А ну-ка, дыхни!
Телеграм - @roflemem
Почему самолёты белые?
Источник : Шаг в будущее
Может ли самолет лететь с отказавшими двигателями
Большой пассажирский лайнер летит по тем же физическим законам, что и бумажный самолетик. Например, если великан запустит 400 тонный Boeing-747 с высоты 10км, то он пролетит 170 км.
Самолет будет опускать нос и разгоняться, затем задирать нос и гасить скорость. Этот цикл будет повторяться до земли.
В фильмах мы видим, как после отказа двигателя самолет резко входит в пике и летит носом в землю-это выдумки.
Да, бывает, что самолет падает вертикально, но это вызвано не отказом двигателя, а ошибками пилотирования или проблемами с органами управления.
Отказ одного двигателя
С одним отказавшим двигателем самолет может взлететь, набрать высоту, выполнить горизонтальный полет, зайти на посадку и даже уйти на второй круг.
Если отказ произошел на эшелоне, то придется снизиться до высоты 5-8км, так как на одном движке самолет не может выдерживать большие высоты.
На эшелоне или на снижении отказ двигателя можно даже не заметить, пока не сработает сигнализация.
Сколь самолет пролетит без двигателей
На дальность планирования самолета влияют:
Высота полета
Направление и скорость ветра
Аэродинамическое качество ВС
Масса самолета
Начальная скорость
Параметры наружного воздуха
Аэродинамическое качество самолета-это отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению.
На практике-это то расстояние в км, которое пролетит ВС с высоты 1км.
Вот значения аэдинамического качества для некоторых самолетов:
Ту-154 16
Boeing-747 17
Ту-160 20
A-320 17
Ан-2 10
Планер 50
Буран 5.6
Чем выше качество, тем дальше самолет может планировать.
Планирует ли самолет в повседневных полетах
Пилот знает сколько пролетит самолет на малом газе на 1км или 1000 футов высоты. Эти данные есть в руководстве по эксплуатации.
На снижении пилот рассчитывает высоту и расстояние до аэродрома, чтобы буквально спланировать с эшелона до посадочной прямой.
Полет по глиссаде уже продолжается с тягой двигателей.
Заходишь в Новосибирске на А320. Смотришь, так, высота 33000 футов, расстояние 150 миль. Значит надо начать снижение через 5-6 минут, за 120 миль. Чтобы спланировать на малом газе, погасить скорость, выпустить колеса, закрылки... А тут ветерок попутный подул, значит надо воздушными тормозами помочь.
Но, как правило, диспетчер рушит все твои планы по виртуозному планированию и подвесит на эшелоне или вообще в зону ожидания отправит...
Некоторые коллеги сразу психуют, ругаются. Но я стараюсь спокойно к этому относиться. Особенно когда оплата идет за лётное время
Разбираем самолет по винтикам. Управление и система управления
Предыдущие части:
1) Разбираем самолет по винтикам
2) Разбираем самолет по винтикам. Органы управления
Приветствуем вас, друзья! Прошла всего неделя и вот мы уже приступили к разбору управления самолетом и системы управления. Этот пост можно считать углублением предыдущего. Неделю назад мы разобрали, какие органы управления отвечают за изменение положения самолета в пространстве и как они задействуются из кабины экипажа. Теперь давайте поговорим о реальных маневрах и реальном применении этих органов управления. Напоминаем, рассмотренные примеры сильно упрощены и лишь дают понимание о том, "что такое самолет и с чем его едят".
Элероны
Если говорить о реальности привычных нам лайнеров, то Внешние Элероны в основном задействуются только на взлете и посадке, так как они незаменимы на малой скорости, но очень грубы на высоких скоростях в крейсерском полете (из-за большого плеча относительно центра вращения).
Внешний Элерон (из прошлого поста)
Если применить их на высокой скорости, то, во-первых, самолет даст резкий крен на значительный угол, в во-вторых, это окажет сильное воздействие на крыло и может спровоцировать Флаттер (неуправляемое колебание) крыла:
Во время Флаттера происходит скручивание крыла из-за действия значительной аэродинамической силы на Элероне. Попросту, на заднюю кромку крыла резко начинает действовать большая сила, что приводит к его закручиванию до тех пор, пока сила упругости крыла не прекращает это закручивание; пока не уравновесит возникшую аэродинамическую силу. Тогда крыло идет в исходное положение. Важную роль в этом явлении играет постоянно меняющийся Угол Атаки крыла. Это угол, под которым плоскость крыла расположена к набегающему потоку воздуха:
Он так же очень сильно влияет на величину подъемной силы, возникающей на участке крыла. Итак, схема возникновения Флаттера на примере: отклонили Внешний Элерон вниз - возникла большая аэродинамическая сила на задней кромке полукрыла, направленная вверх - полукрыло начало закручиваться задней кромкой вверх, передней вниз - из-за закрутки изменился угол атаки (был 0, стал отрицательным) - закрутка усугубилась - полукрыло изогнулось и дало реакцию ("спружинило") - угол атаки резко меняется на положительный - полукрыло резко пошло вверх - цикл замкнулся. Если на таких колебаниях поймать резонанс - поздравляем - вы остались без крыла! Флаттер может возникнуть на любой аэродинамической поверхности (на полукрыле, на Элероне, на Стабилизаторе, на Руле высоты, даже на винте) и является большой проблемой в авиации.
Стоит сказать, что колебания крыла могут возникать не только в результате Флаттера, но и в результате турбулентности. Для гашения таких колебаний применяется система активной защиты крыла от нагрузок: компьютер фиксирует изменение подъемной силы на полукрыле и компенсирует его отклонением элеронов, минимизируя нагрузку на конструкцию крыла.
На больших скоростях в крейсерском полете применяются Флапероны или Внутренние Элероны. На разных самолетах эти аэродинамические поверхности называются по-разному в зависимости от их вовлеченности в управление на взлете - посадке (товарищ @GeneralDrozd, Вам уже ответили в комментах по этому поводу).
Флаперон (из предыдущего поста)
Ими можно более "тонко" управлять самолетом на больших скоростях. Они имеют меньшую площадь и меньшее плечо по сравнению с Внешними Элеронами. Но этого вполне хватает, так как скорость большая и изменение аэродинамической силы при задействовании Флаперонов значительно. А на малых скоростях они помогают Внешним Элеронам наравне с Интерцепторами (см. предыдущий пост).
Крен самолета
Подъемная сила всегда +- перпендикулярна плоскости крыла. Представим, что самолету нужно повернуть. Для этого ему нужно накрениться. Следовательно, подъемная сила тоже отклонится вместе с крылом:
На схеме: G - Вес самолета, Y - Подъемная сила, - угол Крена.
Как видим, Подъемная сила раскладывается на проекции по осям Х и У. Как раз проекция на ось Х и тянет самолет в центр дуги, заставляя его лететь по этой дуге. Но так же можно заметить, что проекция на ось У меньше самой подъемной силы и перестает уравновешивать Вес самолета. Самолет начинает "скользить по крылу" - терять высоту. Такой вираж (со скольжением) называется Неправильным. А Правильным будет называться вираж без скольжения. Для этого проекция Подъемной силы на ось У должна уравновешивать Вес самолета. То-есть, ее надо увеличить путем увеличения самой Подъемной силы. Как же это сделать? Увеличить скорость полета или увеличить угол Тангажа (взять Сайдстик "на себя", задействовать Руль высоты), задействовать Руль направления. Как правило, применяется совокупность этих способов борьбы со скольжением.
На схеме: а) правильный вираж (направление скорости совпадает с осью симметрии с-та);
б) вираж с внешним скольжением; в) с внутренним скольжением.
Стоит так же заметить, что пилотам, например, А320, нет нужды управлять Рулем направления при вираже в крейсерском полете - за них это делает автоматика. Для входа в вираж им лишь нужно отклонить Сайдстик влево или вправо. Да и вообще, по сути, человек самолетом почти не управляет - его действия проходят через компьютер и даже не один (об этом ниже).
Скольжение в вираже
Скольжение - вещь не всегда плохая. Иногда она может быть очень даже полезной. К примеру, рассмотрим ситуацию, когда высота велика, скорость большая, а вам нужно приземлиться (да, пример скорее для фронтовой авиации). Что желать с высотой? Дать " от себя" и опустить нос самолета? Высота, конечно, начнет стремительно падать, но и скорость начнет резко расти, ведь мы подтолкнем самолет к пикированию. Этот вариант отпадает. В этом случае подойдет вариант б) из схемы выше. Давайте его и рассмотрим. В этом варианте мы накреняем самолет вправо, даем левую педаль "от себя", нос самолета начинает смотреть как бы "из дуги виража". Начинается скольжение - самолет снижается, но при этом собственная скорость самолета остается неизменной (мы можем управлять ей, увеличивая или уменьшая угол скольжения ()).
Система управления (Неавтоматическая)
Ох, вот мы и добрались...
Для понимания современной системы управления необходимо знать, как она была устроена тогда, давно, когда трава была зеленее, а деревья выше (Неавтоматическая система управления). Пример управления элеронами (Н.П. - направление полета):
Отклоняем Штурвал влево-вправо - усилие передается через систему тяг (8), тросов и качалок (9) на качалку (7) Элерона (5) и приводит его в движение вокруг оси вращения (6).
Если же мы хотим отклонить Руль направления с помощью педалей, то наше усилие так же через систему тяг и качалок передается на качалку Руля направления и он отклоняется:
Аналогично выглядит и управление Рулем высоты:
Наклоняем от себя штурвал по направлению Б вокруг оси (10), тяга (4) передает усилие на качалку Руля высоты (6) и отклоняет его. На этой схеме, кстати, прекрасно видна кинематика отклонения и Руля высоты, и Элеронов одновременно. При повороте штурвала по направлению А усилие с помощью цепей (аналогичных велосипедной) передается на качалку (12), которая задействует тяги, идущие к элеронам. Вот приближенная к реальности схема системы управления:
А вот все в совокупности:
Немного истории системы управления
Со временем самолеты становились все больше и летали все быстрее. Аэродинамические силы, действующие на самолет, так же увеличивались. И человеку становилось не под силу напрямую управлять аэродинамическими поверхностями. Появлялись различные усилители: увеличивались рычаги качалок, добавлялись гидравлические устройства (вот в автомобиле тоже есть гидроусилитель руля). Так же появлялись и различные электроприводы. Но больше всего восхищают решения, принятые инженерами на ранних этапах развития околозвуковой авиации, когда приходилось обходиться только механикой в угоду весу и габаритам самолета. К сожалению, в интернете не было найдено примеров, а личных фото с давних времен не осталось. Но, поверьте, решения были гениальны (и далеко не просты). Прошу знающих людей оставить в комментах примеры, если есть у кого-то. В конечном итоге, самолеты стали настолько большими и сложными, что обойтись без бортового компьютера не представлялось возможным.
Современные системы управления
Про Неавтоматическую систему управления мы поговорили, там все было довольно просто. Перейдем к нашей реальности. Сейчас в больших лайнерах используются:
- Полуавтоматические (человек подаёт сигналы на механические, гидравлические и электрические устройства, которые перемещают органы управления);
- Автоматические (бортовые компьютеры сами подают сигналы на органы управления. Например, автопилот или система сопровождения цели);
- Комбинированные (совокупность предыдущих двух, реализована во всех современных лайнерах).
Рассмотрим, опять же, как пример, А320. Там реализована система Fly-by-Wire (дословно - "Полет по проводам"). Это значит, что все сигналы, исходящие от пилота, передаются на несколько бортовых компьютеров, которые уже решают, какие и как конкретно органы управления отклонить. То-есть, компьютеры корректируют сигналы пилотов, держат их в "безопасных рамках", учитывая текущую реальность (скорость, массу самолета, траекторию полета и тд). Компьютеров, отвечающих за управление, на борту А320 целых семь:
- Компьютер ELAC (Elevator Aileron Computer) – для управления рулями высоты, стабилизатором и элеронами. Две штуки.
- Компьютер SEC (Spoilers Elevator Computer) – для управления спойлерами, резервного управления рулями высоты и стабилизатором. Три штуки.
- Компьютер FAC (Flight Augmentation Computer) – для электрического управления рулем направления. Две штуки.
Панели включения и выключения компьютеров находятся на потолочном пульте. Одна панель в левой части, другая – в правой:
Нормальное состояние - включенное (ни одно табло не горит). Зачем так много одинаковых? В самолете все системы дублируются для обеспечения безопасности полета.
Ну а на сегодня все. Мы стали на шаг ближе к самому соку, самой сладкой части самолета. Спасибо за внимание, уважаемый читатель:)
TechnoHubble: интересное из мира техники каждый день.
P.S.: Если есть конструктивная критика - просим в комменты. А если хотите отблагодарить - можете просто заглянуть в наш телеграмм, там тоже много всего интересного;)
Разбираем самолет по винтикам. Органы управления
Первая часть серии:
Разбираем самолет по винтикам
В этой части мы разберемся, что же заставляет самолет изменять траекторию полета. Поехали✈
В предыдущей части мы остановились на вопросе центровки самолета и при этом немного затронули вопрос направления самолета вверх/вниз:
Сзади на стабилизаторе имеются отклоняемые поверхности. Они называются рулем высоты. Потому что отклоняя их, мы можем изменять высоту полета. То-есть, изменяем силу на стабилизаторе и позволяем самолету наклониться вперед (лететь вниз) или задрать нос (лететь вверх).
Управление самолетом происходит в трех каналах:
- Канал Крена (крен влево/вправо);
- Канал Рысканья (поворот в плоскости крыла влево/вправо);
- Канал Тангажа (вверх/вниз):
Самолет изменяет траекторию движения с помощью отклонения органов управления:
- Для управления в канале Крена в основном используются Элероны. Но так же управлять самолетом в этом канале можно с помощью Интерцепторов и Флаперонов (Элерон и закрылок в одном флаконе).
- Управление в канале Тангажа осуществляется посредством Руля высоты.
- Управление в канале Рысканья происходит с помощью Руля направления.
Элерон
Схематично управление в канале Крена с помощью Элеронов выглядит так:
А так выглядит отклоненный вниз Элерон Airbus (правильно "Эйрбас") А-320:
Вот с другого ракурса, из салона самолета:
Инженеры стараются вынести Элероны как можно ближе к концу крыла и подальше от оси симметрии самолета, чтобы создать наибольший Момент силы (М=L*F, то-есть, сама сила, умноженная на расстояние от точки приложения силы до оси вращения) при меньшем отклонении и меньшей площади Элерона. Это позволяет снизить массу элерона: ведь при меньшей силе F (читай, меньшей нагрузке на Элерон), крепления Элерона к крылу будут легче и сам элерон меньше. А снижение массы - наиважнейшая задача инженеров в авиации. Ведь чем меньше масса конструкции, тем больше полезной нагрузки (груз, пассажиры и т.д.) можем взять на борт, а значит, увеличится выгода. Или же с меньшей массой мы потратим меньше топлива - вырастит экономичность - увеличится выгода.
Если кому-то нужна эта картинка без мазни и в хорошем качестве - вот она
Как мы видим, элероны отклоняются в разные стороны, чтобы силы F на каждом из них были противоположно направленны. Но откуда же вообще берется эта сила F при отклонении элерона? Оттуда же, откуда и подъемная сила (см. первую часть серии). Смотрим схему:
На схеме пунктирной линией показано распределение воздушной нагрузки (той самой "разности давлений сверху и снизу крыла" из первой части) по профилю крыла без отклоненного элерона, а сплошной - с отклоненным. То-есть, отклоняя элерон, мы сильно изменяем кривизну профиля крыла, от которой зависит подъемная сила. При отклонении элерона вниз (как на схеме) подъемная сила на этом участке крыла возрастает на величину силы F, а на отклоненном на противоположной половине крыла элероне вверх картина обратная - подъемная сила уменьшается на величину F. в итоге мы получаем разные значения подъемной силы на левой и правой половинах крыла. Разница между этими силами приводит систему к дисбалансу и самолет начинает крениться.
Получается интересная ситуация: чтобы накренить самолет, нужно создать разницу сил на левом и правом полукрыльях (их еще называют левой и правой консолями крыла. А крыло у самолета одно, если это не би-план или три-план, когда два или три крыла друг над другом). Но ведь разницу этих сил можно создать не только Элеронами!
Интерцептор
Интерцепторы - это поднятые вверх щитки на фото ниже:
У Интерцептора другой принцип работы. Для создания подъемной силы поток воздуха должен как-бы "облизывать" крыло, "обволакивать" его. А если мы в полете поднимем Интерцепторы, то поток сверху от крыла оторвется и подъемная сила на этом участке крыла упадет. Опять же появляется разница в величине подъемной силы на левом и правом полукрыльях: на левом подняли Интерцепторы - подъемная сила упала. А на правом не поднимали и там подъемная сила осталась прежней. Дисбаланс - самолет начинает крениться.
Но тут есть и огромный минус. Отрывая поток от крыла поднятием Интерцепторов, мы сильно увеличиваем сопротивление. Вот как это происходит:
За Интерцептором образуется завихрение с пониженным давлением, а перед ним, наоборот - набегающий поток создает зону повышенного давления. Разность этих давлений "тянет" самолет назад, как бы "засасывая". Поэтому Интерцепторы играют в основном вспомогательную функцию в плане управления в канале Крена на взлете и посадке.
Но вот при посадке, когда надо быстро затормозить, они очень важны. Во-первых, они создают сильное лобовое сопротивление. Во-вторых, они прижимают самолет к взлетно-посадочной полосе ( далее ВПП), что повышает эффективность тормозов, установленных на шасси. В-третьих, при поднятых Интерцепторах подъемная сила крыла сводится к минимуму, что исключает непреднамеренный отрыв от ВПП.
Флаперон
Флаперон действует по тому же принципу, что и элерон. Правда, отклонить мы его можем только вниз, ведь он еще играет и роль закрылка (о них позже, в посте про крыло. Довольно сложное устройство). Вот где он находится на крыле:
Опять же, отклоняя Флаперон, мы изменяем кривизну профиля крыла, что влияет на подъемную силу. Предположим, что мы отклонили Флаперон на левом полукрыле. Тогда там подъемная сила возрастет, а на правом - останется неизменной. Что, как мы уже выяснили, приведет к дисбалансу и накренит самолет вправо (левое полукрыло с отклоненным Флапероном пойдет вверх, а правое - вниз).
Вот видео, прекрасно демонстрирующее работу Флаперона и Интерцепторов на взлете (в начале немножко битое):
Руль высоты и Руль направления
Решено рассказать про два этих агрегата вместе, потому как принцип их работы один и тот же, что и у Элерона. Разница лишь в расположении на самолете.
По сути, это тоже отклоняемые поверхности: Руль высоты находится на Cтабилизаторе, а Руль направления - на Киле. При отклонении Руля высоты изменяется кривизна профиля Стабилизатора, а при отклонении Руля направления изменяется кривизна профиля Киля. Принцип работы руля высоты:
Принцип работы Руля направления:
Но у Руля направления есть подвох: при его отклонении самолет не только начинает вращаться в канале Рысканья, но и кренится. Дело в том, что руль направления находится выше оси вращения в канале Крена, а снизу его отклонение ничего не компенсирует. Вот и получается, что он создает момент сразу в двух каналах управления: Крена и Рысканья. Поэтому эго применяют в совокупности с органами управления в канале Крена, чтобы компенсировать этот момент.
Вот как выглядит Киль и отклоненный Руль направления на его задней кромке:
Работа Руля высоты и Руля направления при сильном порывистом ветре во время посадки во всей своей красе:
Как и Элероны, Руль направления и Руль высоты при отклонении создают Момент силы относительно оси вращения самолета, что приводит систему сил, действующих на самолет в дисбаланс и заставляет самолет вращаться или вокруг вертикальной оси (оси Рысканья), или вокруг оси, параллельной крылу (оси Тангажа):
А вот точка, в которой эти оси пересекаются - это Центр масс самолета. Его положение в течении полета постоянно меняется, как мы выяснили в первом посте серии.
Затронем систему управления
Давайте теперь разберемся, как пилот управляет всеми вышеописанными рулями (пока упрощенно).
Начнем с легкого: педали.
Кабина А320
При помощи педалей пилоты управляют Рулем направления в полете и поворотом самолета при рулежке (поворачивается передняя стойка шасси). При этом, педали не нажимаются, а двигаются вперед-назад.
За управление самолетом в канале Тангажа и канале Крена отвечают Сайдстики (находятся по левую и правую сторону от пилотов в кабине). Они пришли на замену штурвалам. При отклонении Сайдстика вперед-назад отклоняется Руль высоты, а при отклонении влево-вправо - Элероны. Красная кнопка (название - TAKE OVER) на Сайдстике в кабине А320 отвечает за приоритет управления. То-есть, нажав ее, пилот берет приоритет управления на себя, а сигналы, посылаемые с другого Сайдстика перестают учитываться. Сам Сайдстик:
Прекрасное видео про конструкцию Сайдстика:
Перед пилотами есть по световому табло SIDE STICK PRIORITY. Если командир нажал кнопку TAKE OVER, то перед ним загорится зеленое табло «CAPT», напоминающее, что управление у него. А на табло у второго пилота загорится красная стрелка, указывающая влево – на командира – на того, кто управляет. Если же второй пилот нажмет TAKE OVER, то перед ним на табло загорится зеленое F/O, а у командира – красная стрелка. Табло:
Управление от Сайдстика к Сайдстику передается тому, кто нажал TAKE OVER последним.
Если кнопку TAKE OVER держать нажатой более 40 секунд, то управление от соседнего сайдстика отключится совсем. Но лишь до тех пор, пока пораженный в правах пилот не нажмет на кнопку TAKE OVER и не выдержит ее свои 40 секунд – тогда способность к управлению восстановится.
Так же на Сайдстике есть кнопка в виде спускового крючка – RADIO – включает микрофон для голосовой передачи.
TechnoHubble: интересное из мира техники каждый день.
______________________________________________________________________________
К сожалению, не было времени подготовить ответы на вопросы из предыдущего поста, но это обязательно будет сделано! Возможно, для этого будет выпущен отдельный пост, так как материала в ответах, видимо, будет немало. Задавайте свои вопросы;)
Посты из этой серии будут выходить по понедельникам, утром.
Ну а на сегодня на этом все. Спасибо за внимание:)
Хорошо разбираетесь в звездах и юморе?
Тогда этот вызов для вас! Мы зашифровали звездных капитанов команд нового юмористического шоу, ваша задача — угадать, кто возглавил каждую из них.
Переходите по ссылке и проверьте свою юмористическую интуицию!
Ответ на пост «Аэродинамические испытания голубя»
Он был таков, очень бесстрашна
Лихо мчался на крыле
Он понял всё уже не важна..
И молча скрылся в тихой мгле..