Пилотируем большой реактивный(часть 1)⁠⁠

Попробую ликвидировать фобию к полетам у товарищей опубликовав статью "Пилотируем большой реактивный". Особенно по отношению к постам "Вы легко посадите Самолет" Повествование идет с отсылкой к симулятору Microsoft Flight Simulator, однако позволит гражданам понять, как осуществляются реальные полеты на "Больших реактивных". Итак:

Автор - Darkstar

В этой статье мы рассмотрим основные принципы захода на посадку на больших реактивных самолетах применительно к нашим условиям. Хотя за основу рассмотрения выбран Ту-154, следует учитывать, что на других типах ВС применяются, в общем, сходные принципы пилотирования. Информация взята из расчета на реальную технику, а испытывать судьбу мы будем пока в MSFS, есть у фирмы "Микрософт" такой компьютерный симулятор, возможно, вы даже слышали...

ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ САМОЛЕТА

Конфигурация самолета — сочетание положений механизации крыла, шасси, частей и агрегатов ВС, определяющих его аэродинамические качества.

На транспортном самолете, еще до входа в глиссаду, должна быть выпущена механизация крыла, шасси и переложен стабилизатор. Кроме того, по решению командира воздушного судна, экипаж может включить автопилот и/или автомат тяги для захода в автоматическом режиме.

Механизация крыла

Механизация крыла — комплекс устройств на крыле, предназначенных для регулирования его несущей способности и улучшения характеристик устойчивости и управляемости. Механизация крыла включает закрылки, предкрылки, щитки (интерцепторы), активные системы управления пограничным слоем (например, его сдув, отбираемым от двигателей воздухом) и т.д.

Закрылки (flaps)

В целом, закрылки и предкрылки предназначены для повышения несущей способности крыла на взлетно-посадочных режимах.

Аэродинамически, это выражается в следующем:

закрылки увеличивают площадь крыла, что приводит к увеличению подъемной силы.

закрылки увеличивают кривизну профиля крыла, что приводит к более интенсивному отклонению воздушного потока вниз, что также увеличивает подъемную силу.

закрылки увеличивают аэродинамическое сопротивление самолета, а значит вызывают уменьшение скорости.

Увеличение подъемной силы крыла позволяет снизить скорость до более низкого предела. Например, если при массе 80 т скорость сваливания Ту-154Б без закрылков составляет 270 км/ч, то после выпуска закрылков полностью (на 48 град) она уменьшается до 210 км/ч. Если уменьшить скорость ниже этого предела, самолет выйдет на опасные углы атаки, возникнет срывная тряска (бафтинг, buffeting) (особенно при убраных закрылках) и, в конце концов, произойдет сваливание в штопор.

Крыло, оборудованное закрылками и предкрылками, образующими в нем профилированные щели, называют щелевым. Закрылки также могут состоять из нескольких панелей и иметь щели. Например, на Ту-154М применяются двухщелевые, а на Ту-154Б трехщелевые закрылки (на фото Ту-154Б-2). На щелевом крыле воздух из области повышенного давления под крылом с большой скоростью поступает через щели на верхнюю поверхность крыла, что приводит к уменьшению давления на верхней поверхности. При меньшей разности давлений, обтекание крыла получается более плавным и тенденция к формированию срыва уменьшается.

Угол атаки (УА), Angle of Attack (AoA)— основное понятие аэродинамики. Углом атаки профиля крыла называется угол, под которым профиль обдувается набегающим потоком воздуха. В нормальной ситуации УА не должен превышать 12-15 град, в противном случае возникает срыв потока, т.е. образование турбулентных “бурунчиков” за крылом, как в быстром ручье, если поставить ладонь не вдоль, а поперек потока воды. Срыв приводит к потере подъемной силы на крыле и сваливанию самолета.

На "небольших" самолетах (включая Як-40, Ту-134) выпуск закрылков обычно приводит к “вспуханию” — самолет немного увеличивает вертикальную скорость и задирает нос. На "больших" самолетах стоят системы улучшения устойчивости и управляемости, которые автоматически парируют возникающий момент опусканием носа. Такая система есть на Ту-154 поэтому там "вспухание" невелико (кроме того, там момент выпуска закрылков совмещено с моментом перекладки стабилизатора, который создает противоположный момент). На Ту-134 пилоту приходится гасить увеличение подъемной силы вручаную отклоняя штурвальную колонку от себя. В любом случае, для уменьшения "вспухания", закрылки принято выпускать в два или три приема — обычно сначала на 20-25, потом на 30-45 градусов.

Предкрылки (slats)

Кроме закрылков, почти все транспортные самолеты также имеют предкрылки, которые установлены в передней части крыла, и автоматически отклоняются вниз одновременно с закрылками (пилот о них почти не думает). Принципиально они выполняет ту же функцию, что и закрылки. Отличие состоит в следующим:

1. На больших углах атаки, отклоненные вниз предкрылки как крючком цепляются за набегающий поток воздуха, отклоняя его вниз вдоль профиля. В результате, предкрылки уменьшают угол атаки остальной части крыла и откладывают момент сваливания на большие углы атаки.

2. Предкрылки обычно имеют меньший размер, а значит и меньшее лобовое сопротивление.

В целом, выпуск как закрылков так и предкрылков сводится к увеличению кривизны профиля крыла, что позволяет сильнее отклонять вниз набегающий поток воздуха, а значит увеличивать подъемную силу.

Чтобы понять, на фига на самолетах применяется такая сложная механизация, понаблюдайте за приземлением птиц. Часто можно обратить внимание, как голуби и им подобные вороны садятся сильно распушив крылья, поджимая хвост и стабилизатор под себя, пытаясь получить профиль крыла большой кривизны и создать хорошую воздушную подушку. Это и есть выпуск закрылков и предкрылков.

Интерцепторы (spoilers)

Интерцепторы, они же спойлеры представляют собой отклоняемые тормозные щитки на верхней поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъемную силу (в отличие от закрылков и предкрылков). Поэтому интерцепторы (особенно на "илах") также называют гасителями подъемной силы.

Интерцепторы — это очень широкое понятие, в которое напичкано много всяких разновидностей гасителей, и на разных типах они могут называться по-разному и располагаться в разных местах.

В качестве примера рассмотрим крыло самолета Ту-154, на котором применяются три типа интерцепторов:

1) внешние элерон-интерцепторы (spoilerons, roll spoilers)

Элерон-интерцепторы представляют собой дополнение к элеронам. Они отклоняются несимметрично. Например на Ту-154, при отклонении левого элерона вверх на угол до 20 град, левый элерон-интерцептор автоматически отклоняются вверх на угол до 45 град. В результате подъемная сила на левом полукрыле уменьшается, и самолет кренится влево. То же самое для правого полукрыла.

Почему нельзя обойтись только одними элеронами?

Дело в том, что чтобы создать момент крена на большом самолете, нужна большая площадь отклоняемых элеронов. Но, поскольку реактивные самолеты летают на скоростях близких к звуковым, они должны иметь тонкий профиль крыла, который бы не создавал слишком большого сопротивления. Применение больших элеронов приводило бы к его скручиванию и всяким нехорошим явлениям типа реверса элеронов (такое, например, может иметь место быть на Ту-134). Поэтому нужен способ распределить нагрузку на крыло более равномерно. Для этого и используются элерон-интерцепторы.— щитки, установленные на верхней поверхности, которые при отклонении вверх, уменьшают подъемную силу на данном полукрыле, и "топят" его вниз. Скорость вращения по крену при этом значительно возрастает.

Пилот не задумывается об элерон-интерцепторах, с его точки зрения, все происходит автоматически.

2) средние интерцепторы (spoilers, speed brakes)

Средние интерцепторы это то, что обычно понимают под просто "интерцепторами" или "спойлерами" — т.е. "воздушные тормоза".

Симметричное задействование интерцепторов на обеих половинах крыла приводит к резкому уменьшению подъемной силы и торможению самолета. После выпуска "воздушных тормозов" самолет сбалансируется на большем угле атаки, начнет тормозиться за счет возросшего сопротивления и плавно снижаться.

На Ту-154 средние интерцепторы отклоняются на произвольный угол до 45 град с помощью рычага на среднем пульте пилотов. Это к вопросу, где у самолета стоп-кран.

На Ту-154 внешние и средние интерцепторы это конструктивно разные элементы, но на других самолетах "воздушные тормоза" могут быть конструктивно совмещены с элерон-интерцепторами. Например, на Ил-76 интерцепторы обычно работают в элеронном режиме (с отклонением на угол до 20 град), а при необходимости — в тормозном (с отклонением на угол до 40 град).

Выпускать средние интерцепторы при заходе на посадку не надо. Вообще-то, выпуск интерцепторов после выпуска шасси обычно запрещен. В нормальной ситуации, интерцепторы выпускаются для более быстрого снижения с эшелона с вертикальной скоростью до 15 м/c и после после приземления самолета. Кроме того, они могут применяться при прерванном взлете и экстренном снижении.

Бывает, что "виртуальщики" при заходе на посадку забывают убрать газ, и держат режим чуть ли не на взлетном, пытаясь вписаться в схему посадки с очень высокой скоростью, вызывая гневные вопли диспетчера в стиле “Maximum speed below ten thousand feet is 200 knots!” В таких случаях можно кратковременно выпустить средние интерцепторы, но в реальности, это вряд ли приведет к чему-нибудь хорошему. Лучше пользоваться таким грубым методом гашения скорости заблаговременно — только на снижении, причем не всегда обязательно выпускать интерцепторы на полный угол.

3) внутренние интерцепторы (ground spoilers)

Также "тормозные щитки"

Расположены на верхней поверхности во внутренней (корневой) части крыла между фюзеляжем и гондолами шасси. У Ту-154 автоматически отклоняются на угол 50 град после приземления при обжатии основных аморстоек шасси, скорости более 100 км/ч и РУД-ах в положении "малый газ" или "реверс". Одновременно отклоняются и средние интерцепторы..

Внутренние интерцепторы предназначены для гашения подъемной силы после приземления или при прерваном взлете. Как и другие типы интерцепторов, они не столько гасят скорость, сколько гасят подъемную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колеса и улучшению сцепления колес с поверхностью. Благодаря этому после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колес.

На Ту-134 тормозные щитки — это единственный тип интерцепторов.

В симуляторе внутренние интерцепторы либо отсутствуют, либо воссоздаются достаточно условно.

БАЛАНСИРОВКА ПО ТАНГАЖУ

Большие самолеты имеют ряд особенностей управления по тангажу, о которых нельзя не упомянуть. Триммирование, центровка, балансировка, перекладка стабилизатора, расход штурвальной колонки. Рассмотрим эти вопросы более подробно.

Тангаж (pitch)— угловое движение летательного аппарата относительно поперечной оси инерции, а проще говоря "задир". У моряков эта фигня называется "дифферент".

Тангаж противопоставлен крену (bank) и рысканию (yaw), которые соответственно характеризуют положения ЛА при его вращении вокруг продольной и вертикальной оси. Соответственно различают углы тангажа, крена и рысканья (иногда их называют углы Эйлера). Термин "рысканье" можно заменять словом "курс", например говорят "в канале курса".

Отличие угла тангажа от угла атаки, надеюсь объяснять нет необходимости... Когда самолет падает совершенно плашмя, как утюг, угол атаки у него будет 90 град, а угол тангажа будет близок к нулю. Наоборот, когда истребитель идет в наборе, на форсаже, с хорошей скоростью, у него угол тангажа может быть 20 град, а угол атаки, скажем, всего 5 град.

Триммирование

Чтобы обеспечить нормальное пилотирование, усилие на штурвале должно быть ощутимым, в противном случае, любое случайное отклонение могло бы ввести самолет в какой-нибудь нехороший штопор. Собственно говоря, именно поэтому на тяжелых самолетах, не предназначенных для выполнения резких маневров, обычно применяются штурвалы, а не ручки — их не так просто случайно отклонить по крену. (Исключение составляет Airbus, который предпочитает джойстики.)

Понятно, что при затяжеленном управлении бицепсы у пилота будут постепенно развиваться довольно приличные, более того, если самолет разбалансирован по усилиям его трудно пилотировать, т.к. любое ослабление усилия толкнет штурвальную колонку (ШК) не туда, куда надо. Поэтому, чтобы в процессе выполнения полета, летчики могли иногда хлопнуть стюардессу Катьку по заднице, на самолетах устанавливают триммеры.

Триммер — устройство, которое тем или иным способом фиксирует штурвал (ручку управления) в заданном положении, дабы папелац мог снижаться, набирать высоту и лететь в горизонтальном полете и т.д. без приложения усилий к штурвальной колонке.

В результате триммирования, точка, в которую тянет штурвал (ручку), будет не совпадать с нейтральным положением для данного руля. Чем дальше от положения триммирования, тем большие усилия приходится прикладывать, чтобы удержать штурвал (ручку) в заданном положении.

Чаще всего, под триммером имеют в виду триммер в канале тангажа — т.е. триммер руля высоты (РВ). Тем не менее, на больших самолетах триммеры на всякий случай, ставят во всех трех каналах — там они обычно выполняют вспомогательную роль. Например, в канале крена триммирование может применятся при продольной разбалансировки самолета из-за несимметричной выработки топлива из крыльевых баков, т.е. когда одно крыло перетягивает другое. В канале курса — при отказе двигателя, чтобы самолет не рыскал в сторону, когда один двигатель не работает. И т.д.

Триммирование можно технически реализовать следующими способами:

1) с помощью отдельного аэродинамического триммера, как на Ту-134— т.е. маленького "рулька" на руле высоты, который удерживают основной руль в заданном положении с помощью аэродинамической компенсации, т.е. используя силу набегающего потока. На Ту-134 для управления таким триммером используется колесо триммера, на которое наматывается трос, идущий к РВ.

2) с помощью МЭТ (механизма эффекта триммирования), как на Ту-154 — т.е. просто регулируя затяжку в системе пружин (правильнее сказать, пружинных загружателей), которые чисто механически удерживает штурвальную колонку в заданном положении. Когда шток МЭТ перемещается вперед-назад, загружатели то ослабляются, то натягиваются. Для управления МЭТ используются небольшие нажимные переключатели на рукоятках штурвалов, при включении которых, шток МЭТ, а за ним и штурвальная колонка медленно перемещаются в заданное положение. Аэродинамические триммеры как на Ту-134, на Ту-154 отсутствуют.

3) с использованием переставного стабилизатора, как на большинстве западных типов (см ниже)

В симуляторе трудно воссоздать настоящий триммер руля высоты, для этого придется использовать навороченный джойстик с эффектом триммирования, потому что, то, что в MSFS называется триммером, по сути, не стоит воспринимать как таковой — правильнее было бы замазать джойстик пластилином или жевачкой или просто положить мышь на стол (в FS98) — вот вам и триммер. Надо сказать, что управление это вообще больное место всех симуляторов. Даже если купить самый навороченный штурвал и систему педалей, оно все равно, скорее всего, будет далековато от реального. Имитация она и есть имитация, потому что, чтобы получить абсолютно точную копию настоящего самолета нужно затратить столько же усилий и переработать столько же информации, сколько и для того, чтобы построить настоящий самолет...