Тұрақты шабу бұрышындағы, бірақ қанаттың көлбеу бұрышы өзгеретін ұшақ қозғалысы
Phugoid
Ұшақтың қалыпты шабу бұрышындағы қозғалысы – фугоид. Биіктік пен жылдамдық алмасу арқасында ұшақ көтеріліп, төмендейді. Ұшу динамикасының негізгі түрлерінің бірі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұшақ қозғалысы, шағылысу бұрышы тұрақты, бірақ көлбеу бұрышы өзгеретін. Авиацияда фугаид немесе фугоид (/'f//juː//ɡ//ɔɪ//d//audio=En us phugoid. oga/) – ұшақтың жоғары көтеріліп, содан кейін төмен түсіп, осы кезде жылдамдығы артуымен және азайтуымен бірге жүретін қозғалыс. Бұл ұшақтың негізгі ұшу динамикасы түрлерінің бірі (басқалары: қысқа мерзімді тербеліс, рульдің серпілісі, голландтық дөңгелек және спиральдық айырылу).
Aircraft motion involving constant angle of attack but varying pitch
In aviation, a phugoid or fugoid ('/f//juː//ɡ//ɔɪ//d//audio=En us phugoid. oga/) is an aircraft motion in which the vehicle pitches up and climbs, and then pitches down and descends, accompanied by speeding up and slowing down as it goes "downhill" and "uphill". This is one of the basic flight dynamics modes of an aircraft (others include short period, roll subsidence, dutch roll, and spiral divergence).
Толық сипаттамасы
Фугоидтың шабуыл бұрышы дерлік тұрақты, бірақ питч (қисайту) өзгереді, бұл әуе жылдамдығы мен биіктіктің қайта-қайта алмасуынан туындайды. Оны лифт синглеті (құыс, күрт бұрылудан кейін бастапқы қалпына оралу) тудыра алады, нәтижесінде круиздік жағдайдан безендірудің өзгеруізсіз питч көтеріледі. Жылдамдық төмендегенде, мұрын көкжиектің төмен жағына түседі. Жылдамдық артқанда, мұрын көкжиектің жоғарғы жағына көтеріледі. Кезеңдер жеңіл ұшақтар үшін 30 секундтан кем, ал үлкен ұшақтар үшін бірнеше минутқа созылуы мүмкін. Микрожеңіл ұшақтар әдетте 15–25 секундтық фугоид кезеңін көрсетеді, және құстар мен модельдік ұшақтар фугоид пен қысқа кезеңдік режимдер арасында конвергенцияны көрсетеді деген болжам бар. Фугоид кезеңінің классикалық моделі шамамен (0,85 есе жылдамдық, түйіндермен өлшенген) секундқа дейін қарапайымдатылуы мүмкін, бірақ бұл негізінен үлкен ұшақтар үшін ғана қолданылады. Фугоидтар көбінесе студент ұшқыштарға ұшақтың жылдамдық тұрақтылығының және дұрыс безендірудің маңыздылығын көрсету үшін демонстрацияланады. Ол пайда болғанда, ол ыңғайсыздық деп есептеледі, ал жеңіл ұшақтарда (әдетте қысқа кезеңдік) ол ұшқыштан туындаған тербеліске себеп болуы мүмкін. Орташа амплитудада фугоид шабуыл бұрышы тұрақты болып қалады, бірақ іс жүзінде шабуыл бұрышы бірнеше ондық градусқа өзгереді. Бұл тоқтатудың шабуыл бұрышы ешқашан асырмайтынын және (циклдің <1g бөлімінде) белгілі тоқтату жылдамдығынан төмен жылдамдықпен ұшуға болады дегенді білдіреді. Жақсырақ тұрақтандырылмаған еркін ұшу модельдері әдетте тоқтап қалады немесе иіліп, айналады, бұл итеру күшіне байланысты. Тұрақсыз немесе дивергентті фугоид негізінен қанат пен құйрықтың шабуыл бұрыштары арасындағы үлкен айырмашылықтан туындайды. Тұрақты, төмендеу фугоидты ұзын құйрықта кіші тұрақтандырғыш орнату арқылы немесе питч пен еңіс "статикалық" тұрақтылығының есебінен ауырлық орталығын артқа жылжыту арқылы қол жеткізуге болады. Аэродинамикалық жағынан тиімді ұшақтар әдетте төмен фугоид демпферлеуіне ие. "Фугоид" терминін алғаш рет британдық аэродинамик Фредерик Ланчестер қолданған, ол бұл құбылысты сипаттаған. Ол сөзді грек тіліндегі φυγή және εἶδος сөздерінен "ұшу сияқты" деген мағынада шығарған, бірақ φυγή сөзінің көлік ұшуынан гөрі "қашу" (мысалы, "қашқын" сөзіндегідей) мағынасында ұшуды білдіретінін мойындағандықтан, бұл туындының сәйкессіздігін атап өткен.
The phugoid has a nearly constant angle of attack but varying pitch, caused by a repeated exchange of airspeed and altitude. It can be excited by an elevator singlet (a short, sharp deflection followed by a return to the centered position) resulting in a pitch increase with no change in trim from the cruise condition. As speed decays, the nose drops below the horizon. Speed increases, and the nose climbs above the horizon. Periods can vary from under 30 seconds for light aircraft to minutes for larger aircraft. Microlight aircraft typically show a phugoid period of 15–25 seconds, and it has been suggested that birds and model airplanes show convergence between the phugoid and short period modes. A classical model for the phugoid period can be simplified to about (0.85 times the speed in knots) seconds, but this only really works for larger aircraft. Phugoids are often demonstrated to student pilots as an example of the speed stability of the aircraft and the importance of proper trimming. When it occurs, it is considered a nuisance, and in lighter airplanes (typically showing a shorter period) it can be a cause of pilot induced oscillation. The phugoid, for moderate amplitude, occurs at an effectively constant angle of attack, although in practice the angle of attack actually varies by a few tenths of a degree. This means that the stalling angle of attack is never exceeded, and it is possible (in the <1g section of the cycle) to fly at speeds below the known stalling speed. Free flight models with badly unstable phugoid typically stall or loop, depending on thrust. An unstable or divergent phugoid is caused, mainly, by a large difference between the incidence angles of the wing and tail. A stable, decreasing phugoid can be attained by building a smaller stabilizer on a longer tail, or, at the expense of pitch and yaw "static" stability, by shifting the center of gravity to the rear. Aerodynamically efficient aircraft typically have low phugoid damping. The term "phugoid" was coined by Frederick W. Lanchester, the British aerodynamicist who first characterized the phenomenon. He derived the word from the Greek words φυγή and εἶδος to mean "flight like" but recognized the diminished appropriateness of the derivation given that φυγή meant flight in the sense of "escape" (as in the word "fugitive") rather than vehicle flight.
Авиациялық апаттар
1972 жылы Aero Transporti Italiani Fokker F 27 Friendship, Рим-Фиумичинодан Фоггияға бағытталған рейсі 13 500 фут биіктікке көтерілген кезде, жергілікті найзағайлы ауа райы нашар болған аймаққа кірді. 15 000 футқа жақын биіктікте ұшақ кенеттен 1200 фут биіктік жоғалтып, жылдамдығы төмендеді. Ұшақта фугаидтық тербелістер пайда болды, одан пилоттар құтыла алмады. Ұшақ 340 түйін жылдамдықпен жерге құлап, үш экипаж мүшесі мен барлық 15 жолаушысы қаза тапты. 1975 жылғы Тан Сон Нхут C 5 апатында, артқы жүк/қысым есігінің бұзылуынан зақымдалған басқару жүйесі бар USAF C 5 68 0218, экипаж базаға оралуға тырысқанда фугаидтық тербелістерге ұшырап, әуежайға жақын күріш даласына құлады. Борттағы 328 адамның 153-і қаза тапты, бұл АҚШ әскери ұшағының қатысқан ең ірі апаты болды. 1985 жылы Japan Airlines 123 рейсі тік стабилизаторы артқы қысым бөлігінің ақаулығынан жарылып, барлық гидравликалық басқаруын жоғалтты және фугаидтық қозғалысқа түсті. Экипаж қозғалтқыш қуатын пайдаланып ұшу деңгейін сақтап тұруға тырысса да, ұшақ Токионың солтүстік-батысындағы таулы аймақтан өте келе биіктігін жоғалтып, Такамагахара тауына құлады. 520 адамның қаза болуымен бұл апат тарихтағы ең ірі әуе апаты болып қалады. 1989 жылы United Airlines 232 рейсінің #2 (құйрық) қозғалтқышы толығымен істен шығып, гидравликалық жүйенің толыққанды жұмысын тоқтатты. Экипаж ұшақты тек газ педалі арқылы басқарды. Фугаидтық бейімділікті басу өте қиын болды. Ұшқыштар Сиу Гейтвей әуежайына жетті, бірақ қонуға тырысқанда апатқа ұшырады. Төрт экипаж мүшесінің барлығы (оның ішінде жолаушы ретінде ұшуға көмектескен DC 10 капитаны) және көптеген жолаушылар аман қалды. Барлық гидравликалық жүйесінен айырылып, фугаидты сезінген тағы бір ұшақ – 2003 жылы Бағдадтағы DHL ұшағы, ирактық жауынгерлерден жер-әуе зымыранының шабуылына ұшырады. Бұл әуе көлігін тек қозғалтқыш қуатын реттеу арқылы қауіпсіз қондырудың алғашқы жағдайы болды. 2003 жылы күн энергиясымен жұмыс істейтін Helios ұшағының апатына дұрыс диагноз қойылмаған фугаидтық тербеліске реакция жасау себеп болды, нәтижесінде ұшақ құрылымы жобалық жүктемеден асып кетті. 2009 жылдың 15 қаңтарында Гудзон өзеніне құлаған US Airways 1549 рейсінің капитаны Чесли "Салли" Салленбергер Google сөйлесуінде Airbus A320 214 ұшағына орнатылған фугаидқа қарсы бағдарламалық қамтамасыз ету, суға соқтығысу алдындағы төрт секунд ішінде максималды көтерілуді қолмен жасауына кедергі келтірмесе, қону азырақ күшті болуы мүмкін екенін айтты.
In 1972, an Aero Transporti Italiani Fokker F 27 Friendship, en route from Rome Fiumicino to Foggia, climbing through 13,500 feet, entered an area of poor weather with local thunderstorm activity. At almost 15,000 feet the aircraft suddenly lost 1200 feet of altitude and its speed dropped. It developed phugoid oscillations from which the pilots could not recover. The aircraft struck the ground at a speed of 340 knots, causing the death of the three crew members and all fifteen passengers. In the 1975 Tan Son Nhut C 5 accident, USAF C 5 68 0218 with flight controls damaged by failure of the rear cargo/pressure door, encountered phugoid oscillations while the crew was attempting a return to base, and crash landed in a rice paddy adjacent to the airport. Of the 328 people on board, 153 died, making it the deadliest accident involving a US military aircraft. In 1985, Japan Airlines Flight 123 lost all hydraulic controls after its vertical stabiliser blew off due to an aft pressure bulkhead failure, and went into phugoid motion. While the crew were able to maintain near level flight through the use of engine power, the plane lost height over a mountain range northwest of Tokyo before crashing into Mount Takamagahara. With 520 deaths, it remains the deadliest single aircraft disaster in history. In 1989, United Airlines Flight 232 suffered an uncontained engine failure in the #2 (tail) engine, which caused total hydraulic system failure. The crew flew the aircraft with throttle only. Suppressing the phugoid tendency was particularly difficult. The pilots reached Sioux Gateway Airport but crashed during the landing attempt. All four cockpit crewmembers (one an assisting DC 10 captain on the flight as a passenger) and a majority of the passengers survived. Another aircraft that lost all hydraulics and experienced phugoid was a DHL operated Airbus A300B4 that was hit by a surface to air missile fired by Iraqi militants in the 2003 Baghdad DHL attempted shootdown incident. This was the first time that a crew landed an air transport aircraft safely by only adjusting engine thrust. The 2003 crash of the Helios solar powered aircraft was precipitated by reacting to an inappropriately diagnosed phugoid oscillation that ultimately made the aircraft structure exceed design loads. Chesley "Sully" Sullenberger, Captain of US Airways Flight 1549 that ditched in the Hudson River on January 15, 2009, said in a Google talk that the landing could have been less violent had the anti phugoid software installed on the Airbus A320 214 not prevented him from manually getting maximum lift during the four seconds before water impact.