Критический двигатель из нескольких двигателей самолетов является двигателем , который, в случае выхода из строя, будет самым отрицательно влиять на производительность или обработку способности воздушного судна. На винтовых самолетах существует разница в оставшихся моментах рыскания после отказа левого или правого (подвесного) двигателя, когда все винты вращаются в одном направлении из-за P-фактора . На двухмоторных самолетах с ТРД и ТРД обычно нет разницы между моментами рыскания после выхода из строя левого или правого двигателя в безветренную погоду.
Описание
Когда один из двигателей типичного многомоторного летательного аппарата выходит из строя, возникает дисбаланс тяги между работающей и неработающей сторонами летательного аппарата. Этот дисбаланс тяги вызывает несколько отрицательных эффектов в дополнение к потере тяги одного двигателя. Инженер-проектировщик отвечает за определение размера вертикального стабилизатора, который будет соответствовать нормативным требованиям к управлению и работе самолета после отказа двигателя, например, установленным Федеральным авиационным управлением и Европейским агентством авиационной безопасности . [1] [2] Летчик-испытатель и инженер-летчик определяют, какой из двигателей является критическим двигателем во время испытаний.
Факторы, влияющие на критичность двигателя
Асимметричный рыскание
Когда один двигатель выходит из строя, возникает рыскающий момент, который прикладывает к летательному аппарату вращающую силу, которая стремится повернуть его к крылу, на котором установлен отказавший двигатель. Момент качения может развиться из-за асимметрии подъемной силы в каждом крыле с большей подъемной силой, создаваемой крылом с работающим двигателем. Моменты рыскания и крена создают вращательные силы, которые имеют тенденцию к рысканию и крену самолета к вышедшему из строя двигателю. Этой тенденции противодействует использование пилотом органов управления полетом , включая руль направления и элероны. Из-за P-фактора правый винт, вращающийся по часовой стрелке на правом крыле, обычно развивает свой результирующий вектор тяги на большем боковом расстоянии от центра тяжести самолета, чем левый винт, вращающийся по часовой стрелке (Рисунок 1). Выход из строя левого двигателя приведет к увеличению момента рыскания работающего правого двигателя, а не наоборот. Поскольку работающий правый двигатель создает больший момент рыскания, пилоту необходимо будет использовать большие отклонения органов управления полетом или более высокую скорость, чтобы сохранить контроль над самолетом. Таким образом, отказ левого двигателя имеет большее влияние, чем отказ правого двигателя, и левый двигатель называется критическим двигателем. На самолетах с винтами, вращающимися против часовой стрелки, таких как de Havilland Dove , критически важным двигателем будет правый двигатель.
Большинство летательных аппаратов с воздушными винтами, вращающимися в противоположных направлениях , не имеют критического двигателя, определяемого вышеуказанным механизмом, потому что два гребных винта вращаются внутрь от вершины дуги; оба двигателя критичны. Некоторые самолеты, такие как Lockheed P-38 Lightning , специально имеют пропеллеры, которые вращаются наружу от вершины дуги, чтобы уменьшить турбулентность нисходящего воздуха, известную как поток вниз, на центральном горизонтальном стабилизаторе, что упрощает ведение огня из оружия. самолет. Оба этих двигателя важны, но более важны, чем пропеллеры, вращающиеся внутрь. [3]
Самолет с воздушными винтами в двухтактной конфигурации , такой как Cessna 337 , может иметь критический двигатель, если отказ одного двигателя оказывает большее негативное влияние на управление воздушным судном или характеристики набора высоты, чем отказ другого двигателя. Отказ критически важного двигателя в самолете с воздушными винтами в двухтактной конфигурации обычно не создает больших моментов рыскания или качения.
Влияние критического двигателя на минимальную контрольную скорость
Стандарты и сертификаты, определяющие летную годность, требуют, чтобы производитель определил минимальную контрольную скорость (V MC ), 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 контрольные скорости (V MC s) самолета измеряются, когда критический двигатель выходит из строя или не работает, поэтому влияние отказа критического двигателя включается в опубликованные V MC s. Когда какой-либо из других двигателей выходит из строя или не работает, фактический V MC, который пилот испытывает в полете, будет немного ниже, что безопаснее, но это различие не задокументировано в руководстве. Критический двигатель - один из факторов, влияющих на V MC самолета. Опубликованные V MC безопасны независимо от того, какой двигатель вышел из строя или не работает, и пилотам не нужно знать, какой двигатель важен для безопасного полета. Критический двигатель определен в авиационных правилах с целью проектирования хвостового оперения, а летчиками- экспериментаторами - для измерения V MC s в полете. Другие факторы, такие как угол крена и тяга, имеют гораздо большее влияние на V MC, чем разница между критическим и некритическим двигателем.
Airbus А400М имеет нетипичную конструкцию, так как он вращающихся в противоположных направлениях воздушных винтов на обоих крыльев. Пропеллеры на крыле вращаются в противоположных направлениях друг к другу: пропеллеры вращаются от вершины дуги вниз друг к другу. Если оба двигателя на крыле работают, смещение вектора тяги с увеличением угла атаки всегда происходит в сторону другого двигателя на том же крыле. Эффект состоит в том, что результирующий вектор тяги обоих двигателей на одном крыле не смещается при увеличении угла атаки самолета, пока работают оба двигателя. Общий P-фактор отсутствует, и отказ любого подвесного двигателя (например, двигателей 1 или 4) не приведет к разнице в величине оставшихся моментов рыскания тяги с увеличением угла атаки, только в направлении влево или вправо. Скорость минимального управления во время взлета ( V MC ) и во время полета ( V MCA ) после отказа либо одного из подвесных двигателей будет таким же , если повышение систем , которые могут потребоваться для управления самолетом установлены только на одном из подвесных двигателей . Оба подвесных двигателя будут иметь решающее значение.
Если выходит из строя подвесной двигатель, такой как двигатель 1, показанный на рисунке 2, моментное плечо вектора остаточной тяги на этом крыле перемещается из промежутка между двигателями к немного за пределы оставшегося внутреннего двигателя. Сам вектор составляет 50% противоположного вектора тяги. Результирующий момент рыскания тяги в этом случае намного меньше, чем при обычном вращении воздушного винта. Максимальный момент рыскания руля направления для противодействия асимметричной 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 силовой установки. В противном случае отказ системы флюгирования подвесного двигателя приведет к увеличению лобового сопротивления винта, что, в свою очередь, значительно увеличивает рыскающий момент тяги, тем самым увеличивая фактическое значение V MC (A) . Управляемая мощность, создаваемая одним лишь маленьким вертикальным оперением и рулем направления, мала из-за небольшой конструкции. Только быстрое снижение тяги встречного двигателя или увеличение скорости полета может восстановить требуемую мощность управления для поддержания прямого полета после отказа системы оперения. Разработка и утверждение системы оперения для этого самолета является сложной задачей для инженеров-конструкторов и сертификационных органов.
На самолетах с очень мощными двигателями проблема асимметричной тяги решается за счет применения автоматической компенсации асимметрии тяги, но это имеет последствия для взлетных характеристик.
Устранение
Рутан бумеранг является асимметричным самолетом разработан с двигателями с немного разными выходами мощности для производства самолета , что исключает опасность асимметричной тяги в случае отказа какого - либо из его двух двигателей. [ необходима цитата ]
Рекомендации
- ^ a b Федеральное управление гражданской авиации США. «Федеральные авиационные правила (ФАП)» . Раздел 14, часть 23 и часть 25, § 149 . Архивировано из оригинала на 2012-09-22 . Проверено 28 октября 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ а б Европейское агентство по авиационной безопасности. «Спецификации сертификации (CS)» . CS-23 и CS-25, § 149 . Проверено 28 октября 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Гарнизон, Питер (февраль 2005 г.). «P-фактор, крутящий момент и критический двигатель» . Летающий . 132 (2): 99. ISSN 0015-4806 .
Внешние ссылки
- Интерактивный инструктор по техническому обслуживанию двигателя в Университете Северной Дакоты