Висотні кіоски - наскільки добре ви їх розумієте Статті про безпеку повітряного транспорту від Шема

Висотні кіоски - наскільки добре ви їх розумієте?

Капітан Шем Мальмвіст

Подяки

Почесний поштовх для цієї статті слід віддати моєму другу, аеродинаміку Клайву Лейману, який ініціював дискусію з цих питань. Він надав технічні основи, включаючи виправлення та уточнення частин цієї статті. Частини цієї статті засновані на статті, написаній Клайвом Лейманом, яка була переглянута за необхідністю для більш загальної пілотної аудиторії.

Кіоски та сучасні конструкції крил

Після аварії Air France 447 було багато написано про кіоски літаків, підготовку пілотів та подібні аспекти. У попередній статті я виклав деякі когнітивні аспекти, які, ймовірно, були пов'язані з аварією. Багато пілотів дивувались, чому екіпаж Air France не впізнав сам кіоск. У цій статті я розгляну деякі аеродинамічні ефекти, пов'язані з висотними кіосками, що може зробити проблему набагато складнішою, ніж може підозрювати багато пілотів.

Сучасні крила авіалайнера були розроблені для мінімізації опору при проектній крейсерській кількості Маха. Аеродинамічна конструкція крила базується на необхідності зменшення хвильового опору та індукованого опору, і може бути модифікована для зменшення моментів і ваги крила крила. Ці компроміси означають, що те, як повітря починає відокремлюватися, коли кут атаки наближається до стійла, і те, які сили генеруються при цьому, може суттєво відрізнятися від того, що очікує більшість пілотів.

Як зазначено на малюнку нижче, на типовому крилі авіалайнера повітря почне відокремлювати приблизно 2/3 частини шляху від кореня до кінчика. Він починається з кормової частини, тому в передній частині крила все ще розвивається нормальний підйом. Це призводить до м’якого нахилу.

Зі збільшенням кута атаки сепарація рухатиметься вперед і впоперек розмаху крил, але ці сепарації все ще перебувають за кормою КГ, тому літак буде продовжувати плавно нахилятись. Тільки після внутрішньої частини стійлових крил буде взагалі будь-який крок вниз, але насправді це, швидше за все, просто виглядатиме як припинення кроку вгору.

Сучасні крила спроектовані як «надкритичні», це означає, що вони спроектовані таким чином, що під час нормального круїзу по значній частині верхньої поверхні крила повітряний потік є надзвуковим, уповільнюючись через ударну хвилю, що лежить приблизно від двох третіх до трьох чвертей хорди крила. Саме через цю ударну хвилю, швидше за все, розпочнеться початкове відокремлення повітряного потоку, і це біля заднього краю крила. Це сприймається як фуршет. Крім того, частина підйому створюється позитивним тиском на нижню поверхню біля задньої кромки. Це має наслідком збільшення підйомної сили на крилі зі збільшеним кутом атаки протягом деякого часу після того, як потік повітря на верхній поверхні починає погіршуватися.

Досвід більшості пілотів у початковій підготовці дещо інший. У більшості тренувальних літаків під час зупинки поділ повітряного потоку призводить до втрати підйомної сили на початку процесу. Оскільки потік повітря продовжує погіршуватися, настає момент, коли є досить значний крок донизу, відомий як "розрив стійла", що поєднується з одночасною значною втратою підйому. Шведський стіл є значним і дуже очевидним.

На відміну від цього, сучасне крило авіалайнера все одно побачить, як підйомник дещо збільшується після того, як відбувся фуршет перед стійлами. Це може збігатися або не збігатися з AoA, при якому спрацьовує попередження про стійло, з вибором тієї точки, яку залишає дизайнер. Поза цим буфетом перед стійлом підйомник продовжує зростати дуже повільно (від потоку нижньої поверхні), але фуршет постійно погіршується. У певний момент відбувається зміна характеру буфету (величина і частота), що супроводжується втратою підйому. У сукупності вони можуть визначати "стійло", але важко визначити точну точку без використання інструментальних засобів. Це зовсім не схоже ні на що, що зустрічалося на тренуваннях.

Слово про високошвидкісний фуршет

На додаток до низькошвидкісного буфету, пов'язаного зі стійлою, багато пілотів також читали або навчали, що літак буде мати "швидкісний" шведський стіл, якщо він летить вище максимальних швидкостей машини. Не виключено, що деякі пілоти можуть бути стурбовані опусканням носа, оскільки вони можуть повірити, що потрапляють у «кут труни», і втратять контроль над літаком. Насправді, хоча це було фактором на ранніх реактивних перевезеннях, це, як правило, більше не стосується сучасних конструкцій через аеродинамічні вдосконалення. Зі звіту про аварію для Air France 447, сторінка 42-43:

Пілоти вважають, що перевищення швидкості в польоті становить серйозний ризик. Це сприйняття ризику має низку витоків:

? Навчання теорії польотів (особливо під час ATPL):

- небезпека "ударного стійла" розглядається нарівні з більш класичним "низькошвидкісним" стійлом;

-представлені небезпеки, пов'язані з високою швидкістю (наприклад, початок тріпотіння або ефект підтягування (2)), хоча сучасні літаки, як правило, більше не страждають від цих характеристик, які дійсно можуть бути небезпечними для деяких літаків давнішої конструкції;

? - VMO/MMO відповідає важливому обмеженню кривих продуктивності та обмежень для пілотів авіакомпанії; хоча "класичний" кіоск сприймається як досить відомий, і його відчувають пілоти (принаймні під час початкової підготовки), екскурсії значно вище VMO/MMO не демонструються під час навчання.

Потрібна була б дуже велика екскурсія вище Mmo до негативних наслідків, і більшість таких наслідків були б проблемами з тріпотінням або шарнірними моментами з великими вхідними даними управління. Будь-який досвідчений фуршет майже напевно буде обумовлений попередньо стійловим або стійловим фуршетом. Крім того, високошвидкісний "шведський стіл" буде відчувати себе інакше (див. Обговорення нижче), ймовірно, більш висока частота і рідше підбурює природну частоту літака.

Ідентифікація стійла

Правила JAR (див. Додаток) та FAR визначають це; прийнятними ознаками стійла є -

Нахил носа вниз, який неможливо легко затримати і який може супроводжуватися рухомим рухом, який неможливо контролювати відразу (за умови, що рухомий рух відповідає JAR 25.203 (b) або (c), відповідно; або
Важкий баффінг величини та серйозності, оскільки існує сильний та ефективний стримуючий фактор для подальшого зниження швидкості; або
Тільки у випадку з динамічними стійлами, значний перехід у поворот або з нього, який не можна відразу контролювати.

Як раніше було описано на багатьох сучасних конструкціях крил, поділ повітряного потоку буде повільно поширюватися назовні та вперед від початкової точки. Це означає, що будь-які зміни кроку або нахилу наближається стійла можуть відбуватися протягом відносно тривалого періоду часу (залежно від швидкості збільшення AoA), і немає раптових ознак. Це може дещо замаскувати наближається стійло, яке потім можна визначити лише за суворими критеріями буфетування. Це ще більше ускладнює те, що початковий буфетинг можна прийняти за турбулентність, як це виявилося в інших подіях, описаних у моїй статті про когнітивні упередження. Можливо, що дія гірської хвилі або турбулентність може спричинити попередження про стійло і, можливо, навіть буфет перед стійлом на великій висоті, хоча навряд чи це може призвести до фактичного зриву.