асимметричному тяговому моменту отклонения от курса. Это означает, что чем меньше хвост, тем выше V MCA будет . Однако хвост большего размера обходится дороже, его сложнее разместить, и он сопряжен с другими аэродинамическими проблемами, такими как увеличение распространенности спутных течений . Инженеры, проектирующие вертикальное оперение, должны принять решение, основываясь, среди прочего, на своем бюджете, весе самолета и максимальном угле крена в 5° (от неработающего двигателя), как заявлено FAR . [ 4 ] [ 5 ]
V MCA также используется для расчета минимальной безопасной скорости взлета . [ 4 ] [ 5 ] с высоким V Таким образом, MCA приводит к более высоким скоростям взлета, и поэтому требуются более длинные взлетно-посадочные полосы, что нежелательно для эксплуатантов аэропортов.
Факторы, влияющие на минимальную скорость управления
[ редактировать ]Любой фактор, влияющий на баланс сил, а также на моменты рыскания и крена после отказа двигателя, также может повлиять на V MC . При проектировании вертикального оперения и измерении V MCA учитывается наихудший сценарий для всех факторов. Это гарантирует, что VMC , опубликованные в AFM, гарантированно безопасны.
Более тяжелые самолеты более устойчивы и более устойчивы к рыскающим моментам и, следовательно, имеют меньшие значения V MCA . [ 13 ] : 13 Продольный : чем дальше от хвоста он находится, тем меньше минимальная скорость управления, поскольку центр тяжести влияет и на V МСА руль направления сможет обеспечить больший момент рыскания, и так легче противодействовать дисбалансу в толкать. [ 13 ] : 17 Боковой центр тяжести также оказывает влияние: чем ближе он к неработающему двигателю, тем больше момент работающего двигателя, а значит, тем большую силу приходится прикладывать к рулю направления. самолета Это означает, что если боковой центр тяжести сместится в сторону неработающего двигателя, V MCA увеличится. [ 13 ] : 17 Тяга большинства двигателей зависит от высоты и температуры; увеличение высоты и более высокие температуры уменьшают тягу. Это означает, что если температура воздуха выше и самолет находится на большей высоте, то мощность работающего двигателя будет меньше, рулю направления придется оказывать меньшую противодействующую силу, и поэтому V MCA будет ниже. [ 13 ] : 16 Угол крена также влияет на минимальную скорость управления. Небольшой угол крена от неработающего двигателя необходим для минимально возможного бокового скольжения и, следовательно, более низкого V MCA . Наконец, если P-фактор самолета . V MCA работающего двигателя увеличивается, то увеличивается и его рыскающий момент, в результате чего увеличивается [ 13 ] : 15
Другие минимальные скорости управления
[ редактировать ]Самолет с большим количеством двигателей
[ редактировать ]Самолеты с четырьмя или более двигателями имеют не только V MCA (в таких обстоятельствах часто называемый V MCA1 ), когда один критический двигатель не работает, но также V MCA2 , который применяется, когда двигатель находится внутри критического двигателя на том же крыле. , также неработоспособен. [ 13 ] : 15 V MCA2 . Правила гражданской авиации (FAR, CS и эквивалентные) больше не требуют определения [ 4 ] [ 5 ] хотя он по-прежнему необходим для военных самолетов с четырьмя и более двигателями. [ 12 ] На турбореактивных и турбовентиляторных самолетах подвесные двигатели обычно одинаково важны. Трехмоторные самолеты, такие как MD-11 и BN-2 Trislander, не имеют V MCA2 ; неисправный центральный двигатель не влияет на V MC .
Когда два противоположных двигателя самолета с четырьмя или более двигателями не работают, асимметрия тяги отсутствует, следовательно, нет необходимости в руле направления для поддержания устойчивого прямолинейного полета; V MCA не играют никакой роли. Для поддержания полета в целом может быть доступно меньше мощности, но минимальные безопасные скорости управления остаются такими же, как и для самолета, летящего с 50% тягой на всех четырех двигателях.
Выход из строя одного бортового двигателя из комплекта из четырех гораздо меньше влияет на управляемость. Это связано с тем, что бортовой двигатель расположен ближе к центру тяжести самолета, поэтому недостаток рыскающего момента уменьшается. В этой ситуации, если скорость поддерживается на уровне опубликованного V MCA или выше него , определенного для критического двигателя, можно сохранить безопасное управление.
Земля
[ редактировать ]Если двигатель выйдет из строя во время руления или взлета , момент тяги и отклонения от курса заставит самолет отклониться в сторону на взлетно-посадочной полосе. Если воздушная скорость недостаточно высока и, следовательно, боковая сила, создаваемая рулем направления, недостаточно сильна, самолет будет отклоняться от осевой линии взлетно-посадочной полосы и может даже отклониться от взлетно-посадочной полосы. [ 13 ] : 21 Скорость полета, при которой самолет после отказа двигателя отклоняется на 9,1 м от осевой линии ВПП, несмотря на использование максимального руля направления, но без использования управления носовым колесом, является минимальной скоростью управления на земле (VMCG ) . [ 4 ] [ 5 ]
Подход и посадка
[ редактировать ]Минимальная скорость управления при заходе на посадку и посадке (V MCL ) аналогична V MCA , но конфигурация самолета является посадочной конфигурацией. V MCL определен как для самолетов части 23 <FAR 23.149 (c)>, так и для самолетов части 25 в правилах гражданской авиации. [ 4 ] [ 5 ] выбрана максимальная тяга Однако, когда для ухода на второй круг , закрылки будут подняты из посадочного положения, и V MCL больше не применяется, а V MCA применяется.
Безопасная скорость одного двигателя
[ редактировать ]Из-за присущих рисков эксплуатации на V MCA или вблизи нее с асимметричной тягой, а также желания имитировать и практиковать эти маневры при обучении и сертификации пилотов V SSE . можно определить [ 14 ] V SSE безопасная частота вращения одного двигателя — минимальная скорость, при которой критический двигатель не работает, установленная и обозначенная изготовителем как безопасная скорость преднамеренного отключения одного двигателя. [ 4 ] Эта скорость выбрана для снижения вероятности аварии из-за потери управления из-за имитации отказа двигателя на чрезмерно низкой скорости полета. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992 г.). Теория отказа двигателя, глава 11 (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 июня 2016 г. Проверено 15 мая 2016 г.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Имперская школа летчиков-испытателей, Боскомб-Даун, Великобритания. Бегство на асимметричной власти .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Школа летчиков-испытателей ВМС США. Руководство по летным испытаниям USNTPS-FTM-No. 103, Устойчивость и управление неподвижным крылом, теория и методы летных испытаний, Глава 6 - Летные качества с асимметричной мощностью (PDF) . Проверено 15 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Федеральное управление гражданской авиации США. «Федеральные авиационные правила (ФАП)» . Часть 23 и Часть 25, § 149 . Проверено 15 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Европейское агентство авиационной безопасности. «Спецификации сертификации (КС)» . CS-23 и CS-25, § 149 . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ «FAA P-8740-66 Flying Light Twin Safe» : 2.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Справочник по полетам на самолете (FAA-H-8083-3B), глава 12» (PDF) : 24.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Справочник по полетам на самолете (FAA-H-8083-3B), Глава 6» (PDF) : 3.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Справочник по полетам на самолете (FAA-H-8083-3B), глава 12» (PDF) : 24.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992 г.). Теория отказа двигателя, глава 11 (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 июня 2016 г. Проверено 15 мая 2016 г.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Школа летчиков-испытателей ВВС США, база ВВС Эдвардс, Калифорния, США (1992 г.). Теория отказа двигателя, глава 11 (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 июня 2016 г. Проверено 15 мая 2016 г.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Военная спецификация MIL-F-8785C, замененная MIL-STD-1797. Летные качества пилотируемых самолетов .
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г Хорлингс, Гарри (январь 2012 г.). «Управление и характеристики во время асимметричного полета с двигателем» (PDF) . Проверено 31 марта 2017 г.
- ^ «FAA-P-8740-19-Безопасные полеты легких близнецов» (PDF) : 45.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «FAA P-8740-66 Flying Light Twin Safe» : 6.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )