Minimalne prędkości sterowania
Minimalna prędkość sterowania ( V MC ) wielosilnikowego statku powietrznego (w szczególności samolotu ) to prędkość V , która określa skalibrowaną prędkość lotu , poniżej której nie można już utrzymać kierunkowego lub bocznego sterowania statkiem powietrznym po awarii jednego lub więcej silników. V MC ma zastosowanie tylko wtedy, gdy przynajmniej jeden silnik nadal działa i będzie zależeć od etapu lotu. Rzeczywiście, wiele V MC s należy obliczyć dla lądowania, podróży lotniczych i naziemnych, a jeszcze więcej dla samolotów z czterema lub więcej silnikami. Wszystkie one są zawarte w instrukcji użytkowania w locie dla wszystkich samolotów wielosilnikowych . Kiedy inżynierowie projektanci dobierają wymiary pionowego ogona i powierzchni sterowych samolotu , muszą wziąć pod uwagę wpływ, jaki będzie to miało na minimalne prędkości sterowania samolotu.
Minimalne prędkości sterowania są zwykle ustalane podczas prób w locie w ramach procesu certyfikacji statku powietrznego. Stanowią one przewodnik dla pilota w zakresie bezpiecznej eksploatacji statku powietrznego.
Opis fizyczny
Kiedy silnik samolotu wielosilnikowego ulegnie awarii, rozkład ciągu w samolocie staje się asymetryczny , co powoduje moment odchylający w kierunku uszkodzonego silnika. Rozwija się ślizg boczny , powodując znaczny wzrost całkowitego oporu samolotu, co skutkuje spadkiem prędkości wznoszenia samolotu . Ster kierunku i do pewnego stopnia lotki poprzez wykorzystanie kąta przechylenia są jedynymi aerodynamicznymi elementami sterującymi dostępnymi dla pilota, aby przeciwdziałać asymetrycznemu momentowi odchylającemu ciąg [ potrzebne źródło ] .
Im wyższa prędkość samolotu, tym łatwiej przeciwdziałać momentowi odchylającemu za pomocą elementów sterujących samolotu. Minimalna prędkość sterowania to prędkość lotu, poniżej której siła, jaką ster lub lotki mogą wywierać na statek powietrzny, nie jest wystarczająco duża, aby przeciwdziałać asymetrycznemu ciągowi przy maksymalnym ustawieniu mocy. Powyżej tej prędkości powinno być możliwe utrzymanie sterowności statku powietrznego i utrzymanie lotu po prostej z asymetrycznym ciągiem.
Utrata mocy silnika w samolotach ze śmigłem montowanym na skrzydłach i dmuchanych samolotach wpływa na rozkład siły nośnej na skrzydle, powodując przechylenie w kierunku niedziałającego silnika. W niektórych samolotach uprawnienia do przechyłu są bardziej ograniczające niż uprawnienia steru przy określaniu V MC s.
Certyfikacja i warianty
Przepisy lotnicze (takie jak FAR i EASA ) definiują kilka różnych V MC i wymagają od inżynierów projektujących wymiarowania pionowego ogona i aerodynamicznych elementów sterujących samolotu, aby były zgodne z tymi przepisami. Minimalna prędkość sterowania w powietrzu (V MCA ) jest najważniejszą minimalną prędkością sterowania samolotu wielosilnikowego, dlatego V MCA jest po prostu wymieniana jako V MC w wielu przepisach lotniczych i instrukcjach użytkowania w locie statku powietrznego . Na wskaźniku prędkości dwusilnikowego statku powietrznego o masie poniżej 6000 funtów (2722 kg), V MCA jest oznaczony czerwoną promienistą linią, zgodnie z normą FAR 23 .
Większość szkół pilotów testowych używa wielu, bardziej szczegółowych minimalnych prędkości sterowania, ponieważ V MC będzie się zmieniać w zależności od etapu lotu. Inne zdefiniowane VMC obejmują minimalną prędkość sterowaną na ziemi ( VMCG ) oraz minimalną prędkość sterowaną podczas podejścia i lądowania (VMCL ) . Ponadto, w przypadku statków powietrznych z czterema lub więcej silnikami, V MC istnieją dla przypadków, w których jeden lub dwa silniki nie działają na tym samym skrzydle. Rysunek 1 ilustruje V MC zdefiniowane w odpowiednich przepisach dotyczących lotnictwa cywilnego oraz w specyfikacjach wojskowych.
Minimalna prędkość sterowania w powietrzu
Pionowy ogon lub statecznik pionowy w wielosilnikowym statku powietrznym odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu kontroli kierunkowej, gdy silnik zawodzi lub nie działa. Im większy ogon, tym bardziej będzie w stanie zapewnić wymaganą siłę, aby przeciwdziałać asymetrycznemu momentowi odchylającemu ciąg. Oznacza to, że im mniejszy ogon, tym wyższy będzie V MCA . Jednak większy ogon jest bardziej kosztowny i trudniejszy do dostosowania, a także wiąże się z innymi problemami aerodynamicznymi, takimi jak zwiększona częstość występowania strumieni aerodynamicznych . Inżynierowie projektujący usterzenie pionowe muszą podjąć decyzję na podstawie, między innymi, swojego budżetu, masy samolotu i maksymalnego kąta przechylenia wynoszącego 5° (z dala od niedziałającego silnika), jak stwierdził FAR .
V MCA służy również do obliczania minimalnej bezpiecznej prędkości startowej . Wysokie V MCA skutkuje zatem wyższymi prędkościami startowymi, a zatem wymagane są dłuższe pasy startowe, co jest niepożądane dla operatorów lotnisk.
Czynniki wpływające na minimalną prędkość sterowania
Każdy czynnik, który ma wpływ na równowagę sił oraz na momenty odchylania i toczenia po awarii silnika, może również wpływać na VMC . Kiedy projektowany jest pionowy ogon i mierzony jest V MCA , brany jest pod uwagę najgorszy scenariusz dla wszystkich czynników. Gwarantuje to, że V MC opublikowane w AFM są gwarantowane jako bezpieczne.
Cięższe samoloty są bardziej stabilne i bardziej odporne na momenty odchylające, a zatem mają niższe V MCA . Podłużny środek ciężkości ma również wpływ na V MCA : im dalej od ogona, tym mniejsza minimalna prędkość sterowania, ponieważ ster będzie w stanie zapewnić większy moment odchylający, a więc łatwiej przeciwdziałać nierównowadze pchnięcie. boczne _ Wpływ ma również środek ciężkości: im bliżej niedziałającego silnika, tym większy moment pracującego silnika, a więc tym większą siłę musi przyłożyć ster. Oznacza to, że jeśli boczny środek ciężkości przesunie się w kierunku niedziałającego silnika, V MCA samolotu wzrośnie. Ciąg większości silników zależy od wysokości i temperatury; rosnąca wysokość i wyższe temperatury zmniejszają ciąg. Oznacza to, że jeśli temperatura powietrza jest wyższa, a samolot znajduje się na większej wysokości, to siła pracującego silnika będzie mniejsza, ster będzie musiał dostarczać mniejszą siłę przeciwdziałającą, a więc V MCA będzie niższy. Kąt przechylenia wpływa również na minimalną prędkość sterowania. Niewielki kąt przechylenia z dala od niepracującego silnika jest wymagany dla uzyskania najmniejszego możliwego ślizgu bocznego, a tym samym niższego V MCA . Wreszcie, jeśli współczynnik P pracującego silnika wzrasta, wówczas zwiększa się jego moment odchylający, w wyniku czego zwiększa się V MCA samolotu .
Inne minimalne prędkości sterowania
Samoloty z większą liczbą silników
Samoloty z czterema lub więcej silnikami mają nie tylko V MCA (często nazywane w takich okolicznościach V MCA1 ), gdy sam silnik krytyczny nie działa, ale także V MCA2 , które ma zastosowanie, gdy silnik znajduje się na pokładzie silnika krytycznego na tym samym skrzydle , również jest nieczynny. Przepisy lotnictwa cywilnego (FAR, CS i równoważne) nie wymagają już określania V MCA2 , chociaż nadal jest to wymagane w przypadku samolotów wojskowych z czterema lub więcej silnikami. W samolotach turboodrzutowych i turbowentylatorowych silniki zaburtowe są zwykle równie krytyczne. Trzysilnikowe samoloty, takie jak MD-11 i BN-2 Trislander nie mają V MCA2 ; uszkodzony silnik linii środkowej nie ma wpływu na V MC .
Kiedy dwa przeciwstawne silniki samolotu z czterema lub więcej silnikami nie działają, nie ma asymetrii ciągu, stąd nie ma wymogu steru do utrzymania stałego lotu po prostej; V MCA nie odgrywają żadnej roli. Może być mniej dostępnej mocy, aby ogólnie utrzymać lot, ale minimalne bezpieczne prędkości sterowania pozostają takie same, jak w przypadku samolotu latającego z 50% ciągu na wszystkich czterech silnikach.
Awaria pojedynczego silnika stacjonarnego z zestawu czterech ma znacznie mniejszy wpływ na sterowność. Dzieje się tak, ponieważ silnik stacjonarny znajduje się bliżej środka ciężkości samolotu, więc brak momentu odchylającego jest zmniejszony. W tej sytuacji, jeżeli prędkość jest utrzymywana na poziomie lub powyżej opublikowanej V MCA , określonej dla silnika krytycznego, można utrzymać bezpieczną kontrolę.
Grunt
Jeśli silnik ulegnie awarii podczas kołowania lub startu , moment odchylający ciąg zmusi samolot do przechylenia się na bok na pasie startowym. Jeśli prędkość lotu nie jest wystarczająco wysoka, a co za tym idzie, siła boczna generowana przez ster nie jest wystarczająco duża, samolot zboczy z linii środkowej pasa startowego, a nawet może zboczyć z pasa startowego. Prędkość lotu, przy której statek powietrzny po awarii silnika odchyla się o 9,1 m od osi drogi startowej, pomimo użycia maksymalnego steru kierunku, ale bez użycia przedniego koła sterowego, jest minimalną prędkością sterowaną na ziemi (V MCG ) .
Podejście i lądowanie
Minimalna prędkość sterowania podczas podejścia i lądowania (V MCL ) jest podobna do V MCA , ale konfiguracja samolotu jest konfiguracją do lądowania. V MCL jest zdefiniowany zarówno dla części 23 <FAR 23.149 (c)>, jak i części 25 statku powietrznego w przepisach lotnictwa cywilnego. Jednakże, gdy dla odejścia na drugi krąg zostanie wybrany maksymalny ciąg , klapy zostaną uniesione z pozycji do lądowania, a V MCL już nie będzie obowiązywać, ale V MCA tak.
Bezpieczna prędkość jednosilnikowa
Ze względu na nieodłączne ryzyko działania na poziomie V MCA lub blisko niego z asymetrycznym ciągiem oraz chęć symulowania i ćwiczenia tych manewrów w szkoleniu i certyfikacji pilotów można zdefiniować V SSE . Bezpieczna prędkość jednego silnika V SSE to minimalna prędkość, przy której silnik krytyczny jest celowo wyłączany z pracy, ustalona i wyznaczona przez producenta jako bezpieczna, zamierzona prędkość jednego silnika niepracującego. Ta prędkość jest wybierana, aby zmniejszyć ryzyko wypadku w wyniku utraty kontroli z powodu symulowanych awarii silnika przy nadmiernie małej prędkości.