Колебания, вызванные пилотом (PIO), согласно определению MIL-HDBK-1797A [1], представляют собой устойчивые или неконтролируемые колебания, возникающие в результате усилий пилота по управлению воздушным судном . Они возникают, когда пилот самолета непреднамеренно командует часто увеличивающейся серией поправок в противоположных направлениях, каждая из которых является попыткой скрыть реакцию самолета на предыдущие входные данные чрезмерной коррекцией в противоположном направлении . Самолет в таком состоянии может выглядеть как «морская свинья», переключаясь между направлениями вверх и вниз. По сути, это связь частоты сигналов пилота и собственной частоты самолета. В ходе летных испытаний колебания, вызванные пилотом, являются одним из анализируемых факторов управляемости , при этом самолет оценивается по установленной шкале (диаграмма справа). Чтобы избежать каких-либо предположений о том, что колебания обязательно являются ошибкой пилота, были предложены новые термины для замены колебаний, вызванных пилотом . К ним относятся связь самолета с пилотом , колебания пилота в контуре и колебания с участием пилота (или дополнительные) . [2]
С точки зрения управления колебания являются результатом уменьшения запаса по фазе, вызванного задержкой реакции пилота. В некоторых случаях проблема была смягчена путем добавления к приборам параметра задержки – например, чтобы индикация скорости набора высоты не только отражала текущую скорость набора высоты, но также была чувствительна к скорости изменения скорости набора высоты.
Физика полета делает такие колебания более вероятными для пилотов, чем для водителей автомобилей. Попытка заставить самолет набрать высоту, скажем, с помощью подъема высоты , также приведет к снижению скорости полета .
Другим фактором является скорость реакции летных приборов по сравнению со скоростью реакции самого самолета. Увеличение мощности не приведет к немедленному увеличению скорости полета. Увеличение скорости набора высоты не отобразится сразу на индикаторе вертикальной скорости .
Например, пилот, стремящийся к снижению со скоростью 500 футов в минуту, может обнаружить, что снижается быстрее, чем предполагалось. Они начинают поднимать руль высоты до тех пор, пока указатель вертикальной скорости не покажет 500 футов в минуту. Однако, поскольку индикатор вертикальной скорости отстает от фактической вертикальной скорости, самолет фактически снижается со скоростью гораздо меньше 500 футов в минуту. Затем пилот начинает поднимать руль высоты до тех пор, пока индикатор вертикальной скорости не покажет 500 футов в минуту, начиная цикл заново. Таким образом, стабилизация вертикальной скорости может быть затруднена из-за постоянно изменяющейся скорости полета.
Колебания, вызванные пилотом, могут быть виноваты самолет, пилот или оба. Это обычная проблема для неопытных пилотов, особенно пилотов-студентов , хотя она также была проблемой для ведущих летчиков-испытателей программы НАСА по подъему кузова . Проблема становится наиболее острой, когда крыло и хвостовая часть расположены близко друг к другу в так называемых «короткоспаренных» самолетах.
Наиболее опасные колебания, вызываемые пилотом, могут возникнуть при посадке . Слишком высокий подъем руля высоты во время вспышки может привести к тому, что самолет станет опасно медленным и грозит свалиться . Естественная реакция на это — нажать нос сильнее, чем поднять его, но тогда пилот в конечном итоге смотрит в землю. Еще больший подъем лифта запускает цикл заново.
В то время как колебания, вызванные пилотом, часто начинаются с довольно низких амплитуд , которые можно адекватно рассматривать с помощью линейной теории малых возмущений, некоторые PIO будут постепенно увеличивать амплитуду. [3]
20 января 1974 года YF-16 (прототип того, что впоследствии стало General Dynamics F-16 Fighting Falcon ) находился на испытаниях на высокоскоростном рулении, когда PIO заставил самолет отклониться влево от взлетно-посадочной полосы. Летчик-испытатель принял решение взлететь и через шесть минут благополучно приземлился. [4] После этого непреднамеренного первого полета команда разработчиков уменьшила усиление по крену компьютера электродистанционного управления , чтобы исключить аналогичный PIO во время взлета или посадки.
В феврале 1989 года прототип JAS 39 Gripen разбился при приземлении в Линчёпинге, Швеция. Было установлено, что причиной являются колебания, вызванные пилотом в результате чрезмерно чувствительной, но медленно реагирующей системы управления полетом. Впоследствии система управления полетом была переработана.
Колебания, вызванные пилотом, были обвинены в крушении прототипа F-22 Raptor в 1992 году , приземлившегося на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии. Эта авария была связана с ограничением скорости привода, из-за чего пилот Том Моргенфельд чрезмерно компенсировал колебания тангажа.