Роль тяги в системах аварийного декларирования для коммерческих самолетов

Роль тяги в системах аварийного декларирования для коммерческих самолетов

Системы аварийного замедления являются одними из наиболее важных функций безопасности в современных коммерческих самолетах, предназначенных для приведения многотонного реактивного двигателя к контролируемой остановке в условиях, когда одного только стандартного торможения может быть недостаточно. Эти системы вступают в игру во время отклоненных взлетов, угроз переполнения взлетно-посадочной полосы, прерванных посадок и механических отказов, которые требуют быстрого снижения скорости. В то время как колесные тормоза и спойлеры являются основными инструментами замедления, тяга двигателя играет столь же важную, но часто упускается из виду роль. Предоставляя обратную или противодействующую силу, тяга может резко сократить тормозные расстояния, особенно на высоких скоростях, где эффективность тормоза ограничена. В этой статье рассматриваются инженерные принципы, лежащие в основе замедления на основе тяги, его интеграция с другими системами и преимущества безопасности, которые она приносит каждому полету.

Системы аварийного дегенерации

Коммерческие самолеты предназначены для безопасной эксплуатации в широком диапазоне условий, но могут возникнуть чрезвычайные ситуации, требующие максимальной способности к замедлению. Типичная система замедления объединяет в себе несколько компонентов:

В экстренных случаях компьютеры управления полетом самолета автоматически координируют эти системы для достижения максимально короткого тормозного пути при сохранении направленного управления.Тяжелость, в частности, становится критическим фактором, когда температура тормозов высока, условия взлетно-посадочной полосы скользкие или скорости настолько высоки, что аэродинамическое торможение через спойлеры недостаточно.

Механика ржавчины в замедлении

Как работает Thrust Reversal

Тяготные реверсеры представляют собой механические устройства, установленные на задней части реактивных двигателей. Они состоят из подвижных дверей блокировщика и каскадов, которые перенаправляют потоки выхлопных газов вентилятора и ядра. При активации двери блокировщика блокируют нормальный путь кормового потока и заставляют выхлопные газы проходить через каскадные лопасти, которые направляют поток вперед и наружу под углом. Этот поток массы, направленный вперед, создает тормозящую силу, которая непосредственно добавляет к замедлению самолета. На турбовентиляторных двигателях обычно перенаправляется только поток вентилятора, поскольку он составляет большую часть тяги (до 80% на современных двигателях с высоким обходом). Выхлопные газы ядра продолжаются в корму, что помогает поддерживать стабильность двигателя.

Существует три общие конфигурации:

Развертывание реверсоров тяги на современных коммерческих самолетах обычно тормозится в полете над определенной высотой, чтобы предотвратить аэродинамические нарушения, но они могут быть вооружены во время подхода и развернуты автоматически после приземления во время чрезвычайной ситуации.В сценарии отклоненного взлета (RTO) пилот может вручную применить обратную тягу, как только скорость самолета ниже безопасного предела, обычно между 80 и 100 узлами, чтобы избежать попадания мусора.

Модуляция толчка для замедления

Помимо реверсеров, пилоты могут также использовать переднюю модуляцию тяги в качестве помощи при замедлении. В некоторых чрезвычайных ситуациях, таких как прерванная посадка после кругового отказа или отказ двигателя на длинной взлетно-посадочной полосе, снижение тяги двигателя до холостого хода при развертывании спойлеров и тормозов может быть достаточным. Однако наиболее драматический эффект происходит от применения обратной тяги после приземления или во время RTO. Исследования показывают, что обратная тяга может способствовать до 30% от общей силы замедления на высоких скоростях, причем пропорция уменьшается по мере снижения скорости, поскольку эффективность обратной тяги уменьшается с передней скоростью (поскольку выхлоп движется вперед относительно самолета, но относительная скорость воздуха уменьшает чистую силу замедления).

Системы управления полетом на современных самолетах, такие как Boeing Brake-to-Vacate и Airbus Deceleration Management, автоматически смешивают обратную тягу, спойлеры и автоматическое торможение для достижения заданного профиля замедления.Во время чрезвычайной ситуации пилоты могут переопределить эти настройки, чтобы максимизировать замедление, выбрав максимальную обратную тягу и максимальное ручное торможение, но системы предназначены для предотвращения блокировки колес или чрезмерного торможения.

В разных сценариях чрезвычайных ситуаций

Отклоненный взлет (RTO)

RTO является наиболее критической аварийной ситуацией, требующей максимального замедления. Если проблема обнаружена до V1 (скорость принятия решения), пилот должен остановить самолет на оставшейся взлетно-посадочной полосе. В RTO на высокой скорости (до 150-180 узлов) одни только колесные тормоза могут быстро перегреться и потерять эффективность из-за выгорания тормозов. Тяготные реверсеры развернуты немедленно, чтобы обеспечить дополнительную задержку. Сочетание обратной тяги, спойлеров (которые разворачиваются автоматически, когда дросселя замедляется и реверсоры тяги активируются), а колесные тормоза могут уменьшить тормозной путь на 20-30% по сравнению с тормозами. Данные FAA и сертификационные тесты двигателя подтверждают, что обратная тяга является основным фактором успешных RTO на влажных или загрязненных взлетно-посадочных полосах.

Отменённая посадка или провал на ходу

Если посадка прерывается на малой высоте, например, из-за вторжения взлетно-посадочной полосы или механического отказа, самолет должен либо подняться, либо, если слишком поздно, применить максимальное замедление на земле. В последнем случае после приземления пилот выбирает обратную тягу при применении максимального торможения. Спойлеры развертываются автоматически, а система автоматического торможения (если она вооружена) применяет тормоза. Реверсная тяга обеспечивает значительную силу, которая помогает самолету замедлиться даже до того, как тормоза полностью эффективны на низких скоростях.

Неисправность двигателя при торможении

Если один двигатель выходит из строя во время подхода или после приземления, асимметричная тяга может вызвать рыскание. Однако обратная тяга оставшегося двигателя все еще может использоваться с осторожным вводом руля. Многие самолеты сертифицированы для остановки с использованием только одного реверсора, хотя тормозные расстояния увеличиваются. Летный экипаж обучен обрабатывать такие сценарии, и современные законы управления полетом помогают поддерживать направленный контроль.

Пробег по бегу (Overrun Avoidance)

Перерасход взлетно-посадочной полосы является ведущей причиной авиационных происшествий, часто происходящих во влажных или ледяных условиях. NTSB и EASA подчеркнули, что эффективное использование всех систем замедления, особенно обратной тяги, может предотвратить перерасход. В сценарии перерасхода на посадку пилот должен применять максимальную обратную тягу сразу после приземления, даже до развертывания спойлеров, поскольку обратная тяга наиболее эффективна на высоких скоростях. Чем раньше применяется сила замедления, тем короче тормозной путь.

Интеграция с тормозами и спойлерами

Реверсоры толчков не работают изолированно. Они являются частью интегрированной системы, которая включает в себя:

  • Автоматические тормозные системы — На таких самолетах, как Boeing 787 и Airbus A350, система автотормоза может применять заданное тормозное давление (например, низкое, среднее или высокое).В случае чрезвычайной ситуации максимальная настройка автотормоза (или ручное торможение) сочетается с обратной тягой и спойлерами.
  • Развертывание спойлеров — Наземные спойлеры обычно развертываются автоматически, когда самолет обнаруживает вес на колесах, а дроссели находятся в холостом состоянии.В некоторых самолетах обратная тяга также запускает развертывание спойлеров для более быстрого эффекта.
  • Антискользящая система — антискользящая система модулирует тормозное давление для предотвращения блокировки колеса, позволяя пилоту полностью тормозить, не теряя при этом направленного управления. Обратная тяга не влияет на блокировку колеса, поэтому ее можно применять одновременно.

Координация этих систем управляется бортовыми компьютерами управления полетом самолета, которые используют алгоритмы для балансировки торможения и обратной тяги для максимального замедления при защите от структурной перегрузки или перегрева тормозов. На современных самолетах пилот может вмешаться, выбрав максимальную обратную тягу, в то время как система автотормоза управляет тормозами.

Преимущества использования тяги для снижения

  • Сокращение износа тормозов и нагрева — Обратная тяга значительно снижает энергию, поглощаемую тормозами, предотвращая перегрев и выцветание тормозов. Это особенно важно во время RTO, когда температура тормоза может достигать 1000 ° C (1 800 ° F) и вызывать отказ.
  • Высокоскоростная эффективность — На скоростях выше 100 узлов обратная тяга является высокоэффективной, поскольку двигатели производят большое количество тяги. По мере снижения скорости аэродинамическая эффективность обратной тяги падает, но она остается полезной до примерно 20 узлов.
  • Загрязненные характеристики взлетно-посадочной полосы — На влажных, ледяных или покрытых снегом взлетно-посадочных полосах трение между шинами и тротуаром уменьшается. Тормоза могут не достичь своего полного потенциала, но обратная тяга не зависит от трения взлетно-посадочной полосы, обеспечивая надежную силу замедления даже в условиях низкого трения.
  • Усовершенствованное управление направлением — Асимметричная обратная тяга может быть использована для коррекции моментов рыскания, вызванных перекрестными ветрами или отказами двигателя, помогая оставаться на центральной линии взлетно-посадочной полосы.
  • Сокращение дальности посадки — В оперативном плане использование обратной тяги сокращает расстояния посадки, позволяя самолётам использовать взлетно-посадочные полосы, которые в противном случае были бы слишком короткими для определённых условий.

Ограничения и оперативные соображения

Хотя реверсоры тяги являются мощными инструментами, они имеют ограничения:

  • Ограничения скорости — Большинство самолётов запрещают обратную тягу выше определённой скорости (например, 80—100 узлов для RTO), поскольку высокоскоростной выхлоп может вызвать повреждение посторонних предметов или остановку двигателя. При посадке реверсоры вооружены, но не развернуты до момента приземления.
  • Неэффективна на очень низких скоростях — ниже 40—50 узлов обратная тяга становится незначительной, поскольку скорость движения вперёд низкая, а импульс выхлопа относительно небольшой.
  • Риск попадания двигателя в организм — На загрязненных взлетно-посадочных полосах обратная тяга может поражать обломки вверх, которые могут попадать в двигатель, вызывая повреждения. Некоторые самолеты имеют защиту (например, ингибирование обратной тяги на определенных двигателях при работе на загрязненных поверхностях).
  • Шум — Обратная тяга производит значительный шум, который может быть экологическим беспокойством вблизи аэропортов, но это вторично по отношению к безопасности во время чрезвычайной ситуации.
  • Вес и техническое обслуживание — реверсоры толчков добавляют вес и требуют регулярного обслуживания.

Регуляторные и сертификационные аспекты

Авиакомпании и производители должны соблюдать строгие правила для систем замедления. Федеральное авиационное управление (FAA) и Агентство по авиационной безопасности Европейского союза (EASA) требуют, чтобы самолеты демонстрировали способность останавливаться на определенном расстоянии на сухих и влажных взлетно-посадочных полосах с использованием всех доступных устройств замедления. Эти сертификационные испытания включают сценарии с обратной тягой и без нее, чтобы убедиться, что одни только тормозные системы являются адекватными. Однако эксплуатационный кредит для обратной тяги допускается только тогда, когда системы самолета надежны и пилоты обучены. Например, FAA Advisory Circular AC 25.735-1 и 25.109 излагают процедуры испытаний. Кроме того, NTSB неоднократно рекомендовал летным экипажам агрессивно использовать обратную тягу в процедурах предотвращения переполнения.

Тематические исследования: роль силы в предотвращении несчастных случаев

Air France 358 (2005)

В августе 2005 года рейс 358 авиакомпании Air France совершил облет взлетно-посадочной полосы в международном аэропорту Торонто Пирсон в сильную грозу. Хотя самолет и зашел в овраж, все пассажиры и экипаж выжили. Расследование показало, что реверсоры тяги не были развернуты во время посадочного катка, поскольку летный экипаж считал, что они вооружены, но система не была задействована. Этот случай подчеркнул критическую необходимость осведомленности экипажа и надлежащего использования обратной тяги во время влажных посадок на взлетно-посадочную полосу. В докладе NTSB подчеркивается, что раннее развертывание обратной тяги могло бы сократить тормозной путь достаточно, чтобы самолет оставался на взлетно-посадочной полосе.

Американские авиалинии 1420 (1999)

1 июня 1999 года рейс 1420 American Airlines во время грозы совершил облет взлетно-посадочной полосы в Литл-Рок, штат Арканзас. В результате аварии погибли 11 человек. Следствие установило, что экипаж не развернул спойлеры или обратную тягу своевременно, способствуя перенапряжению. Последующие тренировки подчеркнули важность немедленного использования всех устройств замедления, включая обратную тягу, при посадке в неблагоприятных условиях.

Будущие инновации в замедлении на основе торца

По мере развития конструкции самолетов, системы замедления на основе тяги также развиваются:

  • Электрическая обратная тяга — На появляющихся гибридно-электрических и полностью электрических самолетах обратная тяга может быть получена путем разворота шага винта (для турбовинтовых двигателей) или разворота электродвигателя. Некоторые концепции используют дифференциальную тягу для управления направлением.
  • Встроенные двигатели и распределенная тяга — Будущие самолеты с двигателями с встраиваемым крылом или проглатыванием пограничного слоя могут потребовать новых конструкций обратной тяги, таких как подвижные секции гондол или выхлопы из изменяемой геометрии.
  • Улучшенная автоматизация — Системы управления полетом становятся все более изощренными, автоматически выбирая оптимальное сочетание обратной тяги, торможения и спойлеров на основе измерения длины взлетно-посадочной полосы, скорости и трения. Эти системы уменьшают рабочую нагрузку пилота во время чрезвычайных ситуаций.
  • Умные технологии взлетно-посадочной полосы — Наземные датчики могут передавать данные о состоянии взлетно-посадочной полосы на самолет, позволяя системе управления полетом предварительно нажимать обратную тягу на оптимальном уровне для заданного коэффициента трения.

Подготовка кадров и процедуры

Эффективное использование тяги во время аварийного замедления зависит от строгой подготовки пилотов. Симуляторные сессии регулярно практикуют RTO и сценарии перенапряжения, подчеркивая немедленный выбор максимальной обратной тяги (]MAX REV) при сохранении ручного торможения. Авиакомпании разработали стандартные операционные процедуры (SOP), которые требуют:

  1. После приземления (или инициирования RTO) переместите оба рычага тяги в обратный холостой зубчатый слой, затем примените полную обратную тягу.
  2. Проверьте развертывание спойлера и примените максимальное давление педали тормоза, что позволяет модулировать анти-скид.
  3. Поддерживайте направленное управление с помощью руля и рулевого управления; используйте асимметричную обратную тягу, если это необходимо.
  4. По мере того, как скорость падает ниже 60 узлов, уменьшайте обратную тягу до холостого хода, чтобы избежать попадания мусора и уменьшить тепло тормоза.

Эти процедуры прорабатываются до тех пор, пока они не станут автоматическими, гарантируя, что в стрессе фактической чрезвычайной ситуации действия пилота будут быстрыми и правильными.

Заключение

Тяга - это гораздо больше, чем средство движения - это жизненно важный инструмент замедления, который спасает жизни и предотвращает несчастные случаи. От ревущей обратной тяги, применяемой во время отклоненного взлета, до скоординированного смешивания мощности двигателя и торможения на загрязненной взлетно-посадочной полосе, роль тяги в системах аварийного замедления не может быть переоценена. По мере развития авиационной технологии интеграция тяги с другими устройствами замедления будет продолжать улучшаться, делая воздушные перевозки еще более безопасными. Пилоты, производители и регулирующие органы - все это способствует постоянным усилиям по совершенствованию этих систем, гарантируя, что коммерческие самолеты могут эффективно останавливаться в самых сложных условиях. В следующий раз, когда вы приземлитесь, помните, что рев, который вы слышите после приземления, - это не просто отходы - это инженерная работа, чтобы привести вас к безопасной остановке.

Внешние ссылки: