Was ist ein „Deep Stall“ und wie können sich Piloten davon erholen?

Ein tiefer Strömungsabriss oder ein Superströmungsabriss ist ein Zustand, bei dem die Nachlaufströmung des Flügels auf die Leitwerksfläche auftrifft und diese nahezu wirkungslos macht. Der Flügel ist vollständig abgewürgt, sodass der Luftstrom auf seiner Oberseite direkt nach der Vorderkante abreißt, was einen breiten Nachlauf aus verzögerter, turbulenter Luft erzeugt. Dadurch ist der dynamische Druck an der Leitwerksfläche viel kleiner als im Standflug, was der Hauptgrund für die reduzierte Effektivität ist.

Betrachten Sie diesen Fall: Das Flugzeug fliegt mit der Nase nach oben, aber auf einer nach unten gerichteten Flugbahn. Folglich der Anstellwinkel des Flügels$\alpha$liegt weit außerhalb seines normalen Betriebsbereichs, wodurch eine vollständig getrennte Strömung an der oberen Oberfläche verursacht wird. Aufgrund der T-Tail-Konfiguration trifft das Kielwasser so auf das Höhenruder, dass es vollständig vom regulären Luftstrom abgeschirmt ist.

Das Nickmoment dieser Konfiguration über dem Anstellwinkel (blaue Linie) sieht ungefähr so ​​aus. Zunächst gibt es einen stabilen Bereich mit einem negativen Gradienten bei niedrigen Werten von$\alpha$, gefolgt von einem Minimum, wenn der Flügel abreißt, und dann einem Bereich mit positivem Gradienten, in dem sich die Trennung entfaltet und das Heck von oben in das Kielwasser eindringt. Dieser Bereich ist instabil in der Neigung, so dass das Flugzeug ohne Steuereingabe nicht dort bleibt, sondern entweder nach unten oder nach oben neigt, bis es wieder einen stabilen Bereich erreicht. Bei hohen Anstellwinkeln folgt ein weiterer stabiler Bereich mit negativer Steigung:Beachten Sie, dass wir zwei Trimmpunkte haben, einen im regulären Bereich des Anstellwinkels und einen Weg nach rechts. In beiden Fällen hat das Flugzeug einen stabilen Trimmzustand, so dass kleine Störungen mit Kraftänderungen beantwortet werden, die das Flugzeug an einem dieser Punkte halten. Zwischen den beiden gibt es einen weiteren Gleichgewichtspunkt, aber hier ist das Flugzeug instabil. Wenn es dort leicht nach oben neigt, beschleunigt sich die Neigung nach oben, bis es den oberen Trimmpunkt erreicht.

Betrachten Sie nun die Steuerkraft des Höhenleitwerks. Wenn es in ungestörter Luft fliegt, kann es eine große Auswahl an Anstellwinkeln trimmen. Im Deepstall-Zustand ist seine Steuerkraft jedoch stark reduziert, was zu einem viel kleineren Bereich an trimmbaren Anstellwinkeln führt. Wenn das untere Ende dieses Bereichs rechts von dem Punkt liegt, an dem das Nickmoment in positive Werte übergeht (hier bei$\alpha$= 24°), kann das Flugzeug bei Höhenruderausschlägen nicht entkommen!

Bitte beachten Sie, dass bei quasistationären Trimmänderungen die Steuerkraft nicht ausreicht, um in den Deepstall zu gelangen. Der Pilot muss schnell aufnicken und über den statischen Trimmbereich hinausschießen, um in den stabilen Bereich über 30° Anstellwinkel zu gelangen. Dort ist sein Sortiment trimmbar$\alpha$s ist zu klein, um das gleiche Überschwingen rückwärts zu erreichen.

Um aus dieser Falle herauszukommen, sind andere Änderungen erforderlich: Entweder den Schwerpunkt nach vorne verlagern oder versuchen, einen Flügel fallen zu lassen. Leider werden sowohl die Querruder als auch das Seitenruder aufgrund der massiven Trennung und des Nachlaufs auch viel weniger effektiv sein. In einigen Fällen konnten sich auch erfahrene Testpiloten diesem Zustand nicht entziehen.

Ein tiefer Strömungsabriss ist ein Strömungsabriss, bei dem der Pilot aufgrund des Verlusts des sauberen Luftstroms über dem Höhenruder (typisch für T-Leitwerke) oder der Canards, die noch Auftrieb erzeugen, während der Flügel dahinter blockiert ist, nicht absenken kann.

Je nach Flugzeug kann der Pilot in die Querlage gehen und das Seitenruder verwenden, um die Nase nach unten zu bringen, um den Strömungsabriss zu korrigieren. Wenn möglich, kann der Pilot Fracht bewegen/abwerfen, um den Schwerpunkt nach vorne zu verschieben.

Der Artikel über Strömungsabriss in Wikipedia spricht von einem Fall, in dem sich eine B727 von einem tiefen Strömungsabriss erholte, indem sie „das Flugzeug zu höheren Querneigungswinkeln schaukelte“, bis die Nase fiel und die normale Steuerreaktion wiederhergestellt war.

Es wird angenommen, dass Deepstall hauptsächlich T-Tails betrifft, aber hohe Anstellwinkel können zu einem konventionelleren Low-Tail-Design führen, bei dem das Tail abgewürgt wird. Wenn Sie nach der Unfalluntersuchungsanimation von AF447 (youtube) suchen , werden Sie sehen, dass es viele ineffektive Steuerknüppelbewegungen gab. Als der Stick schließlich nach vorne ging, senkte sich die Nase auf etwa 10 Grad nach unten, aber der Flugbahnwinkel lag nahe bei -45 Grad, sodass der Anstellwinkel ungefähr 35 Grad betrug. Beide Oberflächen waren tief ins Stocken geraten und dieses Manöver war mit herkömmlicher Stall-Wiederherstellung überlebbar.

Es gibt Wiederherstellungstechniken, die funktionieren können. Früher habe ich ein großes T-Leitwerk in der Luft getestet, und das vorgeschriebene Manöver bestand darin, zu rollen, um einen Seitenschlupf zu erzeugen, der den Anstellwinkel verringern würde. Bei einem T-Leitwerk würde dies hauptsächlich durch das Ruder erreicht. Bei einem niedrigen Heckdesign kann das Ruder jedoch bei diesen Anstellwinkeln vom Heck verdeckt werden. Die einzige Möglichkeit, in diesem Fall ein Rollen durch Gieren zu induzieren, wäre die Verwendung eines asymmetrischen Schubs.

Die AF447-Piloten waren nicht mit diesem Wissen ausgestattet, das das Flugzeug möglicherweise gerettet hat. Ich habe meine Kollegen nach ihrer Meinung gefragt und habe den Eindruck, dass diese Situation nicht sehr geschätzt wird. Mit der jüngsten Unfalluntersuchung von Air Asia verfolgen Sie einen ähnlichen Ansatz wie bei den Ereignissen, die zum Verlust von AF447 führten. Vielleicht ist jetzt der richtige Zeitpunkt dafür.

Deep Stalls treten nicht nur bei den T-Tail-Flugzeugen auf. Der weit hinten liegende Schwerpunkt wird sicherlich ein guter Grund sein, einen solchen Stall zu haben. Heutzutage neigen die Kampfjets dazu, in den Deepstall-Zustand zu geraten. Die Wiederherstellung erfolgt durch Herunterdrücken der Nase und Einschalten.