Benötigen moderne Flugzeuge eine Seitenrudereingabe, um eine koordinierte Wende auszuführen?

Benötigen Flugzeuge, die mit Autopilotsystemen ausgestattet sind, angesichts der heutigen hochmodernen elektronischen Systeme in modernen Flugzeugen immer noch eine Rudereingabe des Piloten, um eine Kurve koordiniert zu halten?

Für den Kontext gehe ich davon aus, dass der Pilot das Flugzeug von Hand fliegt, sodass der Autopilot zumindest teilweise deaktiviert werden muss, damit der Pilot die Wende manuell über das Joch / den Steuerknüppel einleiten und ausführen kann, die Verwendung des Seitenruders jedoch weiterhin unnötig oder optional ist .

Müsste zum Beispiel ein F-16-Pilot während einer Wende immer noch das Ruder betätigen? Wenn der militärische Fall nicht generisch genug ist, wie wäre es dann mit einem Verkehrsflugzeugpiloten? Oder ein GA-Flugzeug wie die Cirrus SR22?

Antworten (4)

Die meisten Transportflugzeuge verwenden Gierdämpfersysteme, um kleinere Seitenrudereingaben zu berücksichtigen. Die meisten Autopilotsysteme sind eigentlich nur 2-Achsen - Nicken und Rollen, da die Aufgabe des Ruders nur darin besteht, das Heck hinter der Nase ausgerichtet zu halten. Der Gierdämpfer ist ein separates "Autopilot"-System und hat eine begrenzte Autorität, die ausreicht, um kleinere Gierstörungen zu bewältigen, das Holländerrollen zu dämpfen und nachteiliges Gieren von den Querrudern entgegenzuwirken, und ist die ganze Zeit aktiv, unabhängig davon, ob der Autopilot eingeschaltet ist oder nicht.

Bei einem Y/D-System muss ein Pilot im Flug nur dann wirklich eine Rudereingabe machen, wenn ein Triebwerk ausgeht, da die Autorität des Gierdämpfers nicht ausreicht, um einem asymmetrischen Schub entgegenzuwirken. Im Allgemeinen sind die Füße in einem Jet, sobald er das Abflugprofil passiert hat, auch beim Handfliegen auf dem Boden. Sie sind nur auf den Pedalen, um das Bugrad während des Starts zu steuern und bereit zu sein, falls ein Motor ausgeht.

Bei einem Flugzeug mit gepfeilten Flügeln ist der Gierdämpfer unerlässlich; Wenn der Gierdämpfer ausgeschaltet ist und Gierstörungen auftreten, können niederländische Rollbewegungen beginnen, und wenn der Pilot versucht, mit Rudereingaben zu reagieren, kann er fast immer nicht in Phase bleiben, und es wird spannend. Aufgrund dieser Kritikalität ist Y/D normalerweise zweikanalig. Einer der Tests, die an Serienflugzeugen durchgeführt wurden, besteht darin, eine große Gierbewegung zu induzieren, wobei beide YD-Kanäle ausgeschaltet sind, um eine Holländerrolle in Gang zu bringen, dann jeden YD-Kanal einzuschalten und sicherzustellen, dass er die Holländerrolle stoppt.

Gierdämpfer oder jedes Stabilitätsverbesserungssystem, wie Nickdämpfer oder Gierdämpfer, haben nichts mit der Koordination einer Kurve zu tun, sie dämpfen oder reduzieren nur Schwingungen in dieser Bewegungsachse aufgrund von Störungen.
Nein. Das Y/D-System erkennt Schlupf oder Rutschen und betätigt das Ruder innerhalb eines begrenzten Bereichs, normalerweise etwa 1/4 des gesamten verfügbaren Hubs, um Schlupf oder Rutschen zu vermeiden. Ob es darum geht, Gierschwingungen aufgrund einer Störung zu dämpfen oder auf ungünstiges Gieren zu reagieren, es ist dasselbe. Dem Y/D-System ist es egal, WAS einen Schlupf oder ein Rutschen verursacht hat, es tut einfach, was es tun muss, um den Ball/Stein zu zentrieren. Wenn Sie in eine Kurve rollen und die Querruderverschiebung die Nase ein wenig von der Rolle weggiert, erkennt das Y/D-System den Seitenschlupf und bewegt das Seitenruder, um den Schlupf zu beseitigen. Sie müssen das Ruder nicht berühren.
Eine kleine Ausnahme: Airbus-Flugzeuge sind vollwertige 3-Achsen-Autopiloten. Die Rudersteuerung verfügt über eine separate Wendekoordinationsfunktion, die das Vorwärtsrollen in das Seitenruder einspeist, und bei FBW eine Seitenschlupffunktion, um das Flugzeug bei Triebwerksausfall automatisch zu stabilisieren. Ein Hauptgrund für die Komplexität besteht darin, die Längsbiegemodi des Rumpfes zu dämpfen, sodass das Flugzeug länger und weniger steif sein kann, ohne dass alle im Hintergrund luftkrank werden.
Trotz der Tatsache, dass es allgemein als Gier- oder Seitenschlupfkompensator bezeichnet wird, tut es dies nicht . Es erfasst die Gierrate und wendet das Ruder an, um dieser Gierrate entgegenzuwirken. Es ist ein System zur Steigerung der Gierratenstabilität. Wenn Sie mit dem Seitenruder einen festen, stabilen Schwimmwinkel herstellen, wird der Gierdämpfer dem nicht entgegenwirken. Es dämpft Gierschwingungen , nicht Gieren.
Ohne Seitenrudereingabe des Piloten wirkt ein Gierdämpfer den Gierschwingungen entgegen , die wir als Dutch Roll bezeichnen. Wenn Sie jedoch nur versuchen, durch Anlegen des Querruders in eine Querneigung zu rollen, wird dem ungünstigen Gieren der Querruder kein Gieren entgegengesetzt Dämpfer. Lediglich der Gierrate (während des Aufbaus des Seitenschlupfs) wird entgegengewirkt. Sobald der Seitenschlupf hergestellt ist, gehen die Gierdämpfereingaben weg und der Seitenschlupf bleibt bestehen.
@CharlesBretana Einer der 747 Kapitäne hier ist anderer Meinung
@dasdingonesin, Was ein FBW-System tut, um Oberflächen als Reaktion auf Pilotenbefehle zu steuern, ist ein komplexer Prozess und nicht relevant für eine Diskussion über ein unabhängiges System, das als Dämpfer bezeichnet wird . In einem FBW-System können sowohl die Stabilitätserhöhung (in allen Achsen) als auch die Flugsteuerungseingaben zum Minimieren der Auswirkungen eines ungünstigen Gierens Teil des gesamten FBW-Algorithmus sein. Aber allein dieses Wort ( dämpfen ) im Namen dieses Systems sollte Ihnen sagen, was es ist. Es dämpft Schwingungen , es gleicht keinen statischen Zustand wie Seitenschlupf aus.
Sie haben beide Recht. Beim 747 reagiert der Y/D nur auf die Gierrate (Oszillationen), es sei denn, die Klappen sind unten, in diesem Fall koordiniert er auch Kurven.
@CharlesBretana In einer 747-100/-200 gibt es keine FBW. Hast du Terrys Kommentar gelesen? Wenn ich es richtig verstehe, widerspricht es direkt dem, was Sie und Peter sagen. Ich entscheide mich, ihm zu glauben, als (pensionierter) Kapitän sollte er wissen, was seine Flugsteuerung tut.
@dasdingonesin, obwohl ich nichts über die 747 weiß, klingt Peters Kommentar sicherlich richtig. Das als Yaw Dampener Y/D bezeichnete "System" könnte sehr leicht so konstruiert werden, dass es auch eine Funktionalität zum Koordinieren von Wenden enthält, aber das, wenn es existiert, ist KEINE Gierdämpfung. Gierdämpfung ist das, was Schwingungen entgegenwirkt , nicht Seitenschlupf, so wie wir einem Fly-By-Wire-System leicht eine Überziehwarnung hinzufügen könnten. Das Vorhandensein eines Fly-by-Wire-Systems mit Überziehwarnung ist jedoch kein Beweis dafür, dass alle FBW-Systeme Überziehwarnsysteme sind.
@JohnK Wie von Charles in seinem obigen Kommentar erwähnt, ist YD nicht die geeignete Funktion für eine koordinierte Wende. Eine Wendekoordinationsfunktion ist erforderlich und wird im Allgemeinen von der YD-Funktion "getrennt". Klassisches YD verwendet die Gierrate als Feedback, was die Kurvenkoordination tatsächlich verschlechtert.
@Jimmy, aber am Ende arbeitet der YD daran, die Querbeschleunigung zu eliminieren, und tut einfach alles, um den Ziegel zentriert zu halten. Als ich anfing, RJs zu fliegen, musste ich eine bewusste Entscheidung treffen, meine Füße auf den Boden zu stellen und aufzuhören, das Seitenruder mit dem Querruder zu drücken, wenn ich mit der Hand fliege. Ich bin mit ausgeschalteten YD-Kanälen geflogen, und es gibt ein merkliches nachteiliges Gieren; keine mit eingeschaltetem YD.
@JohnK Das robustere YD verwendet sowohl die Querbeschleunigung als auch die Gierrate als Rückmeldung, sodass es in der Lage ist, nachteiliges Gieren zu reduzieren, sobald ein Schleudern auftritt. Turn Coordination ist jedoch normalerweise ein Feedforward, das darauf ausgelegt ist, unerwünschtes Gieren von Anfang an zu unterdrücken, um die Reaktionsfähigkeit zu verbessern. Wenn die Rollrate klein ist, kann YD die Arbeit erledigen; Für eine größere Rollrate ist Feedback allein wahrscheinlich unzureichend.
@Jimmy ja, wenn Sie bissige Rolleingaben machen, wird das YD etwas verzögert, da es die Querrudereingabe nicht antizipieren kann. Das System ist für den Autopilotbetrieb optimiert, bei dem die Rolleingaben ziemlich sanft sind. Aber mein Punkt am Ende ist, dass der YD sich um jedes nachteilige Gieren, Verzögerung oder Nein kümmert, und Sie das Ruder während des Fliegens nicht verwenden, es sei denn, ein Motor fällt aus, also gibt es eine Kurvenkoordinationsfunktion. Andernfalls müssten Sie Ihre Füße verwenden, um den Stein beim Manövrieren in der Mitte zu halten.

In meiner Cessna Cardinal ist das Ruder über eine Art Feder-/Bungey-Seilsystem mit dem Joch kreuzgekoppelt (ich habe das Handbuch nicht zur Hand), sodass ich die meiste Zeit mit den Füßen von den Pedalen fliegen kann. Das stammt von einem Design aus dem Jahr 1968, bei dem Kurven koordiniert werden, ohne dass ein Autopilot benötigt wird.

+1 und ja, das ist mir bewusst, aber ich nehme an, es gibt einen guten Grund für alles, was in der Luftfahrt nicht beliebt ist, also gab es wohl einen Grund, warum dieses Design auch nicht wirklich abgehoben hat. Deshalb richtete ich meine Frage auf Autopilotsysteme.
@Mahdi Per Definition musste das Design abheben ... es ist kein Flugzeug, wenn es niemals abhebt. :)
Welches Design? Die Cessna Cardinal oder das sanfte Fliegen, das das miteinander verbundene Ruder bietet? Vielleicht bieten andere Flugzeuge ohne Autopilot ähnliches an.
@CrossRoads Ich habe über das miteinander verbundene Ruder gesprochen. Ich habe von sehr wenigen anderen ähnlichen Designs gehört, aber es sollte einen Grund geben, der in den meisten anderen Flugzeugen nicht angepasst ist.
@CrossRoads Übrigens, ich sage nicht, dass es eine schlechte Idee ist oder nicht funktioniert! Ich denke nur, dass es einen Grund geben muss, warum dieses Design nicht sehr beliebt ist, möglicherweise einige zusätzliche Nachteile der Designkomplexität.
Ich glaube nicht, dass man sagen kann, dass es nicht beliebt ist, ohne von anderen GA-Piloten zu hören.
Es gab auch die Ercoupe, die überhaupt keine Pedale hatte. Aber es ist wahr, dass das Design aus irgendeinem Grund nie massiv wurde. Persönlich würde mir ein Flugzeug, in dem ich nicht ausrutschen kann, unangenehm sein; und obwohl es angeblich unmöglich ist, in einen Spin einzutreten, würde es mich nervös machen.
In welchem ​​Jahr war Ihr Kardinal? Ich besaß ein 68er und es hatte kein Interconnect. Was das auf dem RG?
Meiner ist ein 73er FG.
@CrossRoads Entschuldigung, ich meinte "beliebt" bei Herstellern - in Bezug auf das Verbindungsdesign. Ich glaube, dass Richard Collins vor seinem P210 einen Cardinal RG besaß, und ich zweifle nicht daran, dass er viele Gründe hatte, einen zu besitzen.
@Mahdi: Vielleicht liegt der Grund darin, dass die meisten Privatpiloten das Fliegen in Flugzeugen lernen, die nicht über solche Systeme verfügen, sodass die Verwendung des Seitenruders selbstverständlich wird. Wenn Sie dann zu einem System gehen, das das Ruder eliminiert, müssen Sie bewusst darüber nachdenken. Ich würde denken, es wäre so, als würde ich versuchen, ein Auto mit Automatikgetriebe zu fahren: Wenn ich nicht genau aufpasse, versuche ich automatisch, die Kupplung zu benutzen, und trete stattdessen oft fest auf die Bremse.

Die Notwendigkeit des Ruders, um eine Wende zu koordinieren, hängt direkt vom Anstellwinkel (Angle of Attack, AOA) ab. Bei positiven Anstellwinkeln steht das abwärts gerichtete Querruder mehr im relativen Wind als das aufwärts gerichtete Querruder (aufgrund der Ausblendung durch den Flügel vor dem Querruder). Ein Flugzeug mit einem AOA von Null (wie ein unbeladener Jäger in einem ballistischen Null-G-Bogen) benötigt kein Seitenruder. Um dieses Problem zu vermeiden, wird in modernen Flugzeugen, wie beispielsweise der F-15, ein Differentialstabilisator verwendet, um dieses Problem zu mindern. Der Steuerknüppel ist so mechanisiert, dass je weiter hinten er ist, desto mehr jede seitliche Bewegung darauf gerichtet ist, eine asymmetrische Stabilisatorauslenkung zu erzeugen, anstatt eine Querruderauslenkung. SO, bei hohem AOA (vorausgesetzt, dass die Steuerknüppelposition ein genauer Indikator für AOA ist), schlagen die Querruder sehr wenig oder gar nicht aus, wenn der Pilot den Steuerknüppel zur Seite bewegt,

Die Flugsteuerflächen der F-16 sind vollständig computergesteuert, sodass Piloteneingaben als Befehle für die Flugzeugbewegung interpretiert werden. Der Computer bestimmt dann auf der Grundlage aller bekannten Faktoren (AOA, Fluggeschwindigkeit usw.), was mit allen Steuerflächen (einschließlich der Vorder- und Hinterkantenklappen) zu tun ist, um die Flugzeugzelle dazu zu bringen, sich in der von den Flugsteuerungseingaben befohlenen Weise zu bewegen.

Ich bin die F-16 nie geflogen (vielleicht kann jemand, der das getan hat, das klären), aber ich vermute, dass es nicht nötig ist, das Seitenruderpedal in der F-16 zu drücken, um eine Wende zu koordinieren - dass der Computer automatisch bestimmt, wie viel Seitenruder, oder Differentialstabilisator, sollte ausgelenkt werden, um die angeforderte Rollrate zu koordinieren.

In diesem Podcast um 0:57 sagt der F-16-Pilot, dass er bei 90 % einer Mission das Ruder nicht benutzen wird, er fliegt koordiniert ohne Eingabe.
Eine interessante Folge davon ist, dass zu Beginn des operativen Einsatzes der F-16 ein Flugzeug aufgrund einer sogenannten Inertial Roll-Coupling verloren ging. Übliche Praxis im Luft-zu-Luft-Training, wenn Gegner auf verschiedenen Frequenzen waren (wie bei einer Hauptübung vom Typ Rote Flagge), um zu bestätigen, dass Sie sich eines Angriffs eines Gegners bewusst waren, war ein schnelles Flügelschaukeln, Rollen das Flugzeug schnell vor und zurück durch einen großen Bereich von Querneigungswinkeln. Anscheinend haben die Ingenieure dieses Szenario nicht in die FBW-Algorithmen aufgenommen, und infolgedessen ging ein Flugzeug bei Nellis verloren.

Ich habe einmal ein paar Stunden damit verbracht, einen Full-Motion-737-Simulator mit einem Ausbilder für diesen Typ zu fliegen. Meine bisherige Flugerfahrung umfasste eine ganze Stunde am Steuer einer Cessna 180 (nur Kreuzfahrt) und Hunderte von Stunden Microsoft Flight Simulator mit nur einem Joystick, also war ich ziemlich aufgeregt zu zeigen, dass ich theoretisch wusste, was ein koordinierter Flug ist an der Reihe ist. Der allererste Flug brachte uns in eine Situation, die eine entscheidende Wendung erforderte, um korrekt in die Platzrunde einzufahren. Da ich etwas überfordert war (das Fliegen einer 737 in einer echten Simulation von Hand ist ein ziemlich großer Sprung von einem Desktop-Computer), vergaß ich natürlich völlig, dass ich bis zur Hälfte der Kurve Seitenruderpedale hatte. In dem Moment, in dem ich auch nur mit dem Fuß auf einen streifte, sagte der Ausbilder, und ich erinnere mich genau daran: "Boah, die benutzen wir nur, wenn wir alle Passagiere krank machen wollen!" Wir setzten die Sitzung mit handfliegenden Anflügen bei jedem Wetter an allen möglichen Orten fort. Ich musste nie wieder die Ruderpedale berühren.

Die modernen Boeing-Jets haben alle die Fähigkeit, ihre Gierdämpfersysteme zu verwenden, um Kurven zu koordinieren (obwohl die Kurvenkoordination physikalisch nicht dasselbe ist wie die Gierdämpfung). Die Details der Implementierung hängen vom Modell ab. Beispielsweise koordinieren 747er Kurven nur mit heruntergeklappten Landeklappen, während 777er und C-17 dies immer tun.

Boeing hat auch eine als „ Zähmungskriterium “ bekannte Designphilosophie , die auf das 707-Programm zurückgeht. Diese Regel erfordert ein aerodynamisches Design, das es ermöglicht, die Kontrolle nur mit den Querrudern in asymmetrischen Schubbedingungen bis zu und einschließlich einem Triebwerkausfall aufrechtzuerhalten. (Es gibt spezifischere Einschränkungen , die je nach Modell variieren.) Das Ruder kann überhaupt nicht verwendet werden, um die Anforderung zu erfüllen, nicht einmal vom Autopiloten. Während eine Wende in diesem Zustand möglicherweise nicht streng "koordiniert" ist, berücksichtigt das Design der großen Jets eine erfolgreiche Wende ohne Ruder.

Benötigen moderne Flugzeuge eine Seitenrudereingabe, um eine koordinierte Wende auszuführen?
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