Қозғалтқыштың істен шығуы ұшақтың қауіпсіздігіне қалай әсер етеді
Critical engine
Қозғалтқыштардың ішіндегі ең маңыздысы – бұзылғанда ұшақтың қауіпсіздігіне ең көп зиян келтіретіні. Жақсырақ басқару үшін қозғалтқыштарды таңдау керек.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көп моторлы тұрақты қанатты ұшақтың ең маңызды қозғалтқышы – бұл, егер істен шықса, ұшақтың жұмысына немесе басқаруына ең үлкен зиян тигізетін қозғалтқыш. Винтті ұшақтарда, барлық винттер бір бағытта айналғанда, P факторының салдарынан сол немесе оң (сыртқы) қозғалтқыш істен шыққаннан кейін қалған инерциялық моменттерде айырмашылық болады. Түрбореактивті және турбовентиляторлы екі қозғалтқыштары бар ұшақтарда, жел болмаған жағдайда сол немесе оң қозғалтқыш істен шыққаннан кейін инерциялық моменттер арасында айырмашылық байқалмайды.
The engine whose failure would most adversely affect aircraft performance or handling
The critical engine of a multi engine fixed wing aircraft is the engine that, in the event of failure, would most adversely affect the performance or handling abilities of an aircraft. On propeller aircraft, there is a difference in the remaining yawing moments after failure of the left or the right (outboard) engine when all propellers rotate in the same direction due to the P factor. On turbojet and turbofan twin engine aircraft, there usually is no difference between the yawing moments after failure of a left or right engine in no wind condition.
Сипаттама
Көп қозғалтқышты ұшақтың бір қозғалтқышы істен шыққан кезде, жұмыс істеп тұрған және істен шыққан жақтары арасында итеру күшінің тепе-теңдігі бұзылады. Бұл тепе-теңдіксіздік бір қозғалтқыштың жоғалуынан басқа да бірнеше жағымсыз салдарға әкеледі. Құйрық бөлімін жобалайтын инженер, қозғалтқыш істен шыққаннан кейін ұшақты басқару және оның қасиеттерін сақтау жөніндегі нормативтік талаптарға сай келетін тік қанатшаның (стабилизатордың) мөлшерін анықтауға жауапты, мысалы, АҚШ Федералдық авиация басқармасы мен Еуропалық авиациялық қауіпсіздік агенттігі белгілеген талаптарға. Тәжірибелі сынақ ұшқышы мен ұшу сынақ инженері қай қозғалтқыштың ең қиын жағдайда жұмыс істеуге қабілетсіз екенін анықтау үшін ұшу сынақтарын жүргізеді.
When one of the engines on a typical multi engine aircraft becomes inoperative, a thrust imbalance exists between the operative and inoperative sides of the aircraft. This thrust imbalance causes several negative effects in addition to the loss of one engine's thrust. The tail design engineer is responsible for determining the size of vertical stabilizer that will comply with the regulatory requirements for the control and performance of an aircraft after engine failure, such as those set by the Federal Aviation Administration and European Aviation Safety Agency. The experimental test pilot and flight test engineer use flight testing to determine which of the engines is the critical engine.
Асимметриялық бұрылыс
Бір қозғалтқыш істен шыққанда, ұшаққа бұрылу күші әсер етеді, ол ұшақты істен шыққан қозғалтқышы бар қанатқа қарай бұруға бейімдейді. Әр қанаттың көтеру күшінің әртүрлі болуына байланысты, жұмыс істеп тұрған қозғалтқышы бар қанатта көтеру күші жоғарырақ болғанда, ұшақ еңкейю моментіне ұшырауы мүмкін. Бұрылу және еңкейю моменттері ұшақты істен шыққан қозғалтқышқа қарай бұрып, айналдыруға бейімдейтін күштерді қолданады. Пилот ұшуды басқару құралдарын – руль мен элеронды пайдаланып, бұл бейімділікке қарсы тұрады. P факторының әсерінен, оң жақ қанаттағы сағат тілімен айналатын винт, әдетте, ұшақтың ауырлық ортасынан сол жақ қанаттағы винтке қарағанда үлкен қашықтықта итеру векторын жасайды (1-сурет). Сол жақ қозғалтқыш істен шыққанда, оң жақ қозғалтқыштан гөрі үлкен бұрылу моменті пайда болады. Оң жақ қозғалтқыш үлкен бұрылу моментін тудырғандықтан, пилот ұшақты басқару үшін ұшуды басқару құралдарын көбірек бұруға немесе жоғары жылдамдықпен ұшуға мұқтаж болады. Осылайша, сол жақ қозғалтқыштың істен шығуы оң жақ қозғалтқыштың істен шығуына қарағанда үлкен әсер етеді, сондықтан сол жақ қозғалтқышқа «критикалық қозғалтқыш» деген ат беріледі. Де-Хавиленд Доув сияқты сағат тіліне қарсы айналатын винттері бар ұшақтарда оң жақ қозғалтқыш – критический қозғалтқыш болады. Кері айналатын винттері бар ұшақтардың көпшілігінде жоғарыда аталған механизммен анықталатын критический қозғалтқыш болмайды, себебі екі винт те доғаның жоғарғы бөлігінен ішке қарай айналады; екі қозғалтқыш та критический болып саналады. Мысалы, Lockheed P-38 Lightning сияқты кейбір ұшақтар мақсатты түрде винттерін доғаның жоғарғы бөлігінен сыртқа қарай айналдырады, бұл орталық көлденең стабилизатордағы төмен бағытталған ауа турбуленттігін – «түсіруді» азайтады, соның арқасында ұшақтан оқ ату оңайырақ болады. Бұл қозғалтқыштар да критический, бірақ ішкі айналатын винттерге қарағанда одан да критический. Cessna 337 сияқты «итеру-тарту» конфигурациясындағы винттері бар ұшақтарда, егер бір қозғалтқыштың істен шығуы ұшақты басқаруға немесе биіктікке көтерілуге екінші қозғалтқыштың істен шығуына қарағанда үлкен зиян келтірсе, онда критический қозғалтқыш болуы мүмкін. «Итеру-тарту» конфигурациясындағы ұшақта критический қозғалтқыш істен шыққанда, әдетте, үлкен бұрылу немесе еңкейю моменттері пайда болмайды.
When one engine fails, a yawing moment develops, which applies a rotational force to the aircraft that tends to turn it toward the wing that carries the engine that failed. A rolling moment might develop, due to the asymmetry of the lift in each wing, with a greater lift generated by the wing with the operating engine. The yawing and rolling moments apply rotational forces that tend to yaw and roll the aircraft towards the failed engine. This tendency is counteracted by the pilot's use of the flight controls, which include the rudder and ailerons. Due to P factor, a clockwise rotating right hand propeller on the right wing typically develops its resultant thrust vector at a greater lateral distance from the aircraft's center of gravity than the clockwise rotating left hand propeller (Figure 1). The failure of the left hand engine will result in a larger yawing moment by the operating right hand engine, rather than vice versa. Since the operating right hand engine produces a larger yawing moment, the pilot will need to use larger deflections of the flight controls or a higher speed in order to maintain control of the aircraft. Thus, the failure of the left hand engine has a greater impact than failure of the right hand engine, and the left hand engine is called the critical engine. On aircraft with propellers that rotate counter clockwise, such as the de Havilland Dove, the right engine would be the critical engine. Most aircraft that have counter rotating propellers do not have a critical engine defined by the above mechanism because the two propellers are made to rotate inward from the top of the arc; both engines are critical. Some aircraft, such as the Lockheed P 38 Lightning, purposefully have propellers that rotate outward from the top of the arc, to reduce downward air turbulence, known as downwash, on the central horizontal stabilizer, which makes it easier to fire guns from the aircraft. These engines are both critical, but more critical than inward rotating propellers. Aircraft with propellers in a push pull configuration, such as the Cessna 337, may have a critical engine, if failure of one engine has a greater negative effect on aircraft control or climb performance than failure of the other engine. The failure of a critical engine in an aircraft with propellers in a push pull configuration typically will not generate large yawing or rolling moments.
Басты қозғалтқыштың ең төменгі басқару айналымдарына әсері
Ұшуға жарамдылықты анықтайтын стандарттар мен сертификаттар өндірушіден пилоттың критикалық қозғалтқыштың істен шығуынан кейін әуе кемесін басқаруды сақтай алатын ең төменгі басқару жылдамдығын (VMC) анықтауын және осы жылдамдықты әуе кемесінің ұшу нұсқаулығының шектеулер бөлімінде жариялауды талап етеді. Әуе кемесінің жарияланған ең төменгі басқару жылдамдықтары (VMC) критикалық қозғалтқыш істен шыққанда немесе жұмыс істемегенде өлшенеді, сондықтан критикалық қозғалтқыштың істен шығуының әсері жарияланған VMC-ге енгізіледі. Басқа қозғалтқыштардың бірі істен шыққанда немесе жұмыс істемегенде, ұшқыш ұшу кезінде сезінетін нақты VMC сәл төмен болады, бұл қауіпсіз, бірақ бұл айырмашылық нұсқаулықта көрсетілмейді. Критикалық қозғалтқыш – ұшақтың VMC-ге әсер ететін факторлардың бірі. Жарияланған VMC-лер қай қозғалтқыш істен шыққан немесе жұмыс істемегеніне қарамастан қауіпсіз, және ұшқыштарға қауіпсіз ұшу үшін қай қозғалтқыш маңызды екенін білудің қажеті жоқ. Критикалық қозғалтқыш авиациялық ережелерде құйрықты жобалау мақсатында және сынақ ұшқыштары ұшу кезінде VMC өлшеуі үшін анықталады. VMC-ге қисық бұрыш және итергіш сияқты басқа факторлар, критикалық және критикалық емес қозғалтқыштардың айырмашылығына қарағанда әлдеқайда үлкен әсер етеді. Airbus A400M ерекше конструкцияға ие, себебі оның екі қанатында да қарсы айналатын винттер орнатылған. Қанатқа орнатылған винттер бір-біріне қарама-қарсы бағытта айналады: винттер доғаның жоғарғы жағынан бір-біріне қарай төмен қарай айналады. Егер қанаттағы екі қозғалтқыш жұмыс істесе, итергіш векторының ауысуы әрқашан сол қанаттағы екінші қозғалтқышқа қарай болады. Нәтижесінде, екі қозғалтқыштың бірдей қанаттағы итергіш векторының қосындысы ұшақтың шабуыл бұрышы өскенде өзгермейді, егер екі қозғалтқыш та жұмыс істеп тұрса. Жалпы P коэффициенті жоқ, және сыртқы қозғалтқыштардың (яғни: 1 немесе 4) бірінің істен шығуы шабуыл бұрышы өскенде қалған итергіш моменттерінің шамасында ешқандай өзгеріс тудырмайды, тек бағыты солға немесе оңға қарай өзгереді. Сыртқы қозғалтқыштардың бірінің істен шығуынан кейін ұшу кезіндегі (VMC) және қону кезіндегі (VMCA) ең төменгі басқару жылдамдығы бірдей болады, егер әуе кемесін басқару үшін қажет болатын қуаттандыру жүйелері сыртқы қозғалтқыштардың бірінде ғана орнатылмаса. Екі сыртқы қозғалтқыш та критикалық болып табылады. Егер сыртқы қозғалтқыш, мысалы, 2-суретте көрсетілген 1-қозғалтқыш істен шықса, сол қанаттағы қалған итергіш векторының момент бұрышы қозғалтқыштардың арасынан қалған ішкі қозғалтқыштың сыртына қарай жылжиды. Вектордың өзі қарсы итергіш векторының 50% құрайды. Осы жағдайда пайда болатын итергіш моменті әдеттегі винт айналуына қарағанда әлдеқайда кішкентай. Асимметриялық итермелеуге қарсы тұру үшін рульдің ең үлкен итергіш моменті кішірек болуы мүмкін, содан кейін тік құйрықтың көлемі кішірек болуы мүмкін. Үлкен, 8 пернелі, диаметрі 17,5 фут (5,33 м) сортты винттердің қауырсын жүйесі автоматты, өте жылдам және ақаусыз болуы керек, бұл қозғалтқыш жүйесінің ақаулығынан кейін винттің сортты соқтығысуын барынша төмендетуді қамтамасыз етеді. Әйтпесе, сыртқы қозғалтқыштың қауырсын жүйесінің ақаулығы винт соғу күшін арттырады, бұл өз кезегінде итергіш моментін едәуір арттырады, осылайша нақты VMC(A) өседі. Кішкентай тік құйрық пен рульдің өзі өндіретін басқару қуаты кішкентай конструкциясы бойынша төмен. Тек қарсы қозғалтқыштың итермелі күшін тез төмендету немесе әуе жылдамдығын арттыру ғана қанатты жүйе бұзылғаннан кейін тік ұшуды сақтау үшін қажетті басқару қуатын қалпына келтіре алады. Бұл ұшақтың қауырсын жүйесін жобалау және бекіту жобалау инженерлері мен сертификаттау органдары үшін қиындық туғызады. Өте қуатты қозғалтқыштары бар ұшақтарда асимметриялық итермелеу мәселесі автоматты түрде итермелеу асимметриясын өтеу арқылы шешіледі, бірақ бұл ұшу тиімділігіне әсер етеді.
The standards and certifications that specify airworthiness require that the manufacturer determine a minimum control speed (VMC) at which a pilot can retain control of the aircraft after failure of the critical engine, and publish this speed in the section of the airplane flight manual on limitations. The published minimum control speeds (VMCs) of the aircraft are measured when the critical engine fails or is inoperative, so the effect of the failure of the critical engine is included in the published VMCs. When any one of the other engines fails or is inoperative, the actual VMC that the pilot experiences in flight will be slightly lower, which is safer, but this difference is not documented in the manual. The critical engine is one of the factors that influences the VMCs of the aircraft. The published VMCs are safe regardless of which engine fails or is inoperative, and pilots do not need to know which engine is critical in order to safely fly. The critical engine is defined in aviation regulations for the purpose of designing the tail, and for experimental test pilots to measure VMCs in flight. Other factors like bank angle and thrust have a much greater effect on VMCs than the difference of a critical and a non critical engine. The Airbus A400M has an atypical design, because it has counter rotating propellers on both wings. The propellers on a wing rotate in opposite directions to each other: the propellers rotate from the top of the arc downward toward each other. If both engines on a wing are operative, the shift of the thrust vector with increasing angle of attack is always towards the other engine on the same wing. The effect is that the resultant thrust vector of both engines on the same wing does not shift as the angle of attack of the airplane increases as long as both engines are operating. There is no total P factor, and failure of either outboard engine (i. e.: engines 1 or 4) will result in no difference in magnitude of the remaining thrust yawing moments with increasing angle of attack, only in the direction left or right. The minimum control speed during takeoff (VMC) and during flight (VMCA) after failure of either one of the outboard engines will be the same unless boosting systems that may be required for controlling the airplane are installed on only one of the outboard engines. Both outboard engines would be critical. If an outboard engine fails, such as engine 1 as shown in Figure 2, the moment arm of the vector of the remaining thrust on that wing moves from in between the engines to a bit outside of the remaining inboard engine. The vector itself is 50% of the opposite thrust vector. The resulting thrust yawing moment is much smaller in this case than for conventional propeller rotation. The maximum rudder yawing moment to counteract the asymmetrical thrust can be smaller and, consequently, the size of the vertical tail can be smaller. The feathering system of the large, 8 bladed, 17.5 foot (5.33 m) diameter drag propellers must be automatic, very rapid and failure free, to ensure the lowest possible propeller drag following a propulsion system malfunction. If not, a failure of the feathering system of an outboard engine will increase propeller drag, which in turn enhances the thrust yawing moment considerably, thus increasing actual VMC(A). The control power generated by the small vertical tail and rudder alone is low by the small design. Only rapid reduction of thrust of the opposite engine, or increased airspeed can restore the required control power to maintain straight flight following the failure of a feathering system. Designing and approving the feathering system for this airplane is challenging for design engineers and certification authorities. On airplanes with very powerful engines, the problem of asymmetrical thrust is solved by applying automatic thrust asymmetry compensation, but this has consequences for takeoff performance.
Жою
Рутан Бумеранг – екі қозғалтқышының біреуі істен шыққан жағдайда асимметриялық тартылыс тудыратын қауіпті жою мақсатында әлдеқандай өзгеше қуатты қозғалтқыштармен жасалған асимметриялық ұшақ.
The Rutan Boomerang is an asymmetrical aircraft designed with engines with slightly different power outputs to produce an aircraft that eliminates the dangers of asymmetric thrust in the event of failure of either of its two engines.