Минимальная скорость управления ( V MC ) многомоторного самолета (в частности, самолета ) — это V-скорость , которая определяет калиброванную воздушную скорость, ниже которой путевое или боковое управление самолетом больше не может поддерживаться после отказа одного или нескольких двигателей. V MC применяется только в том случае, если хотя бы один двигатель все еще работает, и будет зависеть от этапа полета. Действительно, для посадки, воздушного путешествия и наземного перемещения необходимо рассчитать несколько V MC , а для самолетов с четырьмя или более двигателями их еще больше. Все они включены в руководство по летной эксплуатации всех многомоторных самолетов . Когда инженеры-конструкторы определяют размеры вертикального хвоста самолета и поверхностей управления полетом , они должны учитывать влияние, которое это окажет на минимальные скорости управления самолета.
Минимальные скорости управления обычно устанавливаются в ходе летных испытаний [1] [2] [3] в рамках процесса сертификации самолета. [4] [5] Они служат руководством для пилота по безопасной эксплуатации самолета.
При отказе двигателя многомоторного самолета распределение тяги на самолете становится асимметричным , что приводит к возникновению момента рыскания в направлении отказавшего двигателя. [6] Возникает боковое скольжение , в результате чего общее сопротивление самолета значительно увеличивается, что приводит к снижению скорости набора высоты самолета . [7] Руль направления и, в определенной степени, элероны посредством использования угла крена являются единственными аэродинамическими средствами управления, доступными пилоту для противодействия асимметричному моменту рыскания тяги [ необходима ссылка ] .
Чем выше скорость самолета, тем легче противодействовать моменту рыскания с помощью органов управления самолета. [8] Минимальная скорость управления — это скорость полета, ниже которой сила, которую руль направления или элероны могут приложить к самолету, недостаточно велика, чтобы противодействовать асимметричной тяге при максимальной настройке мощности. Выше этой скорости должно быть возможно сохранять управление самолетом и поддерживать прямой полет с асимметричной тягой. [4]
Потеря мощности двигателя у самолетов с установленным на крыле винтом и самолетов с оторванной подъемной силой влияет на распределение подъемной силы по крылу, вызывая крен в сторону неработающего двигателя. [9] [10] [3] В некоторых самолетах влияние крена является более ограничивающим, чем влияние руля направления при определении V MC s. [11]
Авиационные правила (такие как FAR и EASA ) [4] [5] определяют несколько различных V MC и требуют от инженеров-конструкторов определять размеры вертикального хвоста и аэродинамических органов управления полетом самолета для соответствия этим правилам. Минимальная скорость управления в воздухе (V MCA ) является наиболее важной минимальной скоростью управления многомоторного самолета, поэтому V MCA во многих авиационных правилах и руководствах по летной эксплуатации самолетов просто указывается как V MC . [4] [5] На указателе воздушной скорости двухмоторного самолета массой менее 6000 фунтов (2722 кг) V MCA обозначается красной радиальной линией, как стандартизировано FAR 23 . [4] [5]
Большинство школ летчиков-испытателей используют несколько более конкретных минимальных скоростей управления, поскольку V MC будет меняться в зависимости от этапа полета. Другие определенные V MC включают минимальную скорость управления на земле (V MCG ) и минимальную скорость управления при заходе на посадку и посадке (V MCL ). Кроме того, для самолетов с четырьмя или более двигателями существуют V MC для случаев, когда один или два двигателя не работают на одном крыле. На рисунке 1 показаны V MC , которые определены в соответствующих правилах гражданской авиации [4] [5] и в военных спецификациях. [12]
Вертикальное оперение или вертикальный стабилизатор многомоторного самолета играет решающую роль в поддержании путевого управления, когда двигатель выходит из строя или не работает. Чем больше оперение, тем больше оно будет способно обеспечить необходимую силу для противодействия асимметричному рыскающему моменту тяги. Это означает, что чем меньше оперение, тем выше будет V MCA . Однако более крупное оперение дороже и сложнее в размещении, а также имеет другие аэродинамические проблемы, такие как повышенное распространение скользящих потоков . Инженеры, проектирующие вертикальное оперение, должны принять решение, основанное, среди прочего, на их бюджете, весе самолета и максимальном угле крена 5° (в сторону от неработающего двигателя), как указано в FAR . [4] [5]
V MCA также используется для расчета минимальной безопасной скорости взлета . [4] [5] Следовательно, высокое значение V MCA приводит к более высоким скоростям взлета, и поэтому требуются более длинные взлетно-посадочные полосы, что нежелательно для операторов аэропортов.
Любой фактор, влияющий на баланс сил и на моменты рыскания и качения после отказа двигателя, может также повлиять на V MC s. При проектировании вертикального оперения и измерении V MCA учитывается наихудший сценарий для всех факторов. Это гарантирует, что V MC s, опубликованные в AFM, гарантированно безопасны.
Более тяжелые самолеты более устойчивы и более устойчивы к моментам рыскания, и поэтому имеют меньшие значения V MCA . [13] : 13 Продольный центр тяжести также влияет на V MCA : чем дальше он от хвоста, тем ниже минимальная скорость управления, потому что руль направления сможет обеспечить больший момент рыскания, и поэтому легче противодействовать дисбалансу тяги. [13] : 17 Боковой центр тяжести также оказывает влияние: чем ближе он к неработающему двигателю, тем больше момент работающего двигателя, и, следовательно, тем большее усилие должен приложить руль направления. Это означает, что если боковой центр тяжести смещается в сторону неработающею двигателя, V MCA самолета увеличится. [13] : 17 Тяга большинства двигателей зависит от высоты и температуры; увеличение высоты и более высокие температуры уменьшают тягу. Это означает, что если температура воздуха выше и самолет находится на большей высоте, то сила работающего двигателя будет ниже, руль направления должен будет обеспечивать меньшую противодействующую силу, и поэтому V MCA будет ниже. [13] : 16 Угол крена также влияет на минимальную скорость управления. Небольшой угол крена в сторону от неработающего двигателя требуется для наименьшего возможного бокового скольжения и, следовательно, более низкого V MCA . Наконец, если P-фактор работающего двигателя увеличивается, то его рыскающий момент увеличивается, и в результате V MCA самолета увеличивается. [13] : 15
Самолеты с четырьмя или более двигателями имеют не только V MCA (часто называемый V MCA1 в этих обстоятельствах), когда неисправен только критический двигатель, но также V MCA2 , который применяется, когда двигатель, находящийся внутри критического двигателя, на том же крыле, также неисправен. [13] : 15 Правила гражданской авиации (FAR, CS и эквивалентные) больше не требуют определения V MCA2 , [4] [5] хотя это все еще требуется для военных самолетов с четырьмя или более двигателями. [12] На турбореактивных и турбовентиляторных самолетах внешние двигатели обычно одинаково критичны. Трехмоторные самолеты, такие как MD-11 и BN-2 Trislander, не имеют V MCA2 ; отказавший центральный двигатель не влияет на V MC .
Когда два противоположных двигателя самолета с четырьмя или более двигателями не работают, асимметрия тяги отсутствует, поэтому нет необходимости в руле для поддержания устойчивого прямолинейного полета; V MCA не играют никакой роли. Может быть меньше мощности для поддержания полета в целом, но минимальные безопасные скорости управления остаются такими же, как и для самолета, летящего с 50% тяги на всех четырех двигателях.
Отказ одного из четырех двигателей внутреннего сгорания оказывает гораздо меньшее влияние на управляемость. Это связано с тем, что двигатель внутреннего сгорания находится ближе к центру тяжести самолета, поэтому недостаток момента рыскания уменьшается. В этой ситуации, если скорость поддерживается на уровне или выше опубликованного значения V MCA , определенного для критического двигателя, можно поддерживать безопасное управление.
Если двигатель откажет во время руления или взлета , момент рыскания тяги заставит самолет наклониться в сторону на взлетно-посадочной полосе. Если скорость полета недостаточно высока и, следовательно, боковая сила, создаваемая рулем направления, недостаточно мощна, самолет отклонится от осевой линии взлетно-посадочной полосы и может даже вылететь за ее пределы. [13] : 21 Воздушная скорость, при которой самолет после отказа двигателя отклоняется на 9,1 м от осевой линии взлетно-посадочной полосы, несмотря на максимальное использование руля направления, но без использования рулевого управления носовым колесом, является минимальной скоростью управления на земле (V MCG ). [4] [5]
Минимальная скорость управления при заходе на посадку и посадке (V MCL ) аналогична V MCA , но конфигурация самолета является посадочной конфигурацией. V MCL определена как для части 23 <FAR 23.149 (c)>, так и для части 25 воздушных судов в правилах гражданской авиации. [4] [5] Однако, когда выбирается максимальная тяга для ухода на второй круг , закрылки будут выбраны вверх из положения посадки, и V MCL больше не применяется, но V MCA применяется.
Из-за неотъемлемых рисков эксплуатации на уровне или близком к V MCA с асимметричной тягой, а также желания имитировать и отрабатывать эти маневры при обучении и сертификации пилотов может быть определена безопасная скорость V SSE для одного двигателя . [14] Безопасная скорость V SSE для одного двигателя — это минимальная скорость для преднамеренного отключения критического двигателя, установленная и обозначенная производителем как безопасная, преднамеренная скорость с одним неработающим двигателем. [4] Эта скорость выбирается для снижения вероятности аварии из-за потери управления из-за имитации отказов двигателя на чрезмерно низкой скорости полета. [15]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )