Критический двигатель

Важнейшим двигателем многомоторного самолета является двигатель, выход которого из строя наиболее негативно повлияет на летно-технические характеристики или управляемость самолета. существует разница в оставшихся моментах рыскания после отказа левого или правого (подвесного) двигателя, когда все винты вращаются в одном направлении На винтовых самолетах из-за Р-фактора . На турбореактивных и турбовентиляторных двухмоторных самолетах обычно нет разницы между моментами рыскания после отказа левого или правого двигателя в безветренных условиях.

Описание

Когда один из двигателей типичного многодвигательного самолета выходит из строя, тяги между работающей и неработающей сторонами самолета возникает дисбаланс . Этот дисбаланс тяги вызывает ряд негативных последствий помимо потери тяги одного двигателя. Инженер-конструктор хвостового оперения отвечает за определение размера вертикального стабилизатора , который будет соответствовать нормативным требованиям к управлению и характеристикам самолета после отказа двигателя, например, тем, которые установлены Федеральным управлением гражданской авиации и Европейским агентством авиационной безопасности . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Летчик-испытатель и инженер-испытатель используют летные испытания, чтобы определить, какой из двигателей является критическим.

Факторы, влияющие на критичность двигателя

Асимметричное отклонение от курса

Когда один из двигателей выходит из строя, возникает момент рыскания , который прилагает к самолету вращающую силу, которая стремится повернуть его в сторону крыла, на котором находится вышедший из строя двигатель. Из-за асимметрии подъемной силы в каждом крыле может возникнуть момент качения, при этом большая подъемная сила создается крылом с работающим двигателем. Моменты рыскания и крена создают вращательные силы, которые стремятся отклонить самолет от курса и перекатить его в сторону отказавшего двигателя. Этой тенденции противодействует использование пилотом органов управления полетом , включая руль направления и элероны. Из-за P-фактора правый пропеллер на правом крыле, вращающийся по часовой стрелке, обычно развивает результирующий вектор тяги на большем поперечном расстоянии от центра тяжести самолета, чем левый пропеллер, вращающийся по часовой стрелке (рис. 1). Выход из строя левого двигателя приведет к увеличению момента отклонения от курса работающего правого двигателя, а не наоборот. Поскольку работающий правый двигатель создает больший момент рыскания, пилоту придется использовать большие отклонения органов управления полетом или более высокую скорость, чтобы сохранить контроль над самолетом. Таким образом, отказ левого двигателя оказывает большее влияние, чем отказ правого двигателя, и левый двигатель называется критическим. На самолетах с пропеллерами, вращающимися против часовой стрелки, например де Хэвилленд Дав , правильный двигатель будет решающим фактором.

Большинство самолетов с пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях, не имеют критического двигателя, определяемого вышеуказанным механизмом, поскольку два пропеллера вращаются внутрь от вершины дуги; оба двигателя критически важны. Некоторые самолеты, такие как Lockheed P-38 Lightning , намеренно имеют пропеллеры, которые вращаются наружу от верхней части дуги, чтобы уменьшить нисходящую турбулентность воздуха, известную как нисходящий поток, на центральном горизонтальном стабилизаторе, что облегчает стрельбу из орудий с высоты. самолет. Оба этих двигателя важны, но более важны, чем винты, вращающиеся внутрь. ^{[ 3 ]}

Самолеты с воздушными винтами в двухтактной конфигурации , такие как Cessna 337 , могут иметь критический двигатель, если отказ одного двигателя оказывает большее негативное влияние на управление самолетом или характеристики набора высоты, чем отказ другого двигателя. Отказ критического двигателя самолета с воздушными винтами в двухтактной конфигурации обычно не приводит к возникновению больших моментов рыскания или крена.

Рис. 1. При вращении винтов по часовой стрелке (вид со стороны пилота) работающий правый двигатель будет создавать более сильный момент рыскания в сторону неработающего двигателя, что делает отказ левого двигателя критическим.

Влияние критического двигателя на минимальную скорость управления

Стандарты и сертификаты, определяющие летную годность, требуют, чтобы производитель определил минимальную скорость управления (VMC ₎ , при которой пилот может сохранить управление самолетом после отказа критического двигателя, и опубликовал эту скорость в разделе руководства по летной эксплуатации самолета на ограничения. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Опубликованные минимальные скорости управления (V _MC s) самолета измеряются, когда критический двигатель выходит из строя или не работает, поэтому эффект отказа критического двигателя включен в опубликованные V _MC s. Когда любой из других двигателей выходит из строя или не работает, фактическое значение V _MC , которое пилот испытывает в полете, будет немного ниже, что безопаснее, но эта разница не документирована в руководстве. Критический двигатель является одним из факторов, влияющих на ВМ _{самолета} . Опубликованные VMC _{безопасны} независимо от того, какой двигатель вышел из строя или вышел из строя, и пилотам не нужно знать, какой двигатель является критическим для безопасного полета. Критический двигатель определен в авиационных правилах с целью проектирования хвостового оперения, а также для летчиков-испытателей для измерения V _MC в полете. Другие факторы, такие как угол крена и тяга, оказывают гораздо большее влияние на V _MC , чем разница между критическим и некритическим двигателем.

Airbus A400M имеет нетипичную конструкцию, поскольку на обоих крыльях у него пропеллеры встречного вращения. Пропеллеры на крыле вращаются в противоположных друг другу направлениях: пропеллеры вращаются от вершины дуги вниз навстречу друг другу. Если оба двигателя на крыле работают, то смещение вектора тяги с увеличением угла атаки всегда происходит в сторону другого двигателя на том же крыле. В результате результирующий вектор тяги обоих двигателей на одном крыле не смещается по мере увеличения угла атаки самолета, пока оба двигателя работают. Общего P-фактора не существует, и отказ любого подвесного двигателя (т. е. двигателей 1 или 4) не приведет к разнице в величине оставшихся тяговых моментов отклонения от курса с увеличением угла атаки, только в направлении влево или вправо. Минимальная скорость управления при взлете ( VMC _{самолетом} ) и во время полета ( VMCA _. ) после отказа любого из подвесных двигателей будет одинаковой, если только на одном из подвесных двигателей не будут установлены системы наддува, которые могут потребоваться для управления . Оба подвесных двигателя будут иметь решающее значение.

Если выходит из строя подвесной двигатель, например двигатель 1, как показано на рисунке 2, плечо вектора остаточной тяги на этом крыле перемещается из места между двигателями немного за пределы оставшегося внутреннего двигателя. Сам вектор составляет 50% противоположного вектора тяги. Результирующий тяговый вращающий момент в этом случае значительно меньше, чем при обычном вращении винта. Максимальный момент поворота руля направления для противодействия несимметричной тяге может быть меньше и, следовательно, размер вертикального оперения может быть меньше. Система флюгирования больших 8-лопастных гребных винтов диаметром 17,5 футов (5,33 м) должна быть автоматической, очень быстрой и безотказной, чтобы обеспечить минимально возможное сопротивление гребного винта после неисправности двигательной системы. В противном случае отказ системы флюгирования подвесного двигателя приведет к увеличению сопротивления гребного винта, что, в свою очередь, значительно увеличит момент рысканья тяги, тем самым увеличивая фактическое V _MC(A) . Управляющая мощность, генерируемая одним лишь небольшим вертикальным оперением и рулем направления, мала из-за небольшой конструкции. Только быстрое уменьшение тяги противоположного двигателя или увеличение скорости полета могут восстановить необходимую мощность управления для поддержания прямолинейного полета после отказа системы флюгирования. Разработка и утверждение системы оперения этого самолета является сложной задачей для инженеров-конструкторов и сертифицирующих органов.

На самолетах с очень мощными двигателями проблема несимметричности тяги решается применением автоматической компенсации несимметрии тяги, но это имеет последствия для взлетных характеристик.

Устранение

Рутан Бумеранг - это асимметричный самолет, разработанный с двигателями с несколько разной выходной мощностью для создания самолета, который устраняет опасность асимметричной тяги в случае отказа любого из двух двигателей. ^{[ нужна ссылка ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Федеральное управление гражданской авиации США. «Федеральные авиационные правила (ФАП)» . Раздел 14, часть 23 и часть 25, § 149 . Архивировано из оригинала 22 сентября 2012 г. Проверено 28 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Европейское агентство авиационной безопасности. «Спецификации сертификации (КС)» . CS-23 и CS-25, § 149 . Проверено 28 октября 2013 г.
^ Гаррисон, Питер (февраль 2005 г.). «Фактор P, крутящий момент и критический двигатель» . Летающий . 132 (2): 99. ISSN 0015-4806 .

Внешние ссылки

Онлайн-тренер по отключению двигателя в Университете Северной Дакоты

[FAR23-1] Перейти обратно: ^а ^б Федеральное управление гражданской авиации США. «Федеральные авиационные правила (ФАП)» . Раздел 14, часть 23 и часть 25, § 149 . Архивировано из оригинала 22 сентября 2012 г. Проверено 28 октября 2013 г.

[CS23-2] Перейти обратно: ^а ^б Европейское агентство авиационной безопасности. «Спецификации сертификации (КС)» . CS-23 и CS-25, § 149 . Проверено 28 октября 2013 г.

[3] Гаррисон, Питер (февраль 2005 г.). «Фактор P, крутящий момент и критический двигатель» . Летающий . 132 (2): 99. ISSN 0015-4806 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]