Gemäß dem NTSB-Bericht über den Absturz von Pan Am Flug 160 im Jahr 1973 hat die 707-300C 1 seitliche Steuerbarkeitseigenschaften, die von „minimal“ bis „keine“ reichen, wenn die Landeklappen und Spoiler ausgefahren sind und der Gierdämpfer außer Betrieb ist:
Leistungsdaten für die Boeing 707-321C [2] zeigen, dass die Quersteuerfähigkeit bei einem nicht funktionierenden Gierdämpfer, ausgefahrenen Spoilern und abgesenkten Landeklappen extrem eingeschränkt, wenn nicht unmöglich sein kann. [ NTSB-AAR-74-16 , p. 31 (markiert als 29).]
Bei den meisten Flugzeugen kann der Gierdämpfer, obwohl er nützlich ist, immer noch in allen Flugzuständen außer Betrieb gesetzt werden, ohne dass das Flugzeug unkontrollierbar wird. Was sinnvoll ist - von den beiden Hauptverwendungen für den Gierdämpfer (Minimieren des holländischen Rollens und Helfen, ungünstigem Gieren entgegenzuwirken), ist der erste in den niedrigen Höhen von geringer Bedeutung, in denen die Klappen und Spoiler höchstwahrscheinlich gleichzeitig eingesetzt werden (als Dutch das Rollen wird durch die dicke, dichte Luft in geringer Höhe stark gedämpft) und stellt im Allgemeinen keine Bedrohung für die Steuerbarkeit dar, selbst wenn es in großer Höhe 3 schwach gedämpft wird (obwohl es die Flugzeuginsassen hervorragend luftkrank macht), während einem ungünstigen Gieren entgegengewirkt werden kann genauso gut durch manuelle Seitenrudereingaben (etwas, das jeder Jetliner-Pilot längst gelernt haben wird)., wobei die manuelle Verwendung des Ruders erforderlich ist, um koordinierte Kurven in den kleinen Flugzeugen der allgemeinen Luftfahrt zu machen, in denen die Piloten zuerst das Fliegen lernen), wie beim Gierdämpfer. Zugegeben, der sehr hohe induzierte Widerstand, der durch das Ausfahren von Landeklappen und Spoilern (meistens letzteres) erzeugt wird, würde die nachteilige Gierneigung des Flugzeugs erheblich verstärken, 4 aber unter der Annahme, dass das Seitenruder der 707 von Anfang an ausreichend dimensioniert war, sollte das Flugzeug immer noch vollständig steuerbar bleiben mit den richtigen manuellen Rudereingaben .
In der Tat, wenn die 707-300C (und möglicherweise auch die anderen Varianten) in der Querachse wirklich unkontrollierbar oder fast unkontrollierbar ist, wenn Klappen und Spoiler ausgefahren sind und der Gierdämpfer außer Betrieb ist, ist es etwas schwierig zu sehen, wie das Flugzeug jemals könnte ohne funktionierenden Gierdämpfer sicher geflogen werden; Start und Reiseflug würden kein allzu großes Problem darstellen, aber die Landung beinhaltet in der Regel eine beträchtliche Menge an Klappen aufgrund der daraus resultierenden Verringerung der Landegeschwindigkeit, wobei die Spoilerverlängerung verwendet wird, um das Flugzeug während des Abstiegs zu verlangsamen, und , wenn der Gierdämpfer tatsächlich notwendig ist, damit die 707 (-300C) mit ausgefahrenen Klappen und Spoilern steuerbar ist, würde man irgendwann während der Abstiegs- / Anflug- / Landesequenz einen Kontrollverlust erwarten, wenn sie ohne operatives Gieren geflogen würde Dämpfer.
Warum ist die 707 so schwer zu kontrollieren, wenn der Gierdämpfer außer Betrieb ist und Landeklappen und Spoiler ausgefahren sind?
1 : Die 707-300C war die meistgebaute zivile 707-Variante; Die anderen Varianten (-100, -100B, -200, -300, -300B und -400), die sich hauptsächlich in Rumpflänge und Motorauswahl unterschieden, verhalten sich für die Zwecke dieser Frage vermutlich ähnlich wie die 707-300C.
2 : Eine für Pan Am gebaute Boeing 707-300C (Boeing-Kundencode *21).
3 : Mir ist nur ein Fall bekannt, in dem Dutch Roll tatsächlich einen Unfall verursacht hat (und das Flugzeug trotzdem nicht abgestürzt wäre, wenn es nicht eine großzügige Häufung von Pilotenfehlern gegeben hätte). Dies war ein 707-200-Trainingsflug im Jahr 1959 , der mit ausgeschaltetem Gierdämpfer durchgeführt wurde, bei dem die Bewegungen des Flugzeugs durch unsachgemäße und übermäßige Flugsteuerungseingaben der Piloten stark verstärkt wurden, was zu einem Kontrollverlust führte. Das Flugzeug wurde schließlich von einem umgekehrten Tauchgang geborgen, aber drei der vier Triebwerke wurden irgendwann im Prozess abgerissen, und das Flugzeug stürzte kurz vor einem beabsichtigten Notlandeplatz ab, als Flugsteuerungsschäden durch das resultierende Feuer den Rest erzwangen Motor gedrosselt werden, um die Kontrolle zu behalten.
4 : Der Klappeneinsatz erhöht direkt den induzierten Luftwiderstand der Flügel; Dies sollte jedoch allein nicht zu einer starken Zunahme der Tendenz zum nachteiligen Gieren führen, da sich die Klappen an den inneren Teilen der Flügel befinden (in den breiten, dicken Flügelwurzeln ist mehr Platz für sie und ihre zugehörigen Utensilien). als näher an den dünnen, schmalen Spitzen, und es gibt weniger zusätzliches Flügelbiegemoment, wenn der erhöhte Auftrieb von den Klappen so nah wie möglich am Rumpf hinzugefügt wird), während die Querruder (der erhöhte induzierte Widerstand von der Abwärtsauslenkung davon ist die Ursache für ungünstiges Gieren) befinden sich an den äußeren, nicht geschlagenen Teilen der Flügel, so weit wie möglich von der Mittellinie des Flugzeugs entfernt, um die größtmögliche Rollsteuerungsautorität zu erreichen. 5Der Einsatz von Spoilern erhöht indirekt den induzierten Widerstand der Flügel, indem das Flugzeug als Ganzes - einschließlich der Querruder - gezwungen wird, in einem höheren Anstellwinkel zu fliegen, um den Flug aufrechtzuerhalten, was zu einer Zunahme des nachteiligen Gierens führt.
5 : In der Tat könnte der Klappeneinsatz (abhängig vom Flugzeug und den genauen Flugbedingungen) in dieser Hinsicht sogar helfen , da der erhöhte Auftrieb der ausgefahrenen Klappen es dem Flugzeug insgesamt ermöglicht, mit einem geringeren Anstellwinkel zu fliegen, wodurch der Anstellwinkel des Flugzeugs verringert wird nachteilige Gierneigung; die 737, ein späteres Boeing-Flugzeug, zeigt ein Beispiel dafür .
Dutch Roll rollt, giert und nickt zusammen in einer Art Lazy 8-ähnlichem Muster, und wenn es divergiert oder wirklich schwerwiegend ist, gibt es nur sehr wenige Menschen, die die perfekt getimten In-Phase-Eingaben machen können, die erforderlich sind, um die Bewegungen nicht zu verschlimmern, ohne viel Vorschulung, um den Piloten in die Reaktionsschleife zu bringen, was niemand tut, also ist es kein Fall von schlechter Pilotierung, wenn ein Flugzeug aufgrund eines Dutch-Roll-Ereignisses abstürzt.
Da DR mit der sehr starken Roll-Gier-Kopplung von Flugzeugen mit gepfeilten Flügeln zusammenhängt, ist die Kopplung bei nach unten gerichteten Klappen schlechter als bei nach oben gerichteten Klappen, da der durch das Gieren gerader in den Luftstrom gestellte Schlagflügel im Vergleich zum nachlaufenden Flügel einen noch größeren Auftrieb erhält als mit Klappen nach oben; es will bei gleichem Gierwinkel und Geschwindigkeit noch härter rollen (das lernt man ziemlich schnell, wenn man zum ersten Mal eine Motorabschaltsimulation bei voller Klappe macht und mit dem Ruder zu spät kommt). Darüber hinaus wird die natürliche Gierdämpfung durch die verringerte Fluggeschwindigkeit reduziert.
Ich glaube, dass die meisten Pfeilflügelflugzeuge mit Dutch-Roll-Tendenzen mit nach unten gerichteten Klappen schlechter sind als mit nach oben gerichteten Klappen, obwohl sie nicht unbedingt so schlimm sind, dass sie unkontrollierbar werden. Ich weiß, dass die CRJ Regional Jet-Linie einen stabilen holländischen Rollmodus hat, der nach oben klappt (Sie können einen DR erregen, und wenn Sie nichts tun, wird er sich von selbst beruhigen ... irgendwann), aber leicht instabile Klappen nach unten sind, obwohl dies nicht der Fall ist schlimm genug, um zu verhindern, dass es 10 Tage lang mit einem Y / D-Kanal ohne Einschränkungen versendet werden kann (ein Kanal funktioniert, und ein Ausfall wird nicht als übermäßiges Risiko über einen 10-tägigen Expositionszeitraum angesehen). Andere Flugzeuge haben möglicherweise MELs, die einen Betrieb mit einem einzigen Y/D-Kanal nur mit einer Klappenausfahrbeschränkung zulassen. Es wäre interessant zu sehen, was die MEL der 707 sagt.
Außerdem ist ungünstiges Gieren nur ein möglicher Anregungsmodus. Turbulenzen können auch eine Gierbewegung hervorrufen, die eine Holländerrolle in Gang bringen kann und wahrscheinlich größer ist als AY.
Im Fall der 707 war das Herunterklappen des Dutch-Roll-Modus deutlich unterschiedlich und stark genug, um von einem normalen Piloten als unkontrollierbar angesehen zu werden, und ich bin mir ziemlich sicher, dass es nicht das einzige ist.
Warum ist die 707 so schwer zu kontrollieren, wenn der Gierdämpfer außer Betrieb ist und Landeklappen und Spoiler ausgefahren sind?
Es ist eine Frage der Zeitkonstanten und der Stabilität der Antworten:
Ein aktiver Controller, wie beispielsweise ein Pilot hinter den Flugsteuerungen, kann Steuereingaben erzeugen, die eine unkontrollierte Reaktion schneller zum Gleichgewicht zurückbringen. Wie einfach das für sie ist, hängt von der Dämpfung im System selbst ab: zu viel Dämpfung, und ihre Eingaben müssen dem System helfen, schneller zurückzukehren. Zu wenig Dämpfung, und sie müssen dem entgegenwirken, was das System tut - aber das System schwingt, also müssen auch ihre Eingänge schwingen.
Menschen haben, wie alle Steuersysteme, eine gewisse Zeitverzögerung zwischen dem Erfassen einer Bewegung und der Fähigkeit, eine wirksame Steuereingabe zu erzeugen. Wenn die Schwankungsperiode zu schnell ist, bewirkt diese Zeitverzögerung, dass die Eingabe zu einem Zeitpunkt erfolgt, an dem sie der Bewegung nicht entgegenwirkt. Bis zu einem gewissen Grad können Menschen lernen, ihre Eingaben zu timen und zu dosieren, um ein instabiles System zu kontrollieren, wenn die Zeitspanne lang genug ist - ein Hubschrauber im Schwebeflug ist ein klassisches Beispiel.
... es ist etwas schwer vorstellbar, wie das Flugzeug jemals ohne einen funktionierenden Gierdämpfer sicher geflogen werden könnte;
Die Piloten müssen lediglich wissen, dass der Gierdämpfer außer Betrieb ist und daher die Zeitkonstante ihrer Reaktionen angepasst werden muss. Ob sie in dieser speziellen Situation dafür ausgebildet sind, steht auf einem anderen Blatt...
Obwohl jedes Flugzeug anders ist, insbesondere bei Flugzeugen mit hohem Sweep, können dennoch einige allgemeine Trends vorhergesagt werden:
Die Dutch-Roll-Dämpfung nimmt mit abnehmender Geschwindigkeit ab (Ref. Etkins , Dynamics of Flight, Wikipedia ).
Eine Erhöhung des Klappenwinkels erhöht den Dieder-Effekt (Ref. ESDU 80034), was die Dutch-Roll-Dämpfung noch einmal verschlechtert (Ref. Etkins , Dynamics of Flight, Wikipedia ).
Die Spezifikation MIL-STD-1797B empfiehlt mindestens ein Dämpfungsverhältnis von mindestens 0,02 für alle Flugphasen für eine Handhabungsqualitätsstufe 2, die häufig die Mindestschwelle für eine Landeaufgabe darstellt (Stufe 3 ist das Minimum für einen fortgesetzten sicheren Flug). Fällt die Dutch-Roll-Dämpfung zu niedrig aus, kann es durchaus gefährlich werden.
JZYL