Аэродинамика самолета В-737

Наличие балансировочных панелей приводит к необходимости установки стабилизатора полностью на пикирование (0 units) перед обливом противообледенительной жидкостью. Такая установка предотвращает попадание слякоти и противообледенительной жидкости в воздушные полости балансировочных панелей, поскольку стабилизатор будет иметь положительный угол наклона 4° (передняя кромка выше задней).

 

 

На модификации “NG” аэродинамические сервокомпенсаторы при выпущенных закрылках и наличии давления в гидросистемах перестраиваются на антикомпенсаторы.

Принцип работы сервокомпенсатора и антикомпенсатора см. http://aviacom.ucoz.ru/Principleflight3.doc стр 5, 6

 

 

 

 

На левой половине руля высоты перестройка осуществляется по команде от FCC. Гидроцилиндр работает от гидросистемы А.

На правой половине – по сигналу датчика положения закрылков с задержкой на 10 секунд.

Гидроцилиндр работает от гидросистемы В.

На фото видно, что при руле высоты, отклонённом на пикирование, сервокомпенсатор на левой половине отклонён вверх (работает как сервокомпенсатор), а на правой половине – отклонён вниз (работает как антикомпенсатор). Это произошло потому, что была включена в работу только гидросистема В.

 

В AFM (Aircraft Flight Manual) 737-800 написано, что зафиксированы случаи вибрации сервокомпенсатора  на приборной скорости более 275 узлов в диапазоне высот от 10000 до 25000 футов, при этом перед полётом производилась процедура удаления льда/противообледенения стабилизатора.

В связи с тем, что сервокомпенсатор может вызвать вибрацию проводки управления (См. Недостатки самолёта №6), то логично было бы выпустить закрылки, поскольку антикомпенсатор не способствует отклонению руля и, соответственно, не должен вызывать вибрацию. Хотя QRH в данном случае рекомендует только плавно уменьшить скорость до прекращения вибрации, не использовать интерцепторы в полёте и произвести посадку на ближайшем аэродроме.

 

Поскольку руль высоты не имеет аэродинамического триммера и в проводке управления нет механизма триммерного эффекта, то снять усилия с отклонённого штурвала невозможно. Чтобы усилия на штурвале исчезли, его нужно вернуть в нейтральное положение. При этом требуемого изменения в балансировке достигают путём перекладки стабилизатора. На всех установившихся режимах полёта независимо от высоты, скорости и тангажа штурвал всё время находится в одном и том же нейтральном положении, которое зависит только от положения стабилизатора и работы системы MACH TRIM.

 

Нейтральное положение руля высоты относительно самолёта меняется в зависимости от положения стабилизатора. Руль высоты как бы «стремится» находиться в одной плоскости со стабилизатором. При работающем рулевом приводе руля высоты это обеспечивается за счёт смещения нейтрали загружателя штурвала, при включенном автопилоте – за счёт отслеживания положения стабилизатора датчиком автопилота и выдаче соответствующей команды на рулевой привод. При перекладке стабилизатора из положения 0 units в положение 17 units, штурвал смещается на 4,3 см на кабрирование, что соответствует перекладке руля высоты около 7°.

При положении стабилизатора 3 units, руль высоты опущен вниз на 4°.

При перекладке стабилизатора на кабрирование до 10 units, руль высоты займёт горизонтальное положение.

При угле стабилизатора 14 units, руль высоты поднимется вверх на 2,75°.

На самолетах модификации “NG” положение нейтрали руля высоты регулируется не только механически смещением нейтрали загружателя, но и электрическим сигналом от компьютера контролирующего управление самолётом FCC (flight control computer). Данный компьютер воздействует на проводку управления рулём высоты через электромеханизм системы MACH TRIM.

 

 

Функция смещения нейтрали от FCC работает только при отключенном автопилоте и выпущенных закрылках, когда пилот перекладывает стабилизатор нажатием переключателя на штурвале или меняет положение закрылков.

Положение стабилизатора то 7 до 10,5 units соответствует взлёту с передней центровкой. FCC при этом командует на смещение нейтрали руля высоты ~ 1,5° на пикирование. Стабилизатор в балансировочном положении (при нулевых усилиях на штурвале) при этом будет больше отклонён на кабрирование, что улучшает управляемость на взлёте (увеличивает запас руля высоты на кабрирование).

 

Поскольку гидравлические приводы руля высоты включены в проводку управления по необратимой схеме, то аэродинамическая нагрузка от рулей на штурвалы не передаётся. Усилия искусственно создаются с помощью загружателя штурвала (feel and centering unit) на который, воздействуют: механизм смещения нейтрали (точки нулевых усилий), работающий от стабилизатора, механизм системы Mach trim system и гидравлический имитатор аэродинамической нагрузки (elevator feel computer).

 

 

При отклонении штурвала поворачивается центрирующий кулачок, при этом подпружиненный ролик выходит из своей «ямки» на боковую поверхность кулачка. Стремясь под действием пружины вернуться обратно, он создает усилие в поводке управления, препятствующее отклонению штурвала. Кроме пружины на ролик воздействует исполнительный механизм имитатора аэродинамической нагрузки (elevator feel computer). Чем больше командное давление, тем сильнее ролик будет прижиматься к кулачку, что будет имитировать возрастание скоростного напора. Особенностью двухпоршневого цилиндра является то, что он воздействует на загружатель штурвала максимальным из двух командных давлений. Это легко понять по рисунку, поскольку между поршнями давления нет, и цилиндр будет находиться в нарисованном состоянии только при одинаковых командных давлениях. Если же одно из давлений станет больше, то цилиндр сместится в сторону большего давления, пока один из поршней не упрется в механическую преграду, исключив, таким образом, цилиндр с меньшим давлением из работы.

 

 

На вход elevator feel computer поступает скорость полета (от приемников воздушного давления, установленных на киле) и положение стабилизатора.

Под действием разности полного и статического давлений мембрана (q diaphragm) прогибается вниз, смещая золотник командного давления. Чем больше скорость, тем больше командное давление.

Изменение положения стабилизатора передается на кулачок стабилизатора, который через упругий рычаг ограничивает опускание мембраны и, соответственно, рост командного давления. Чем больше стабилизатор отклонен на кабрирование, тем меньше максимальное командное давление.

Предохранительный клапан предназначен для защиты от чрезмерного увеличения  командного давления.

Таким образом гидравлическое давление из гидросистем А и В 3000 psi (210 атм.) преобразуется в соответствующее командное давление 200 – 2100 psi (от 14 до 150 атм.), воздействующее на загружатель штурвала. На NG диапазон командных давлений 180 -1400 psi.

Если, при убранных закрылках, разница в командных давлениях становится более 25%, то пилотам выдается сигнал FEEL DIFF PRESS. Эта ситуация возможна при отказе одной из гидросистем или одной из веток приемников воздушного давления. Никаких действий от экипажа не требуется, поскольку система продолжает нормально функционировать.

 

На самолётах модификации NG к каналу командного давления от гидросистемы А подключен модуль создания дополнительного давления EFSM (elevator feel shift module). Он выдаёт давление 850 psi когда включается в работу система предупреждения о приближении сваливания самолёта.

 

Система предупреждения о приближении сваливания самолёта

 

На штурвалах самолёта установлены механизмы тряски штурвала, которые обеспечивают тактильное и звуковое предупреждение пилотам о приближающемся сваливании.

Информацию о текущем угле атаки система получает с датчиков угла атаки, расположенных справа и слева носовой части самолёта. Угол атаки, на котором включается система предупреждения, рассчитывается компьютером данной системы в зависимости от положения механизации крыла и наличия несимметричной тяги двигателей. Поэтому, при наличии ложной информации из этих систем, возможно ложное срабатывание системы. Например, при ложном загорании лампы LE FLAPS TRANSIT.

 

Также этот компьютер рассчитывает и выдаёт на индикацию две скорости, обозначенные на линейке скоростей пилотажного индикатора. Большая из этих скоростей обозначается вершиной столбика янтарного цвета. Это минимальная скорость маневрирования (minimum maneuver speed). Она рассчитывается по текущему углу атаки и скорости самолёта. При полёте на данной скорости механизм тряски штурвала сработает при перегрузке 1.3. При изменении текущей нормальной перегрузки данная скорость не меняется.

 

Меньшая скорость обозначается вершиной красно-чёрного полосатого столбика и обозначает расчётную скорость начала срабатывания механизма тряски штурвала. В расчёте этой скорости участвует, в том числе, и текущая нормальная перегрузка (stick shaker speed). Фактическое сваливание самолёта происходит на скорости меньшей, чем скорость тряски штурвала. Хотя практика полётов показывает, что сваливание может наступить и на значительно большей скорости

(http://aviacom.ucoz.ru/publ/boeing_737/bezopasnost_poljotov/poterja_upravljaemosti_vozle_antali/10-1-0-54 ).

 

На самолетах модификации NG, кроме этого, рассчитывается рекомендуемая скорость для пилотирования при заходе на посадку и после взлёта (flap maneuver speed). Данная скорость рассчитывается FMC по текущему весу самолёта и обеспечивает, как минимум, координированный разворот с креном 40 (то есть  нормальную перегрузку 1.3) до срабатывания механизма тряски штурвала при полёте на небольшой высоте. При увеличении высоты данный запас может не обеспечиваться.

В нормальных условиях рекомендуемая скорость всегда будет больше минимальной скорости маневрирования, но при отказах механизации крыла может стать меньше.

 

Компьютер системы предупреждения о сваливании также рассчитывает угол тангажа, при достижении которого, будет достигнут угол атаки тряски штурвала (PLI pitch limit indicator). Данный значок индицируется на пилотажном приборе только при выпущенных закрылках.

 

Также данная система даёт команду в систему выпуска предкрылков на автоматический довыпуск выдвижных предкрылков при приближении к сваливанию (autoslat system). Команда выдаётся на угле атаки меньшем, чем угол атаки тряски штурвала. На классике данная система работает в диапазоне углов выпуска закрылков 1 – 5 градусов, а на NG – в диапазоне 1 – 25 градусов.

 

Кроме рассмотренных функций, на самолётах модификации NG предусмотрена активная помощь пилоту по выходу из сваливания. Когда компьютер системы предупреждения сваливания определяет, что самолёт находится на режиме сваливания (stall ID), то он выдаёт сигнал в систему управления самолётом (FCC), которая перекладывает стабилизатор на пикирование. Чтобы пилот не смог легко парировать данный пикирующий момент взятием штурвала на себя, включается модуль EFSM, подающий дополнительное командное давление на загружатель штурвала. При этом градиент усилий на угол отклонения штурвала увеличивается почти в четыре раза. Условия срабатывания модуля EFSM: включился механизм тряски штурвала и после этого угол атаки увеличился ещё на 8 - 11°, а также нет запрещения для работы модуля из-за малой высоты полёта (100 футов).

 

Система улучшения устойчивости по скорости на больших числах М

 (Mach Trim System)

 

Данная система является встроенной функцией цифровой системы управления самолетом (DFCS).

Система MACH TRIM обеспечивает устойчивость по скорости при числе М более 0,615. При увеличении числа М электромеханизм MACH TRIM ACTUATOR смещает нейтраль загружателя штурвала (feel and centering unit) и руль высоты автоматически отклоняется на кабрирование, компенсируя пикирующий момент от смещения аэродинамического фокуса вперед. При этом на штурвал никакие перемещения не передаются. Подключение и отключение системы происходит автоматически в функции числа М.

Система получает число М от Air Data Computer. Система двухканальная. При отказе одного канала индицируется MACH TRIM FAIL при нажатии Master Caution и гаснет после Reset. При двойном отказе система не работает и сигнал не гасится. На классике необходимо выдерживать число М не более 0.74, на NG – IAS не более 280 узлов, число М не более 0.82.

 

Управление стабилизатором

 

Стабилизатор управляется электродвигателями триммирования: один из них управляется вручную от переключателей на штурвалах, второй - от автопилота. Также обеспечена механическая связь со стабилизатором с помощью колеса управления и тросовой проводки. На случай заклинивания любого из электродвигателей предусмотрена муфта, разъединяющая проводку управления стабилизатором от электродвигателей. Чтобы сработала муфта, надо приложить усилие к колесу управления и сделать примерно пол-оборота.

Полный ход стабилизатора 0 - 17 units (-0.2 – 16.9 на NG). Он возможен только от механической системы управления.

Диапазон работы автопилота ограничен 0,25 – 14 units (0.05 – 14.5 на NG).

Управление от переключателей на штурвале еще более ограничено: 0,25 – 12,5 (0.05 – 14.5 на NG) при выпущенных закрылках и 2,5 – 12,5 (3.95 – 14.5 на NG) при убранных.

Диапазон 2 – 6,9 units (Green band) соответствует эксплуатационному диапазону центровок, соответственно 30% - 5% САХ. На NG этот диапазон 2,65 – 8,5 units, соответственно для центровок 36% - 6% САХ. При положении стабилизатора вне данного диапазона при переводе РУД на взлетный режим будет звучать прерывистый звуковой сигнал (Takeoff configuration warning).

 

 

Управление электродвигателем ручного триммирования выполняется от нажимных переключателей на штурвалах пилотов.

Нажатие этих переключателей при подключенном автопилоте приводит к его отключению.

При отклонении штурвальной колонки от нейтрали срабатывают выключатели, прерывающие цепь управления стабилизатором в сторону противоположную отклонению. Например, при взятии штурвала на себя невозможно отклонить стабилизатор на пикирование. Чтобы отключить данное ограничение на центральном пульте есть выключатель «OVERRIDE». Его нужно использовать при заклинении проводки рулём высоты, чтобы управлять самолётом по тангажу с помощью только одного стабилизатора.