Welche alternativen Methoden gibt es, um ein Flugzeug zu steuern, wenn die Flugsteuerflächen ausgefallen sind?

Soweit ich weiß, haben die JAL123-Piloten bei dem Versuch, ihr verkrüppeltes Flugzeug zu kontrollieren, Schubmanipulation eingesetzt – jedoch verschwor sich Japans weitgehend bergiges Gelände gegen sie, da der Versuch, Fly-by-Thrust-Hebel herauszufinden, eine enorme Menge an Schub erfordert Luftraum, und unglücklicherweise für JAL123 stand dieser Anstrengung ein Berg im Weg. UAL232 und OO-DLL hingegen passierten beide über relativ flachem Gelände, was bedeutete, dass sich die Flugzeugbesatzungen darauf konzentrieren konnten, ihre beschädigten Flugzeuge so sicher wie möglich wieder auf den Boden zu bringen, ohne sich um die Bodenfreiheit kümmern zu müssen .

Natürlich half ihnen auch der fehlende vertikale Stich nicht, da sie dadurch viel mehr Arbeit leisten mussten, um ihr Flugzeug zu steuern.

Steuerung bedeutet, die Kräfte variieren zu können, die auf ein Flugzeug einwirken, sowohl in Längs- als auch in Vertikalrichtung. Im Idealfall erzeugt jede Variation ein sofortiges Feedback, sodass der Pilot "fühlen" kann, wie viel mehr Aktion für die gewünschte Änderung erforderlich ist. Wenn sich die Variation der Kräfte jedoch langsam aufbaut, erschwert die dynamische Antwort des Flugzeugs das Schließen der Rückkopplungsschleife. Der Pilot könnte entweder übersteuern und in eine Schwingung geraten, oder er/sie wird zu vorsichtig sein und die gewünschte Änderung tritt nie oder zu langsam ein.

Reguläre Steuerflächen sind klein, sodass sie sich schnell bewegen können, und ihre Kräfte wirken auf einen langen Hebelarm, sodass die Steuerwirkung groß ist. Außerdem ändern Steuerflächen den Auftrieb proportional zu ihrer Auslenkung, sodass die Folgen einer Eingabe einfach vorhergesagt werden können und die Rückmeldung sofort spürbar ist.

Auch wenn die primären Steuerflächen unwirksam sind, gibt es immer noch mehrere Möglichkeiten der Steuerung. Ich werde sie in der Reihenfolge der Reaktionsgeschwindigkeit auflisten:

Der Aufzug kann ersetzt werden durch:

• Tonhöhentrimmung,
• Flügelklappen,
• Schubvariation, wenn die Triebwerke über oder unter der Trägheitslängsachse sitzen,
• Gewichtsverlagerung, wenn Kraftstoff zwischen Tanks bewegt oder Nutzlast in Längsrichtung verschoben werden kann.

Die letzten beiden Optionen arbeiten sehr langsam, und obwohl sie verwendet werden können, um die Sinkgeschwindigkeit zu begrenzen, wird es extrem schwierig sein, Übersteuerung und Oszillationen zu vermeiden. Situationen, die eine präzise Nickkontrolle erfordern, wie Landungen, sind für einen unvorbereiteten menschlichen Piloten unmöglich zu meistern, wenn nur solch grobe Kontrollmittel übrig bleiben.

Das Ruder kann ersetzt werden durch:

• Rudertrimmung,
• Querruder plus Nicksteuerung bei wendigen Flugzeugen mit geringer Streckung,
• asymmetrischer Spoiler (falls vorhanden),
• Asymmetrischer Schub.

Auch hier ist die letzte Option ziemlich langsam und kann nicht für eine präzise Richtungssteuerung verwendet werden.

Die Querruder können ersetzt werden durch:

• Ruder plus Dieder-Effekt,
• asymmetrischer Spoiler (falls vorhanden),
• Seitliches Pumpen des Kraftstoffs.

Auch hier ist die letzte Option zu grob und zu langsam zum Manövrieren.

Wenn das Flugzeug ansonsten unbeschädigt ist und die Flugdynamik bekannt ist, könnte ein speziell programmierter Autopilot ein Flugzeug auch mit den zuletzt aufgeführten Optionen fliegen, weil er viel besser vorhersagen kann als ein menschlicher Pilot, wie viel Wirkung seine Aktionen haben werden. Der Mensch ist zur Steuerung auf eine Rückkopplungsschleife angewiesen, die nicht mehr funktioniert, wenn die Reaktionszeit des Systems weit über seinen Bewegungseigenfrequenzen liegt.

Beachten Sie das "wenn": Wie wahrscheinlich ist es, dass nur alle Steuerflächenaktuatoren ausgefallen sind, das Flugzeug aber ansonsten intakt ist? In den meisten Fällen ist der Steuerungsfehler eine Folge eines anderen Fehlers, der die dynamische Reaktion so verändert, dass ein Autopilot unvorbereitet wäre. Es gibt experimentelle Autopiloten, die sich anpassen können, aber sie werden bisher nur vom Militär eingesetzt.

Mit dem Verlust des größten Teils seines Heckabschnitts wäre JAL123 schwer zu kontrollieren gewesen, selbst wenn den Piloten das Äquivalent der vollen Ruderautorität gegeben worden wäre. Nur mit Schub ist es unmöglich, die unvermeidliche Rollbewegung von Hand zu bekämpfen.

Wie andere gesagt haben, ist es möglich, ein Flugzeug nur mit Drosseln zu steuern, vorausgesetzt, die Steuerflächen sind weitgehend neutral und das Flugzeug befindet sich in einer stabilen Lage (z. B. nicht durchdrehen oder abwürgen):

• Erhöhen Sie zum Steigen das Gas aller Triebwerke
• Verringern Sie zum Sinkflug die Drosselung aller Motoren
• Verringern Sie zum Wenden die Drosselung der Motoren auf der Innenseite der Kurve

Ein solches Kunststück wäre sehr schwierig, da Flugbesatzungen kein Training für solche Steuerverfahren erhalten.

Bei einem großen Verkehrsflugzeug würden Gewichtsverlagerungen wenig bewirken , da das Gewicht der Passagiere nur einen sehr kleinen Teil des Gesamtgewichts ausmacht.

Die NASA hat bereits gezeigt , dass es technisch möglich ist , ein System zur automatischen Steuerung eines Flugzeugs mithilfe von Drosseln zu entwickeln . Das System bietet nicht nur stabile und akzeptable Anflüge und Landungen, es wurde auch in ungewöhnlichen Fluglagen und bei Geschwindigkeiten von 100 Knoten über der Anfluggeschwindigkeit getestet.

Auf die Frage, warum diese Art von System nicht in allen Verkehrsflugzeugen implementiert ist, gelten die üblichen Antworten ...

Die Frage hier hängt sehr stark mit der Art und Weise zusammen, in der die Kontrollen nicht mehr funktionieren sollten. Wenn die Oberflächen in einer mehr oder weniger neutralen Position sind, wäre es möglich, das Flugzeug (bis zu einem gewissen Grad) mit den Triebwerken zu steuern, basierend auf dem Prinzip, dass mehr Schub die Geschwindigkeit erhöht und mehr Auftrieb erzeugt, sowie weniger Schub, was einen Anstand erzeugt. Sie könnten bis zu einem gewissen Grad auch die differenzielle Motorleistung zum Wenden verwenden.

Wäre es prinzipiell möglich, ein solches Flugzeug durch kooperierende Passagiere, die sich in der Kabine bewegen, z. B. durch Anweisung eines Piloten, zu steuern, um die Gewichtsbalance des Flugzeugs zu verschieben?

Vielleicht hängt dies stark vom Flugzeug ab, aber die Flugzeuggrundausbildung würde ja sagen. Das ist vor allem der Grund, warum Sie Gewicht und Gleichgewicht halten müssen, wenn Sie fliegen lernen. Das Problem hier wäre, alle vorsichtig herumzubewegen, um das Flugzeug nicht in einen Stall zu bringen.

Denken Sie daran, dass bei Japan Air 123 das Abblasen des vertikalen Stabilisators ein großes Problem war ...

Fly-by-Wire-Steuerungssysteme können quadruplexiert werden, so dass es 4 Kanäle gibt. All dies ist Teil der in Flugzeugen eingebauten Redundanz.

Sehen Sie sich auch diesen Artikel über den A380 und Redundanz an. http://www.roger-wilco.net/would-i-fly-on-an-airbus-a380/

A380-Redundanz