Wenn ein mehrmotoriges Flugzeug einen Triebwerksausfall erleidet, während es sich nahe der minimalen Steuergeschwindigkeit (V mc ) befindet, besteht eine der Lösungen darin, bis zu 5 Grad in das laufende Triebwerk zu neigen, um die Wirksamkeit des Ruders zu erhöhen und die Kontrolle aufrechtzuerhalten. Warum sind es bis zu 5 Grad? Was passiert, wenn der Pilot mehr als 5 Grad in das laufende Triebwerk eintaucht?
Die Querneigung von 5 Grad soll eine Seitenschlupfkomponente erzeugen, die die schräge Schublinie, die durch den asymmetrischen Schub erzeugt wird, und die Rudereingabe, die gemacht wird, um dem asymmetrischen Schub entgegenzuwirken, ausgleicht.
Sie haben den aktiven Motor an einem Flügel, der das Flugzeug zum Drehen bringen möchte. Sie wenden das entgegengesetzte Ruder an, um die Wende zu stoppen. Wenn das Rudermoment seitwärts drückt, erhalten Sie am Ende eine resultierende Schublinie, die versetzt ist, und das Flugzeug bewegt sich mit einer seitlichen Schräglage in Richtung des toten Triebwerks vorwärts, obwohl Sie glauben, dass Sie geradeaus fliegen. Durch Schräglage in das aktive Triebwerk bewirkt der Querneigungswinkel, dass das Flugzeug seitlich in Richtung des unteren Flügels gleiten möchte, was in der entgegengesetzten Richtung zu dem oben erwähnten Schräglaufeffekt ist. Die 5 Grad Querneigung sind ungefähr das, was die erforderliche Seitenschlupfneigung ergibt. Nahe genug also.
Das Ergebnis ist, dass Sie mit 5 Grad Querneigung fliegen, aber tatsächlich geradeaus durch die Luft fliegen. Der Rutschball wird in die Bank versetzt, da Sie sich tatsächlich noch im koordinierten Flug befinden und die versetzte Position des Balls die wahre "zentrierte" Position ist.
Diese Zahlen sind eine regulatorische Basis für die Dimensionierung der Querruder, des vertikalen Stabilisators und des Seitenruders für ein Flugzeug. Die Querneigungsbegrenzung von 5° dient dazu, den Belastungsfaktor des Flugzeugs zu minimieren und gleichzeitig eine Kraft bereitzustellen, um der Rudereingabe entgegenzuwirken, die erforderlich ist, um eine koordinierte Flugbahn aufrechtzuerhalten.
Im Fall eines Triebwerkausfalls in einem zwei- oder mehrmotorigen Flugzeug mit Nicht-Mittellinienschub wird das in Betrieb befindliche Triebwerk ein starkes Giermoment um die vertikale Achse des Flugzeugs in Richtung des toten Triebwerks erzeugen. Dies führt unkorrigiert zu einem Vorwärtsschlupf zur Seite des guten Triebwerks und in Kombination mit der rumpfausblendenden Luftströmung über die Tragfläche auf der Seite des toten Triebwerks zu einem Rollmoment um die Längsachse in Richtung des toten Triebwerks. Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann dies in Kombination mit dem hohen Luftwiderstand, der durch den Schlupfzustand entsteht, plus einem Verlust von 50 % des verfügbaren Gesamtschubs durch den Triebwerksausfall schnell zu einer Abweichung vom kontrollierten Flug und einem Absturz führen. Die typische Aktion besteht darin, das Seitenruder in Richtung des guten Motors zu betätigen, um diesem Vorwärtsschlupf entgegenzuwirken. Jedoch, Während die Nase dabei auf die gewünschte Flugbahn ausgerichtet wird, ist die tatsächliche Flugbahn ein Seitenschlupf zur Seite des toten Triebwerks, was einen übermäßigen Luftwiderstand erzeugt. Das einzige verfügbare Gegenmittel besteht darin, das Flugzeug in Richtung des guten Triebwerks zu neigen, um der Seitenruderkraft mit der horizontalen Auftriebskomponente entgegenzuwirken. Dies führt zu einer koordinierten Flugbahn parallel zur horizontalen Achse des Flugzeugs mit minimalem Luftwiderstand.
Wenn dazu ein übermäßiger Querneigungswinkel verwendet wird, wird die vertikale Komponente des Auftriebs verringert, was erfordert, dass den Flügeln ein größerer Anstellwinkel auferlegt wird, um in der Luft zu bleiben. Dies wiederum erzeugt mehr induzierten Widerstand. Die Vorschriften für die Flugzeugkonstruktion von leichten Zwillingen schreiben daher vor, dass im schlimmsten Fall Vmca die Richtungskontrolle mit einem Querneigungswinkel von NICHT GRÖSSER ALS 5° aufrechterhalten werden muss.
Harry Horlings, ein ehemaliger militärischer Testpilot und Luftfahrtberater, hat dieses hervorragende Video über die Natur von Vmc und seine Bedeutung für die Konstruktion und den Betrieb von Flugzeugen veröffentlicht.
Um einen Geradeausflug aufrechtzuerhalten, nachdem ein Triebwerk ausgefallen ist (es sei ein rechtes Triebwerk), ist eine Seitenrudereingabe (Nase links) erforderlich, um die Gier-Asymmetrie aus den Triebwerken herauszunehmen. Wenn das Seitenruder ausgelenkt wird, erzeugt es eine aerodynamische Seitenkraft (nach rechts), die, wenn sie so belassen wird, das Flugzeug in eine Schleuderkurve schieben würde. Dies würde keinen Geradeausflug darstellen.
Um die Seitenkraft auf Null zu setzen und einen waagerechten Flug (kugelzentriert) aufrechtzuerhalten, besteht der einzige Ausweg darin, Seitenschlupf zu verwenden, um eine entgegengesetzte aerodynamische Seitenkraft zu erzeugen. In unserem Szenario bedeutet dies, dass eine Seitengleitnase übrig bleibt, was noch mehr Rudernase übrig bedeutet. Wenn die Geschwindigkeit abnimmt, wären zunehmend größere Ruder erforderlich. An einem gewissen Schwellenwert wäre das Ruder gesättigt und ein Horizontalflug wäre unterhalb dieser Geschwindigkeit nicht mehr möglich.
Aber was, wenn wir die Anforderung des Horizontalflugs lockern? Was ist, wenn wir einen Querneigungswinkel in das aktive Triebwerk zulassen (linke Querneigung nach unten)? In diesem Fall erlauben wir einen kleinen Teil der Schwerkraft, gleich für kleine Querneigung, um bei der aerodynamischen Seitenkraft nachzuhelfen. Dementsprechend würden weniger Seitenschlupf und Seitenruder benötigt. Tatsächlich können wir, wenn ein ausreichender Querneigungswinkel verwendet wird (normalerweise nach einigen Grad), dem Flugzeug erlauben, seitlich in das ausgefallene Triebwerk (Nase rechts) zu gleiten; Ein Seitenschlupf mit der rechten Nase würde ein aerodynamisches Gieren der linken Nase erzeugen, wodurch das erforderliche Seitenruder weiter verringert wird.
Indem wir Schräglage zulassen, können wir die Geschwindigkeitsschwelle verringern, auf die die Steuerflächen sättigen würden, wodurch die minimale Steuergeschwindigkeit (Vmc) verringert wird.
Dabei erzeugt das Seitenruder ein aerodynamisches Rollmoment, ebenso wie der Seitenschlupf, dem durch die Rollsteuerung entgegengewirkt werden muss. Wenn der Querneigungswinkel erhöht wird, wird das Flugzeug weniger ruderbegrenzt und mehr Rollkontrolle begrenzt. Unter FAR 25.149 (und dem alten 23.149) ist eine maximale Querneigung von 5 Grad für die Bestimmung von Vmc erlaubt. Verschiedene Flugzeuge werden bei einer Querneigung von 5 Grad unterschiedlich begrenzt; einige können durch das Ruder begrenzt werden, andere durch die Rollsteuerung und wieder andere durch eine Überziehwarnung.
Für diejenigen, die immer noch nicht überzeugt sind, beziehen Sie sich bitte auf die folgenden Gleichungen, die für einen stabilen / geraden Flug gelten müssen:
Noch mehr zusätzliche Informationen finden Sie in AC 25-7C Anhang 6.
Was würde passieren, wenn Sie mit OEI mehr als 5 Grad in das Live-Triebwerk fliegen, nicht viel, es sei denn, Sie fliegen mit Vmc, was kleiner wäre als Und .
Warum 5 Grad und nicht 6 oder 7 Grad? Meine Vermutung ist, dass es sich um eine gerundete Zahl handelt, die eine angemessene Verringerung von Vmc für die Leistung bietet, jedoch nicht so sehr, dass eine große Querbeschleunigung und eine große Diskrepanz zwischen (einem hohen) Ruder mit geringem Gewicht, begrenzter OEI-Geschwindigkeit und (einem niedrigen) Ruder mit hohem Gewicht eingeführt werden begrenzte OEI-Geschwindigkeit.
Das Seitenruder wird nach Bedarf verwendet, um einen Seitenschlupf zu verhindern (gemessen an einer Gierschnur, nicht an der Gleitrutschkugel), und das Flugzeug wird nach Bedarf geneigt, um eine Drehtendenz (Kursänderung) aufgrund des ausgelenkten Seitenruders zu beseitigen. Das ist wirklich alles, was dazu gehört.
Der Ausfall eines Triebwerks in einem mehrmotorigen Flugzeug bewirkt, dass es in Richtung des ausgefallenen Triebwerks giert. Um dem entgegenzuwirken, muss der Pilot das Ruder in Richtung des laufenden Motors anlegen. Das ist alles großartig, da das Ruder selbst das Flugzeug im Gleichgewicht halten kann.
Obwohl das Flugzeug allein mit dem Seitenruder ausbalanciert aussieht, bringt die Anwendung des Seitenruders das Flugzeug in einen Seitenschlupf. Wenn das Seitenruder angelegt ist, wirkt die Kraft auf den vertikalen Stabilisator durch den Schwerpunkt des Flugzeugs, um zu verhindern, dass der Schub des aktiven Triebwerks das Flugzeug in das tote Triebwerk giert. Dies bewirkt, dass der Luftstrom von einer Seite auf den vertikalen Stabilisator trifft und eine Seitenkraft erzeugt, die der Seitenruderkraft entgegenwirkt. Diese Seitenkraft versetzt das Flugzeug dann in einen Seitenschlupf in Richtung des ausgefallenen Triebwerks.
Um Ihnen ein Beispiel zu geben, denken Sie an ein Flugzeug, das an einem rechten Triebwerksausfall leidet. Sobald das Triebwerk ausfällt, giert der Live-Schub des linken Triebwerks das Flugzeug in das rechte Triebwerk. Der Pilot kontert mit dem linken Seitenruder. Das Seitenruder erzeugt eine Kraft auf der linken Seite des vertikalen Stabilisators, die es dem Piloten ermöglicht, das Flugzeug zu fliegen, ohne die Kontrolle zu verlieren. Wenn das Seitenruder betätigt wird, zeigt die Nase des Flugzeugs nach links, was dazu führt, dass der relative Luftstrom das Flugzeug auf der rechten Seite trifft. Das Ergebnis ist eine linksseitige Kraft, die das Flugzeug in einen rechtsseitigen Schlupf versetzt. Sehen Sie sich das Bild unten an.
https://www.boldmethod.com/blog/und/how-does-zero-sideslip-work-in-a-multi-engine-aircraft/
Der Grund, warum wir eine kleine Bank in Richtung des aktiven Motors eingebaut haben, besteht darin, die Auswirkungen des Seitenschlupfes zu reduzieren. Ein Flugzeug in einem Seitenschlupf erzeugt Luftwiderstand, der sich nachteilig auf die Leistung des Flugzeugs insbesondere im Steigflug auswirkt. Die Auftriebskomponente erzeugt beim Eindrehen in das Triebwerk eine Seitenkomponente, die es Ihnen ermöglicht, das Flugzeug in einem kontrollierten Zustand mit reduziertem Seitenruderausschlag zu fliegen. Das Endergebnis ist eine Verringerung des Seitenschlupfes, was die Flugzeugleistung erhöht. Dies reduziert auch die minimale Steuergeschwindigkeit des Flugzeugs, Vmc.
Teichleben
Manuel H