Роль хлопьев в сценариях аварийного спуска и быстрого снижения

В авиационных операциях способность управлять энергией — как высотой, так и скоростью — является основополагающим навыком, который становится критическим при возникновении чрезвычайных ситуаций. В то время как закрылки чаще всего связаны с взлетом и посадкой, их вторичная функция в качестве устройства, производящего сопротивление, делает их бесценными в сценариях, требующих быстрого спуска или замедления. Для операторов флота понимание того, как развертывание закрылка взаимодействует с производительностью самолета, структурными ограничениями и процедурными нормами, имеет важное значение для поддержания запаса прочности при различных типах самолетов и профилях полетов.

Флапсы — это устройства высокой грузоподъемности, установленные на задней кромке крыла. При их удлинении они увеличивают камбер крыла и, в некоторых конструкциях, его аккорд и площадь поверхности. Это одновременно увеличивает подъем и перетаскивание. При нормальных условиях эксплуатации преимущество подъема используется для снижения скоростей остановки во время медленного полета. В экстренной ситуации, однако, компонент перетаскивания становится основным активом, позволяя пилоту сбрасывать высоту или скорость полета быстрее, чем это было бы возможно в противном случае с одним только уменьшением дроссельной заслонки.

В этой статье рассматриваются аэродинамические принципы, оперативные процедуры и соображения безопасности, регулирующие использование лоскутов во время аварийного спуска и быстрого замедления. Она учитывает конкретные потребности руководителей флота, капитанов-инструкторов и линейных пилотов, которые должны обеспечить, чтобы стандартные операционные процедуры учитывали нюансы развертывания лоскутов в различных конфигурациях самолетов и сценариях чрезвычайных ситуаций.

Аэродинамические принципы, управляющие поведением помех

Скачать игру Drag, and the Drag Curve

Чтобы понять, почему закрылки эффективны в чрезвычайных ситуациях, необходимо сначала изучить взаимосвязь между подъемом и перетаскиванием. В неускоренном полете вес самолета уравновешивается подъемом, а тяга уравновешивается перетаскиванием. При развертывании закрылков коэффициент подъема крыла увеличивается, что обычно заставляло бы самолет подниматься вверх, если тяга и отношение остаются постоянными. Одновременное увеличение коэффициента перетаскивания, однако, оказывает мощное замедление.

При заданной скорости полета развертывание закрылков смещает рабочую точку самолета выше на кривой сопротивления. Это означает, что для той же настройки тяги самолет будет замедляться или опускаться, в зависимости от того, как пилот управляет шагом и мощностью. При аварийном спуске пилот обычно уменьшает тягу до холостого хода и развертывает закрылки до установки, которая оптимизирует сопротивление, не превышая скорость удлинения закрылка (Vfe). Результатом является более крутой градиент спуска и более высокая скорость спуска по сравнению с чистой конфигурацией при холостом ходу.

Величина увеличения сопротивления зависит от типа лоскута, угла развёртывания и скорости воздуха. Обычные лоскуты, расщеплённые лоскуты, расщеплённые лоскуты и лоскуты Фаулера производят разные профили сопротивления. Фаулеровые лоскуты, которые расширяются назад и вниз, создают большое увеличение как подъема, так и сопротивления из-за увеличенной площади крыла и камбера. Для целей аварийного спуска расщеплённые лоскуты и расщеплённые лоскуты предлагают более выраженное приращение сопротивления относительно их увеличения подъема, что делает их особенно эффективными, когда требуется быстрая потеря высоты.

Типы лоскутов и их характеристики драги

Операторы флота со смешанными типами самолетов должны признать, что отклик заслонок значительно варьируется между конструкциями.В самолетах, оснащенных простыми заслонами, увеличение сопротивления является умеренным, а скорость спуска, достижимая с полными заслонами, может быть менее драматичной, чем в самолетах с защелкнутыми или заслонками Фаулера.Наоборот, самолеты с большими заслонами Фаулера могут достигать очень высоких скоростей спуска, но риск превышения конструктивных пределов также больше, если пилот развертывает заслонки выше максимальной рабочей скорости для данной установки заслонки.

Сплит-флапы, распространенные на старых реактивных самолетах и некоторых военных типах, производят высокое сопротивление с относительно небольшим увеличением подъема. Это делает их хорошо подходящими для аварийного спуска, поскольку они обеспечивают сильное замедление без создания чрезмерного подъема, который может вызвать воздушный шар или потребовать значительных изменений обрезки носа. Однако, сплит-флапы могут генерировать значительный хвостовой буфет, который может усложнить управление в турбулентных условиях или во время высокоскоростных спусков.

Слотированные закрылки и закрылки Фаулера, при большей аэродинамической эффективности, вводят дополнительные соображения. Слоты позволяют высокоэнергетическому воздуху течь по поверхности закрылка, задерживая разделение и поддерживая подъем под более высокими углами атаки. Во время аварийного спуска это означает, что самолет может поддерживать более крутой угол спуска без остановки, но пилот должен быть бдительным в отношении управления скоростью полета. Увеличенный подъем от этих типов закрылков может фактически противостоять спуску, если пилот не уменьшает тягу достаточно или обрезает самолет носом вниз.

Оперативное использование хлопьев при аварийном спуске

Когда и почему выбираются хлопья

Экстренный спуск обычно инициируется в ответ на такие события, как быстрая декомпрессия, отказ двигателя с огнем, дым в кабине или потеря давления в салоне, что требует немедленного снижения на безопасную высоту - обычно на 10 000 футов или ниже, где дополнительный кислород может не потребоваться. В реактивном самолете основным средством достижения быстрого спуска является развертывание скоростных тормозов или спойлеров. Флапсы могут использоваться дополнительно, особенно в самолетах без специализированных систем скоростных тормозов, или в ситуациях, когда пилоту необходимо достичь максимально возможной скорости спуска.

В авиации общего назначения закрылки часто являются единственным доступным устройством для увеличения сопротивления, что делает их правильное развертывание критическим. В типичном аварийном спуске легкого самолета пилот уменьшает мощность до холостого хода, расширяет закрылки до максимально допустимой настройки для текущей скорости полета и устанавливает положение носовой части вниз, которое поддерживает скорость полета чуть ниже Vfe. Результатом является контролируемый спуск со скоростью, которая может превышать 2000 футов в минуту, в зависимости от типа самолета и веса.

Для операторов флота ключевым соображением является обеспечение того, чтобы все пилоты понимали скорости расширения закрылков для каждого типа самолета и правильную последовательность развертывания. Развертывание закрылков на скоростях выше Vfe может привести к структурным повреждениям или даже разделению закрылков, что может привести к потере управления. Стандартные рабочие процедуры должны указывать максимальную скорость для каждой установки закрылков и включать руководство о том, когда закрылки могут использоваться в сочетании с другими устройствами перетаскивания.

Процедура и техника

Методика использования закрылков при аварийном спуске варьируется в зависимости от самолета, но в целом следует последовательной логике. Пилот сначала уменьшает тягу до холостого хода и расширяет скоростные тормоза или спойлеры, если таковые имеются. Далее пилот расширяет закрылки постепенно, контролируя скорость воздуха, чтобы убедиться, что она остается ниже предела для каждой последующей установки. В самолетах с автоматическим сбросом нагрузки закрылка система может предотвратить развертывание закрылка, если скорость полета слишком высока, но пилоты не должны полагаться исключительно на автоматизацию.

После того, как закрылки находятся в желаемой установке, пилот устанавливает положение шага, которое дает целевую скорость спуска и скорость полета. В большинстве самолетов отношение шага между 10 и 20 градусами нос-вниз является подходящим, с более точными корректировками, сделанными, чтобы оставаться в пределах. Пилот также должен управлять изменениями конфигурации самолета, такими как корректировки отделки и любые изменения скорости кабинки. С расширенными закрылками скорость кабинки уменьшается, что обеспечивает больший запас над кабинкой в спуске. Однако пилот должен знать, что запас может сузиться, если воздушная скорость позволяет распадаться или если самолет входит в крутой поворот.

Распространенной ошибкой является слишком быстрое развертывание закрылков или чрезмерное их наращивание. Это может вызвать внезапный момент поднятия, когда подъем увеличивается, за которым следует быстрое замедление, которое может удивить пилота. Если пилот затем агрессивно толкает нос вниз для поддержания скорости спуска, самолет может превысить Vfe или войти в состояние сверхскоростной скорости. Учебные сценарии должны подчеркивать плавное, преднамеренное расширение закрылка и необходимость предвидеть изменения шага и мощности, которые сопровождают каждый выбор закрылка.

Флотно-конкретные соображения

Операторы флота, управляющие несколькими типами самолетов, должны учитывать различия в конструкции системы закрылков. Самолеты с проволочным приводом, такие как семейство Airbus A320, имеют функции защиты оболочки, которые ограничивают развертывание закрылков на основе скорости полета. В этих самолетах пилот может выбирать закрылки, не опасаясь превышения структурных ограничений, но система может ограничивать развертывание способами, которые влияют на спусковые характеристики. Пилоты, переходящие от обычных к летающим по проводам самолетам, нуждаются в специальной подготовке о том, как защита оболочки полета взаимодействует с процедурами аварийного спуска.

В самолетах с ручными или электрическими системами закрылков пилот имеет более прямое управление, но также и большую ответственность за контроль скорости полета. В этих типах контрольные списки должны четко указывать максимальные скорости для каждой установки закрылков и включать в себя заметку о времени, необходимом для полного расширения закрылков. В некоторых самолетах продление закрылков от нуля до полного может занимать от 10 до 15 секунд, что должно учитываться в графике аварийной ситуации.

Для операторов турбинных самолётов общей авиации, таких как Beechcraft King Air или Pilatus PC-12, развертывание лоскутов во время аварийного спуска должно согласовываться с оперением винта при выходе из строя двигателя. Непернатые винты создают значительное сопротивление, а добавление лоскутов может вызвать чрезмерное замедление, что усложняет управление. Стандартные рабочие процедуры должны указывать порядок действий: обычно сначала лоцманские перья винта, затем растягивают лоскуты по мере необходимости для достижения желаемой скорости спуска.

Роль хлопьев в быстром торможении

Уменьшение скорости при подходе и посадке

Сценарии быстрого замедления часто происходят вблизи земли, например, во время подхода, который становится нестабильным или когда пилот должен отказаться от посадки и выполнить обход. В этих ситуациях закрылки играют двойную роль. Расширение закрылков увеличивает сопротивление и замедляет самолет, но также снижает скорость кабинки, позволяя пилоту летать на более медленных скоростях без остановки. Это может быть полезно, когда пилоту нужно быстро снизить скорость для настройки посадки или избежать перевылета взлетно-посадочной полосы.

Однако замедление, достигаемое удлинением закрылка, не является мгновенным. Приращение сопротивления должно преодолевать инерцию самолета, которая при типичных скоростях сближения 120—160 узлов в транспортном самолете требует нескольких секунд для получения заметного снижения скорости. По этой причине пилоты часто сочетают удлинение закрылка с уменьшением тяги и, при наличии, развертыванием скоростного тормоза. В некоторых самолетах тормоза скорости автоматически убираются, когда закрылки превышают определенную настройку, поэтому пилот должен знать о логике блокировки.

В операциях флота на этапах захода на посадку и посадки приходится непропорционально большая доля инцидентов. Поэтому стандартные рабочие процедуры должны определять максимальную установку заслонок для замедления и условия, при которых заслонки могут использоваться для коррекции неустойчивого подхода. Многие операторы запрещают использование заслонок для замедления во время заключительного сегмента захода ниже 500 футов, поскольку изменение высоты и мощности может дестабилизировать путь захода.

Уменьшение скорости полета и управление энергией

За пределами фазы подхода закрылки могут использоваться для замедления в полете в ответ на такие события, как инструкции по управлению воздушным движением, предотвращение движения или необходимость снижения скорости перед входом в турбулентные условия воздуха или обледенения. В этих сценариях пилоту может потребоваться не максимальная скорость спуска, а контролируемое снижение скорости воздуха при сохранении высоты. Частичное развертывание закрылков - обычно от 10 до 15 градусов - обеспечивает полезное увеличение сопротивления без больших изменений шага и мощности, связанных с полными закрылками.

Использование закрылков для замедления в полете должно быть сбалансировано с необходимостью поддержания положительной скорости подъема или уровня полета. Если пилот расширяет закрылки при малой мощности, самолет может начать спускаться. Это может быть приемлемо в некоторых ситуациях, например, когда пилоту также нужно потерять высоту, но это может быть проблематично, если самолет работает вблизи местности или препятствий. В таких случаях предпочтительны спойлеры или скоростные тормоза, поскольку они производят сопротивление без значительного увеличения подъема.

Для операторов флота программы обучения должны включать сценарии, требующие от пилота замедления от крейсерской скорости до скорости приближения при управлении изменениями конфигурации. Эти сценарии повышают мастерство в управлении энергией и помогают пилотам понять взаимосвязь между установкой закрылков, тягой, отношением к шагу и скоростью полета. Симуляторные сеансы, сочетающие отказ двигателя с требуемым снижением скорости, особенно эффективны, поскольку заставляют пилота расставлять приоритеты и секвенировать несколько действий.

Риски, ограничения и человеческие факторы

Структурные и аэродинамические пределы

Наиболее значительный риск, связанный с развертыванием закрылков в чрезвычайных ситуациях, заключается в превышении скорости удлинения закрылков. Когда скорость воздушного движения превышает Vfe, аэродинамические нагрузки на закрылки могут вызвать деформацию, отказ шарнира или разделение. В некоторых самолетах запас между нормальными рабочими скоростями и Vfe узок, особенно во время высокоскоростного спуска. Пилоты должны быть обучены непрерывно контролировать скорость воздушного движения и избегать соблазна преждевременно удлинять закрылки в попытке ускорить спуск.

Другой риск — асимметричное развертывание закрылков, которое может произойти из-за механического отказа, гидравлического дисбаланса или ошибки пилота. Асимметричные закрылки создают момент качения, который может быть трудно контролировать, особенно на низких скоростях или во время вспышки. При аварийном спуске пилот может не сразу распознать, что один закрылок не удлинился, особенно если указание кабины экипажа неоднозначно. Процедуры флота должны включать руководство по распознаванию и реагированию на асимметричные ситуации закрылков, включая использование альтернативных систем расширения или ручной реверсии.

Маржа и контролируемость

В то время как закрылки снижают скорость кабинки, они также изменяют характеристики кабинки крыла. При расширенных закрылках кабинка имеет тенденцию быть более доброкачественной в некоторых самолетах, но более резкой в других. В самолетах с сильно метнущимися крыльями или передовыми воздушными фольгами развертывание закрылков может изменить распределение подъема по шпанге, увеличивая вероятность кабинки, если самолет летит под высоким углом атаки. Пилоты должны понимать поведение кабинки своего самолета в каждой конфигурации закрылка и избегать агрессивного маневрирования при расширении закрылков.

В сценариях быстрого замедления у пилота может возникнуть соблазн использовать закрылки для замедления самолета при одновременном повороте, чтобы избежать движения или местности. Эта комбинация высокого угла атаки, угла берега и удлинения закрылка может создать условия, которые приводят к остановке или потере управления. Обучение должно подчеркивать, что закрылки являются инструментом замедления, а не инструментом маневрирования, и что повороты должны быть завершены до или после развертывания закрылка, а не во время.

Координация экипажа и коммуникация

В операциях с несколькими экипажами использование закрылков во время чрезвычайных ситуаций требует четкой связи и совместного выполнения задач. Пилот, выполняющий полет (PF), должен объявить о предполагаемой установке закрылка, а контроль пилота (PM) должен подтвердить, что скорость находится в пределах и вызвать положение закрылка во время расширения. Стандартная фразеология, такая как «Удары 15, в пределах» и «Удары 15, установлен», уменьшает неоднозначность и гарантирует, что оба члена экипажа осведомлены об изменениях конфигурации.

Операторы флота должны также учитывать человеческие факторы, которые влияют на решения, связанные с лоскутами. Во время стрессовой чрезвычайной ситуации пилоты склонны фиксироваться на одном действии - например, как можно быстрее спускаться - и упускать из виду вторичные соображения, такие как ограничения скорости полета или необходимость настройки самолета для посадки. Контрольная дисциплина, перекрестная проверка и использование автоматических вызовов могут смягчить эту фиксацию и помочь пилотам поддерживать более широкую осведомленность о состоянии самолета.

Обучение и стандартизация на всем флоте

Сценарии и навыки симулятора

Эффективная подготовка к использованию закрылков в чрезвычайных ситуациях требует реалистичных сценариев тренажера, которые заставляют пилотов управлять несколькими задачами под давлением времени. Хорошо разработанный сценарий может сочетать быструю декомпрессию на крейсерской высоте с отказом двигателя и требованием опускаться до 10 000 футов при замедлении, чтобы приблизиться к скорости. Пилот должен правильно развертывать закрылки, управлять тягой, общаться с управлением воздушным движением и готовиться к потенциальной посадке - все при мониторинге структурных ограничений и координации экипажа.

Для операторов флота ключевым является обеспечение того, чтобы сценарии обучения были репрезентативными для типов воздушных судов в парке и операционной среде, в которой они летают. Оператору региональных самолетов, работающих в горной местности, возможно, потребуется подчеркнуть методы спуска, которые поддерживают очистку местности при достижении высокого уровня спуска. Оператор грузового самолета, который часто летает на максимальных весах, возможно, потребуется сосредоточиться на взаимодействии между развертыванием закрылков и инерцией самолета и тормозным расстоянием при посадке.

Разработка стандартных операционных процедур

Стандартные рабочие процедуры использования закрылков в чрезвычайных ситуациях должны быть четкими, краткими и последовательными по всему флоту. В них должны быть указаны условия, при которых закрылки могут использоваться для аварийного спуска против замедления, максимальная настройка закрылков для каждого сценария и последовательность действий для развертывания закрылков в сочетании с другими устройствами перетаскивания. Контрольные списки должны быть разработаны для чтения и выполнения без двусмысленности, и они должны включать заметки о скоростях расширения закрылков и любой логике блокировки.

Руководители флота должны также учитывать влияние модификаций или модернизации самолетов на эффективность закрылков. Например, модернизация новой системы привода закрылков или установка крыльев могут изменить характеристики лобового сопротивления закрылков. Любое такое изменение должно сопровождаться обзором соответствующих чрезвычайных процедур и, при необходимости, обновлением учебных материалов для пилотов.

Тематические исследования и извлеченные уроки

Хотя конкретные детали инцидентов не всегда доступны для общественности, обзор баз данных по авиационной безопасности раскрывает несколько общих тем в инцидентах, связанных с закрылками. В одном хорошо задокументированном случае коммерческий самолет испытал быструю декомпрессию на большой высоте, и пилот развернул закрылки для полного расширения до снижения скорости ниже Vfe. В результате превышение скорости привело к разделению обтекателей лоскутной дорожки, что привело к потере контроля, что потребовало от экипажа выполнить аварийную посадку с асимметричным повреждением закрылка. Инцидент подчеркнул важность соблюдения ограничений скорости закрылка даже в самых неотложных чрезвычайных ситуациях.

В другом случае пилот авиации общего назначения попытался быстро замедлиться, развернув полные закрылки при скорости значительно выше Vfe. Смычки вышли из строя асимметрично, создав момент качения, который пилот не мог противодействовать. Самолет вылетел с контролируемого полета и вошел в спин, из которого он не мог восстановиться. В определении NTSB отмечалось, что решение пилота превысить рабочую скорость закрылка было вероятной причиной, и в докладе подчеркивалась необходимость тщательной подготовки по ограничениям закрылков.

Эти случаи иллюстрируют двойственную природу закрылков как аварийного инструмента. Они чрезвычайно эффективны при правильном использовании, но неумолимы при неправильном применении. Для операторов флота урок ясен: каждый пилот должен понимать не только, когда расширять закрылки, но и когда нет. Стандартные рабочие процедуры, обучение и периодические проверки должны усиливать пределы и логику, стоящую за ними.

Интеграция с современными системами бортовых палуб

Современные летательные аппараты, оснащенные электронными системами бортовых приборов (EFIS) и системами управления полетом (FMS), предоставляют пилотам данные в реальном времени, которые могут поддерживать решения, связанные с закрылками. Векторы скоростных тенденций, индикаторы предела закрылков и звуковые предупреждения для условий превышения скорости помогают пилотам оставаться в пределах эксплуатационной оболочки. В некоторых самолетах директор полета может быть запрограммирован для направления пилота через профиль аварийного спуска, включая соответствующие настройки закрылков для каждой фазы спуска.

Операторы флота должны обеспечить, чтобы пилоты обучались эффективно использовать эти средства автоматизации, не становясь чрезмерно зависимыми от них. В случае сбоя системы, такого как потеря указателя скорости или неисправность датчика положения закрылка, пилот должен быть готов управлять самолетом с использованием ручных методов и резервных ссылок. Обучение должно включать сценарии, в которых автоматизация ухудшается или выходит из строя, заставляя пилота вернуться к базовому летному мастерству и глубокому пониманию аэродинамики закрылка.

Экологический и операционный контекст

Решение об использовании закрылков во время чрезвычайной ситуации также зависит от операционной среды. В условиях обледенения развертывание закрылков может усугубить накопление льда на поверхности крыла и закрылков. Некоторые самолеты имеют противоледные системы, которые защищают передний край, но не закрылки, а развертывание закрылков в условиях обледенения может привести к образованию льда на поверхности закрылков, изменяя их аэродинамические характеристики и потенциально приводя к внезапному стойке или потере подъема. Операторы в холодном климате должны иметь конкретные процедуры, которые касаются использования закрылков в условиях обледенения во время чрезвычайных ситуаций.

Аналогичным образом, в условиях высокогорья или жары и высокогорья пониженная плотность воздуха влияет как на производительность самолета, так и на аэродинамическую эффективность закрылков.То же положение закрылков, которое приводит к спуску на уровне моря на 2000 футов в минуту, может давать только 1200 футов в минуту на высоте плотности 10 000 футов. Пилоты, работающие из аэропортов высокогорья, должны быть обучены учитывать эти различия и соответствующим образом корректировать свои ожидания и методы.

Заключение

Флапсы — это не просто инструменты взлета и посадки; они являются критическими компонентами системы управления энергией самолета, и их роль в сценариях аварийного спуска и быстрого замедления нельзя переоценить.Увеличивая сопротивление, закрылки позволяют пилотам быстро терять высоту и скорость полета, обеспечивая необходимый контроль в ситуациях, когда время и запас ограничены.Однако их эффективность ограничена структурными ограничениями, аэродинамическими ограничениями и человеческими факторами, которые требуют тщательной подготовки, четких процедур и дисциплинированного выполнения.

Для операторов флота задача состоит в обеспечении стандартизированного понимания и эффективности во всех пилотных группах и типах самолетов. Это требует инвестиций в обучение, которое выходит за рамки механического запоминания чисел, чтобы подлинно понять аэродинамические принципы работы. Это также требует приверженности разработке стандартных рабочих процедур, которые являются как практическими, так и надежными, учитывающими широкий спектр чрезвычайных ситуаций, с которыми могут столкнуться пилоты.

В конечном счете, безопасное использование закрылков в чрезвычайных ситуациях сводится к знаниям, суждениям и практике. Пилоты, которые понимают, почему процедуры - и которые практиковали их в реалистичных условиях - гораздо чаще принимают обоснованные решения в условиях стресса. Для руководителей флота создание этого потенциала в рамках организации является одним из наиболее эффективных способов улучшить результаты в области безопасности и защитить как людей, так и активы.

Для дальнейшего чтения по аэродинамике закрылков и аварийным процедурам, руководство по летающим самолетам FLT:0FAA предоставляет основополагающий обзор устройств с высокой грузоподъемностью.AOPA Курс по чрезвычайным процедурам предлагает практическое руководство для пилотов авиации общего назначения.Boeing Aero Magazine Публикации по летным операциям на воздушном судне предоставляют информацию о конкретных для флота аспектах и передовой практике.