Защита конверта полета

Защита границ полета - это человеко-машинного интерфейса расширение системы управления самолетом , которое не позволяет пилоту самолета подавать команды управления, которые вынудили бы самолет превысить свои структурные и аэродинамические эксплуатационные ограничения. ^[1]^[2]^[3] В той или иной форме он используется во всех современных коммерческих самолетах с электронным управлением . ^[4] Заявленное преимущество систем защиты границ полета заключается в том, что они не позволяют пилоту чрезмерно контролировать управление, будь то в результате неожиданной реакции на аварийную ситуацию или по какой-либо другой причине, от перехода в чрезмерные поверхности управления полетом движения . Теоретически это позволяет пилотам быстро реагировать на чрезвычайную ситуацию, одновременно сглаживая эффект чрезмерного воздействия на управление, возникающего в результате «испуга», путем электронного ограничения чрезмерных движений поверхности управления, которые могут вызвать чрезмерную нагрузку на планер и поставить под угрозу безопасность самолета. ^[5]^[6]

На практике эти ограничения иногда приводили к непреднамеренным ошибкам, связанным с человеческим фактором , и к собственным несчастным случаям.

Одним из примеров такого устройства защиты диапазона полета является система предотвращения сваливания , которая предназначена для предотвращения сваливания самолета. ^[7] например, в виде толкателя , который толкает нос самолета вниз на основе входного сигнала от системы предупреждения о сваливании, ^[8] или с помощью других дистанционных действий. Противостопорные системы используются на большинстве современных самолетов со стреловидным крылом. ^{[ нужна ссылка ]} и используются на большом количестве гражданских и военных реактивных самолетов. ^[8]

Функция

У воздушного судна есть диапазон полета , который описывает пределы его безопасных характеристик в отношении таких факторов, как минимальная и максимальная рабочие скорости, а также эксплуатационная прочность конструкции. ^[1]^[2]^[3] Защита диапазона полета рассчитывает этот диапазон полета (и добавляет запас безопасности) и использует эту информацию, чтобы не дать пилотам выполнять управляющие воздействия, которые вывели бы самолет за пределы этого диапазона полета. ^[5] Вмешательство системы защиты границ полета в команды пилота может происходить двумя различными способами (которые также можно комбинировать):

Игнорирование части или всего управляющего сигнала, который может привести к тому, что состояние полета самолета приблизится к его эксплуатационным границам или даже выйдет за их пределы. Этот метод применяется в большинстве электродистанционным управлением с самолетов и управлением скоростью .
Сообщить пилоту о том, что соответствующая команда приближает самолет к расчетным оперативным границам; эта связь может осуществляться посредством простых сигналов тревоги или тактильной обратной связи . Этот метод часто применяется в самолетах с обычными органами управления.

Например, если пилот использует задний боковой джойстик, чтобы поднять нос самолета, управляющие компьютеры, создающие защиту диапазона полета, могут помешать пилоту наклонить самолет за пределы сваливания угла атаки :

В первом случае, если пилот попытается применить еще большее управление назад, защита диапазона полета приведет к тому, что самолет проигнорирует эту команду. ^[4]^[5] Таким образом, защита зоны полета может повысить безопасность самолета, позволяя пилоту применять максимальные усилия управления в аварийной ситуации, не допуская в то же время непреднамеренного вывода самолета за пределы его эксплуатационной безопасности. Примерами того, где это может предотвратить авиационные происшествия, являются случаи, когда это позволяет пилоту выполнить быстрый маневр уклонения в ответ на предупреждение системы предупреждения о близости к земле или в быстром ответе на приближающийся самолет и потенциальное столкновение в воздухе . ^[4] В этом случае без системы защиты границ полета «вы, вероятно, будете изо всех сил воздерживаться от маневрирования из-за страха потерять управление или того хуже. Вам придется подкрадываться к нему [2,5 G, расчетный предел] , и когда вы доберетесь туда, вы не сможете сказать, потому что очень немногие коммерческие пилоты когда-либо летали на 2,5 G. Но в А320 вам не придется колебаться: вы можете просто нажать на контроллер до упора. сторону и немедленно убирайтесь оттуда так быстро, как вас доставит самолет». ^[5] Так создатели Airbus утверждают: «Защита оболочки не сковывает пилота. Она освобождает пилота от неопределенности – и тем самым повышает безопасность». ^[5]
Во втором случае, например, при использовании системы силовой обратной связи для связи с пилотом, если пилот пытается применить еще большее управление назад, защита диапазона полета будет создавать возрастающие противодействующие силы на органах управления, так что пилоту придется прилагать все возрастающие усилия. усилие, чтобы продолжить управляющий ввод, который воспринимается защитой зоны полета как опасный.

Хотя большинство конструкторов современных самолетов с электронным управлением придерживаются одного из этих двух решений («боковое управление и отсутствие обратной связи» или «традиционное управление и обратная связь», см. также ниже), в науке также существуют подходы, позволяющие объединить оба варианта. из них: Как показало исследование, силовая обратная связь, приложенная к боковой рукоятке самолета, управляемого посредством скорости крена и перегрузки (как, например, в современном самолете Airbus), может использоваться для повышения соблюдения режима безопасного полета и, таким образом, снижения риск перехода пилотов в опасные состояния полетов за пределами эксплуатационных границ при сохранении окончательных полномочий пилотов и повышении их осведомленности о ситуации . ^[9]

Эйрбас и Боинг

Airbus A320 был первым коммерческим самолетом, в программное обеспечение управления полетом которого была включена полная защита диапазона полета. Инициатором этого стал бывший старший вице-президент Airbus по инженерным разработкам Бернард Циглер . В Airbus защиту диапазона полета нельзя полностью обойти, хотя экипаж может выйти за пределы диапазона полета, выбрав альтернативный «закон управления». ^[4]^[10]^[11]^[12] компания Boeing применила другой подход В случае с Боингом 777 , позволив экипажу обходить ограничения диапазона полета, применяя чрезмерную силу к органам управления полетом. ^[4]^[13]

Инциденты

Рейс 006 Китайских авиалиний

Одним из возражений, выдвинутых против защиты границ полета, является инцидент, произошедший с рейсом 006 авиакомпании China Airlines, Боингом 747SP-09 , к северо-западу от Сан-Франциско в 1985 году. ^[5] В этом летном происшествии экипаж был вынужден перегрузить (и структурно повредить) горизонтальное оперение, чтобы восстановиться после крена и почти вертикального пикирования. (Это было вызвано автоматическим отключением автопилота и неправильным управлением рысканьем, вызванным загоранием двигателя). Пилот восстановил управление, оставив высоту около 10 000 футов (от первоначального крейсерского полета на большой высоте). Для этого пилоту пришлось тянуть самолет с перегрузкой примерно в 5,5 G, что более чем в два раза превышало расчетный предел. ^[5] Был бы самолет была включена система защиты границ полета, этот чрезмерный маневр нельзя было выполнить, что значительно снижало шансы на восстановление.

На это возражение Airbus ответил, что А320 в ситуации с рейсом 006 «никогда бы не упал из воздуха». во-первых: защита оболочки автоматически удерживала бы его в горизонтальном полете, несмотря на сопротивление заглохшего двигателя». ^[5]

Рейс 705 компании FedEx

В апреле 1995 года рейс 705 FedEx, самолет McDonnell Douglas DC-10-30 , был угнан бортинженером FedEx , который, столкнувшись с увольнением, попытался угнать самолет и разбить его о штаб-квартиру FedEx, чтобы его семья могла получить страховку его жизни. политика. После нападения и серьезных ранений летный экипаж смог дать отпор и благополучно посадить самолет. Чтобы удержать нападавшего в равновесии и выйти из кабины, экипажу пришлось выполнять экстремальные маневры, в том числе перекатываться по бочке и пикировать так быстро, что самолет не мог измерить свою воздушную скорость .

Если бы экипаж не смог выйти за пределы диапазона полета самолета, экипажу, возможно, не удалось бы добиться успеха. ^{[ нужна ссылка ]}.

Рейс 587 American Airlines

Рейс 587 American Airlines, самолет Airbus A300 , разбился в ноябре 2001 года, когда вертикальный стабилизатор сломался из-за чрезмерного воздействия пилота на руль направления.

Система защиты границ полета могла бы предотвратить эту аварию, хотя все еще можно утверждать, что должна быть предусмотрена кнопка отмены на случай непредвиденных обстоятельств, когда пилоты осознают необходимость превышения обычных пределов.

Рейс 1549 авиакомпании US Airways

, рейса 1549 компании US Airways У самолета Airbus A320 , произошел отказ двух двигателей после столкновения с птицей, и впоследствии он благополучно приземлился на реке Гудзон в январе 2009 года. Отчет об авиационном происшествии NTSB ^[14] упоминает эффект защиты границ полета: «Скорость самолета на последних 150 футах снижения была достаточно низкой, чтобы активировать режим альфа-защиты функций защиты границ полета самолета по проводам... Из-за этих функций самолет не мог достичь максимального угла атаки (AoA), достижимого по нормальному закону тангажа для веса и конфигурации самолета, однако самолет действительно обеспечивал максимальные характеристики для своего веса и конфигурации на тот момент...

Защита границ полета позволила капитану полностью тянуть ручку управления назад без риска сваливания самолета».

Рейс 72 авиакомпании Qantas

Qantas 72 потерпел несанкционированное снижение тангажа из-за ошибочных данных с одного из компьютеров ADIRU .

Рейс 447 авиакомпании Air France

Рейс 447 авиакомпании Air France, самолет Airbus A330 , вошел в аэродинамическое сваливание, из которого не смог выйти, и в июне 2009 года рухнул в Атлантический океан, в результате чего погибли все находившиеся на борту. Временное несоответствие между измеренными скоростями, вероятно, из-за закупорки трубок Пито кристаллами льда, привело к отключению автопилота и перенастройке на альтернативный закон; Вторым последствием перехода на альтернативный закон стало то, что защита от сваливания больше не работала.

Экипаж совершил неправильные действия по управлению, что привело к остановке самолета, и не распознал, что самолет заглох.

MCAS на Боинге 737 MAX

В октябре 2018 года и снова в марте 2019 года ошибочная активация системы защиты полета MCAS привела к безвозвратному погружению двух авиалайнеров Boeing 737 MAX , в результате чего погибло 346 человек и что привело к остановке авиалайнера по всему миру.

См. также

Примечания

^ Перейти обратно: ^а ^б Пратт, Р. (2000). Системы управления полетом: практические вопросы проектирования и реализации. Институт инженеров-электриков. ISBN 978-0-85296-766-9
^ Перейти обратно: ^а ^б Абзуг М.Дж., Ларраби Э.Э. (2002). Устойчивость и управление самолетом: история технологий, которые сделали авиацию возможной. Издательство Кембриджского университета, ISBN 978-0-521-80992-4
^ Перейти обратно: ^а ^б Рисухин В. (2001). Управление ошибками пилота: автоматизация. МакГроу-Хилл Профессионал. ISBN 978-0-07-137320-3
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Норт, Дэвид. (2000) «Нахождение точек соприкосновения в системах защиты конвертов». Неделя авиации и космических технологий , 28 августа, стр. 66–68.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Уолдроп ММ. (1989). Полет в электрическом небе. Наука, 244: 1532–1534. JSTOR 1704109
^ Ализарт Р. Фулфорд, Джорджия. (1989) Электрические авиалайнеры. Наука, 245: 581–583. JSTOR 1704444
^ Что такое противостопорное устройство в самолете? | Смотрите новостные видео онлайн
^ Перейти обратно: ^а ^б Сохранившаяся аэрокосмическая промышленность | Системы управления | Противостопорная система
^ Флориан Джей Джей Шмидт-Скипиол и Питер Хекер (2015). «Тактильная обратная связь и осведомленность о ситуации: улучшение соблюдения конверта в самолетах с электродистанционным управлением с боковым управлением [ sic ]» . 15-я конференция AIAA по авиационным технологиям, интеграции и эксплуатации : 2905. doi : 10.2514/6.2015-2905 .
^ Траверс П. Лаказ И. Суирис Дж. (2004). Airbus Fly-By-Wire: комплексный подход к надежности. ИФИП Международная федерация обработки информации: построение информационного общества. 156: 191–212. дои : 10.1007/978-1-4020-8157-6_18
^ Бриер Д. и Траверс, П. (1993) « Электрические средства управления полетом Airbus A320/A330/A340: семейство отказоустойчивых систем. Архивировано 27 марта 2009 г. в Wayback Machine », Proc. FTCS, стр. 616–623.
^ Роджерс Р. (1999). Полномочия пилота и защита самолета. Кабина (выпуски с января по март). 4–27.
^ Аплин Дж.Д. (1997). Первичные бортовые компьютеры для Боинга 777. Микропроцессоры и микросистемы. 20: 473–478. два : 10.1016/S0141-9331(97)01112-5
^ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/AAR1003.pdf, в частности разделы 1.6.3 и 2.7.2.

[Pratt-1] Перейти обратно: ^а ^б Пратт, Р. (2000). Системы управления полетом: практические вопросы проектирования и реализации. Институт инженеров-электриков. ISBN 978-0-85296-766-9

[Abzug-2] Перейти обратно: ^а ^б Абзуг М.Дж., Ларраби Э.Э. (2002). Устойчивость и управление самолетом: история технологий, которые сделали авиацию возможной. Издательство Кембриджского университета, ISBN 978-0-521-80992-4

[Risukhin-3] Перейти обратно: ^а ^б Рисухин В. (2001). Управление ошибками пилота: автоматизация. МакГроу-Хилл Профессионал. ISBN 978-0-07-137320-3

[North-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Норт, Дэвид. (2000) «Нахождение точек соприкосновения в системах защиты конвертов». Неделя авиации и космических технологий , 28 августа, стр. 66–68.

[Waldrop-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Уолдроп ММ. (1989). Полет в электрическом небе. Наука, 244: 1532–1534. JSTOR 1704109

[6] Ализарт Р. Фулфорд, Джорджия. (1989) Электрические авиалайнеры. Наука, 245: 581–583. JSTOR 1704444

[7] Что такое противостопорное устройство в самолете? | Смотрите новостные видео онлайн

[extantaerospace1-8] Перейти обратно: ^а ^б Сохранившаяся аэрокосмическая промышленность | Системы управления | Противостопорная система

[9] Флориан Джей Джей Шмидт-Скипиол и Питер Хекер (2015). «Тактильная обратная связь и осведомленность о ситуации: улучшение соблюдения конверта в самолетах с электродистанционным управлением с боковым управлением [ sic ]» . 15-я конференция AIAA по авиационным технологиям, интеграции и эксплуатации : 2905. doi : 10.2514/6.2015-2905 .

[10] Траверс П. Лаказ И. Суирис Дж. (2004). Airbus Fly-By-Wire: комплексный подход к надежности. ИФИП Международная федерация обработки информации: построение информационного общества. 156: 191–212. дои : 10.1007/978-1-4020-8157-6_18

[11] Бриер Д. и Траверс, П. (1993) « Электрические средства управления полетом Airbus A320/A330/A340: семейство отказоустойчивых систем. Архивировано 27 марта 2009 г. в Wayback Machine », Proc. FTCS, стр. 616–623.

[12] Роджерс Р. (1999). Полномочия пилота и защита самолета. Кабина (выпуски с января по март). 4–27.

[13] Аплин Дж.Д. (1997). Первичные бортовые компьютеры для Боинга 777. Микропроцессоры и микросистемы. 20: 473–478. два : 10.1016/S0141-9331(97)01112-5

[14] ttps://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/AAR1003.pdf, в частности разделы 1.6.3 и 2.7.2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]