Колебания, вызванные пилотом (PIO), как определено в MIL-HDBK-1797A, [1] являются устойчивыми или неконтролируемыми колебаниями, возникающими в результате усилий пилота по управлению самолетом . Они возникают, когда пилот самолета непреднамеренно командует часто увеличивающейся серией коррекций в противоположных направлениях, каждая из которых является попыткой скрыть реакцию самолета на предыдущий ввод с помощью чрезмерной коррекции в противоположном направлении. Самолет в таком состоянии может казаться «дельфинирующим», переключающимся между направлениями вверх и вниз. Таким образом, это связь частоты входов пилота и собственной частоты самолета. Чтобы избежать любого предположения, что колебания обязательно являются ошибкой пилота, были предложены новые термины для замены колебаний, вызванных пилотом . К ним относятся связь самолета и пилота , колебания пилота в контуре управления и колебания с участием пилота (или усиленные колебания) . [2]
Физика полета делает такие колебания более вероятными для пилотов, чем для водителей автомобилей. Попытка заставить самолет подняться, скажем, с помощью руля высоты , также приведет к снижению скорости полета .
Другим фактором является скорость реакции пилотажных приборов по сравнению со скоростью реакции самого самолета. Например, увеличение мощности не приведет к немедленному увеличению показаний воздушной скорости, а увеличение скорости набора высоты не отобразится немедленно на указателе вертикальной скорости . Например, пилот, стремящийся к снижению со скоростью 500 футов в минуту, может обнаружить, что снижается быстрее, чем предполагалось. Он начинает применять руль высоты вверх, пока указатель вертикальной скорости не покажет 500 футов в минуту. Однако, поскольку указатель вертикальной скорости отстает от фактической вертикальной скорости, самолет фактически снижается со скоростью гораздо меньше 500 футов в минуту. Затем пилот начинает применять руль высоты вниз, пока указатель вертикальной скорости не покажет 500 футов в минуту, начиная цикл заново. Таким образом, стабилизация вертикальной скорости может быть затруднена из-за постоянно изменяющейся воздушной скорости. В смысле управления колебания являются результатом уменьшенного запаса по фазе, вызванного задержкой реакции пилота. В некоторых случаях проблему удалось решить, добавив к показаниям приборов параметр задержки — например, чтобы индикация скорости набора высоты не только отражала текущую скорость набора высоты, но и была чувствительна к скорости изменения скорости набора высоты.
Колебания, вызванные пилотом, могут быть ошибкой самолета, пилота или обоих. Это распространенная проблема для неопытных пилотов, и особенно пилотов-курсантов , хотя это также было проблемой для лучших летчиков-испытателей в программе NASA по подъемному телу . Проблема наиболее остра, когда крыло и хвостовая часть находятся близко друг к другу в так называемых "коротко сцепленных" самолетах. Во время летных испытаний колебания, вызванные пилотом, являются одним из факторов качества управляемости , который анализируется, при этом самолет оценивается по установленной шкале (диаграмма справа).
Самые опасные колебания, вызванные пилотом, могут возникнуть во время посадки . Слишком большое движение руля высоты вверх во время выравнивания может привести к тому, что самолет станет опасно медленным и будет угрожать сваливанием . Естественной реакцией на это является более сильное нажатие носа вниз, чем когда вы его поднимали, но тогда пилот в конечном итоге оказывается уставившимся в землю. Еще большее движение руля высоты вверх запускает цикл снова.
В то время как колебания, вызванные пилотом, часто начинаются с довольно низких амплитуд , которые можно адекватно описать с помощью линейной теории малых возмущений, несколько PIO будут постепенно увеличивать амплитуду. [3]
20 января 1974 года YF-16 (опытный образец будущего самолета General Dynamics F-16 Fighting Falcon ) находился на скоростном рулежном испытании, когда PIO заставил самолет отклониться влево от взлетно-посадочной полосы. Летчик-испытатель решил взлетать и благополучно приземлился через шесть минут. [4] После этого непреднамеренного первого полета команда разработчиков уменьшила усиление крена компьютера управления по проводам, чтобы исключить подобный PIO во время взлета или посадки.
В феврале 1989 года прототип JAS 39 Gripen потерпел крушение при посадке в Линчёпинге, Швеция. Причиной было признано вызванное пилотом колебание в результате слишком чувствительной, но медленно реагирующей системы управления полетом. Впоследствии система управления полетом была переработана.
Колебания, вызванные пилотом, были признаны причиной крушения прототипа Lockheed YF-22 в 1992 году , приземлившегося на авиабазе Эдвардс в Калифорнии. Эта катастрофа была связана с ограничением скорости привода, из-за чего пилот Том Моргенфельд перекомпенсировал колебания тангажа.