Защита границ полета - это расширение человеко-машинного интерфейса системы управления самолетом , которое не позволяет пилоту самолета подавать команды управления, которые вынудили бы самолет превысить свои структурные и аэродинамические эксплуатационные ограничения. [1] [2] [3] В той или иной форме он используется во всех современных коммерческих самолетах с электронным управлением . [4] Заявленное преимущество систем защиты диапазона полета состоит в том, что они ограничивают чрезмерные управляющие воздействия пилота, будь то в результате внезапной реакции на аварийную ситуацию или по другим причинам, от перевода в чрезмерные движения поверхности управления полетом . Теоретически это позволяет пилотам быстро реагировать на чрезвычайную ситуацию, одновременно сглаживая эффект чрезмерного воздействия на управление, возникающего в результате «испуга», путем электронного ограничения чрезмерных движений поверхности управления, которые могут вызвать чрезмерную нагрузку на планер и поставить под угрозу безопасность самолета. [5] [6]
На практике эти ограничения иногда приводили к непреднамеренным ошибкам , связанным с человеческим фактором, и к собственным несчастным случаям.
Одним из примеров такого устройства защиты от сваливания полета является система предотвращения сваливания , которая предназначена для предотвращения сваливания самолета [7] , например, в виде толкателя , который толкает нос самолета вниз на основе входного сигнала от системой предупреждения о сваливании, [8] или с помощью других средств дистанционного управления. Противостопорные системы используются на большинстве современных самолетов со стреловидным крылом и на большом количестве гражданских и военных реактивных самолетов. [8]
У воздушного судна есть диапазон полета , который описывает пределы его безопасных характеристик в отношении таких факторов, как минимальная и максимальная рабочие скорости, а также эксплуатационная прочность конструкции. [1] [2] [3] Защита диапазона полета рассчитывает этот диапазон полета (и добавляет запас безопасности) и использует эту информацию, чтобы не дать пилотам выполнять управляющие воздействия, которые вывели бы самолет за пределы этого диапазона полета. [5] Взаимодействие системы защиты границ полета с командами пилота может происходить двумя различными способами (которые также можно комбинировать):
Например, если пилот использует задний боковой джойстик , чтобы поднять нос самолета, управляющие компьютеры, создающие защиту диапазона полета, могут помешать пилоту наклонить самолет за пределы угла атаки сваливания :
Хотя большинство конструкторов современных самолетов с электронным управлением придерживаются одного из этих двух решений («боковое управление и отсутствие обратной связи» или «традиционное управление и обратная связь», см. также ниже), в науке также существуют подходы, позволяющие объединить оба решения. из них: Как показало исследование, силовая обратная связь , приложенная к боковой рукоятке самолета, управляемого с помощью скорости крена и перегрузки (как, например, в современном самолете Airbus), может использоваться для повышения соблюдения режима безопасного полета и, таким образом, снижения риск перехода пилотов в опасные состояния полетов за пределами эксплуатационных границ при сохранении окончательных полномочий пилотов и повышении их осведомленности о ситуации . [9]
Airbus A320 был первым коммерческим самолетом, в программное обеспечение управления полетом которого была включена полная защита диапазона полета. Инициатором этого стал бывший старший вице-президент Airbus по инженерным разработкам Бернард Циглер . В Airbus защиту диапазона полета нельзя полностью обойти, хотя экипаж может выйти за пределы диапазона полета, выбрав альтернативный «закон управления». [4] [10] [11] [12] В случае с Боингом 777 компания Boeing применила другой подход , позволив экипажу преодолевать ограничения диапазона полета, применяя чрезмерную силу к органам управления полетом. [4] [13]
Одним из возражений против защиты границ полета является инцидент, произошедший с рейсом 006 авиакомпании China Airlines, Боингом 747SP-09 , к северо-западу от Сан-Франциско в 1985 году. [5] В этом полетном инциденте экипаж был вынужден перенапрячься (и получить структурные повреждения). горизонтальное оперение для восстановления после крена и почти вертикального пикирования. (Это было вызвано автоматическим отключением автопилота и неправильным управлением рысканьем, вызванным загоранием двигателя). Пилот восстановил управление, оставив высоту около 10 000 футов (от первоначального крейсерского полета на большой высоте). Для этого пилоту пришлось тянуть самолет с перегрузкой примерно в 5,5 G, что более чем в два раза превышало расчетный предел. [5] Если бы на самолете была установлена система защиты границ полета, этот чрезмерный маневр невозможно было бы выполнить, что значительно снизило бы шансы на восстановление.
На это возражение Airbus ответил, что А320 в ситуации с рейсом 006 «во-первых, никогда бы не упал из воздуха: защита оболочки автоматически удерживала бы его в горизонтальном полете, несмотря на сопротивление заглохшего двигателя. ". [5]
В апреле 1995 года рейс 705 FedEx, самолет McDonnell Douglas DC-10-30 , был угнан бортинженером FedEx , который, столкнувшись с увольнением, попытался угнать самолет и разбить его о штаб-квартиру FedEx, чтобы его семья могла получить страховку его жизни. политика. После нападения и серьезных ранений летный экипаж смог дать отпор и благополучно посадить самолет. Чтобы удержать нападавшего в равновесии и выйти из кабины, экипажу пришлось выполнять экстремальные маневры, в том числе перекатываться бочкой и пикировать так быстро, что самолет не мог измерить свою воздушную скорость .
Если бы экипаж не смог превысить диапазон полета самолета, экипажу, возможно, не удалось бы добиться успеха .
Рейс 587 American Airlines, самолет Airbus A300 , разбился в ноябре 2001 года, когда вертикальный стабилизатор сломался из-за чрезмерного воздействия пилота на руль направления.
Система защиты границ полета могла бы предотвратить эту аварию, хотя все еще можно утверждать, что должна быть предусмотрена кнопка отмены на случай непредвиденных обстоятельств, когда пилоты осознают необходимость превышения обычных пределов.
У самолета Airbus A320 , рейса 1549 компании US Airways , произошел отказ двух двигателей после столкновения с птицей, и он впоследствии благополучно приземлился в реке Гудзон в январе 2009 года. В отчете об авиационном происшествии NTSB [14] упоминается эффект защиты границ полета: последние 150 футов снижения были достаточно низкими, чтобы активировать режим альфа-защиты функций защиты оболочки самолета от полета по проводам ... Из-за этих функций самолет не мог достичь максимально достижимого угла атаки (AoA). согласно нормальному закону тангажа для веса и конфигурации самолета, однако самолет действительно обеспечивал максимальные характеристики для своего веса и конфигурации на тот момент...
Защита границ полета позволила капитану полностью тянуть боковой рычаг назад без риска сваливания самолета».
Qantas 72 потерпел несанкционированное снижение тангажа из-за ошибочных данных с одного из компьютеров ADIRU .
Рейс 447 авиакомпании Air France, самолет Airbus A330 , вошел в аэродинамическое сваливание, из которого не смог выйти, и в июне 2009 года рухнул в Атлантический океан, в результате чего погибли все находившиеся на борту. Временное несоответствие между измеренными скоростями, вероятно, из-за закупорки трубок Пито кристаллами льда, привело к отключению автопилота и перенастройке на альтернативный закон; Вторым последствием перехода на альтернативный закон стало то, что защита от сваливания больше не работала.
Экипаж совершил неправильные действия по управлению, что привело к остановке самолета, и не распознал, что самолет заглох.
В октябре 2018 года и снова в марте 2019 года ошибочная активация системы защиты полета MCAS привела к безвозвратному погружению двух авиалайнеров Boeing 737 MAX , в результате чего погибло 346 человек и что привело к остановке авиалайнера по всему миру.