Представьте: вот вы пилот, летите, никого не трогаете, примус починяете, и решаете набрать высоту. Для этого надо немного ускориться и параллельно чуть увеличить тангаж, что вы, собственно, и делаете. Увеличивая тягу РУДом, вы параллельно немного тянете рычаг управления на себя. Все идёт хорошо первые несколько минут, но тут рычаг полностью самостоятельно и с огромной силой уходит в положение "на себя" до упора и там замирает. Поздравляю вас, вы познакомились с явлением, именуемым "перекомпенсация руля высоты". Пока вы лихорадочно пытаетесь оттолкнуть рычаг в нормальное положение, а ваш самолёт переходит в устойчивый штопор, у как раз вас есть несколько минут падения до земли, так что давайте познакомимся с этим явлением поближе.
Предварительно нужно определиться с такой штукой, как центр давления. Википедия говорит, что для крыла самолёта (а руль высоты это почти крыло) центр давления это точка, где пересекаются линия действия аэродинамической силы и плоскость хорд крыла. То есть такая точка на профиле крыла, куда, условно, действует аэродинамическая сила (равнодействующая всех сил, которые вы нарисуете летящему в воздухе самолёту). В общем случае центр давления умеет двигаться, и он меняет свое положение в зависимости от скорости самолёта и угла атаки (давайте сохраним остатки рассудка и не будем разбирать его движение).
Вторая штука, необходимая для понимания происходящего, это шарнирный момент. В авиации это момент, который действует на орган управления (руль высоты в нашем случае) относительно его оси вращения и который создаётся аэродинамической силой. В норме, шарнирный момент направлен против отклонения руля и стремится вернуть руль в нейтральное положение. То есть, руль высоты отклонен в балансировочное положение, отклонен вокруг центра вращения, в котором он закреплён и вокруг которого он крутится. Где-то на руле есть центр давления, куда действует аэродинамическая сила. Если центр давления и центр вращения НЕ совпадают, то сила создаст шарнирный момент. Этот момент стремится вернуть руль в нейтральное положение. Если ничего не понятно, не отчаивайтесь, это нормально, я в конце картинку поставлю. И ещё один важный, но не всегда очевидный нюанс: шарнирный момент зависит от угла отклонения руля и скорости полета (вообще там скоростной напор, но нафиг нам такие сложности), чем больше угол и больше скорость, тем больше шарнирный момент.
Продолжаем наше вступление. На заре авиации самолёты были маленькие, и летали медленно. Шарнирные моменты на рулях были маленькие, и среднестатистический пилот мог спокойно их пересилить просто мощью своих мускулов (картинка накачанного пилота в летной форме 18+ без смс и регистрации разблокирована). В те старые добрые времена все рули были связаны с рычагом управления и педалями (да, у пилотов есть педали, почти как на машине) механически, системой тяг и качалок, то есть тупо тросиками, и все усилия с рулей пилот ощущал напрямую руками/ногами. Но время шло, аппетиты людей росли, скорости полета тоже. Настал момент, когда усилия на рулях выросли настолько, что даже тяжелоатлет не смог бы удержать рычаг управления. В систему управления самолётом вошли сначала бустеры (гидроусилители), а потом электроника. Довольно быстро выяснилось, что скорости полета (и величины шарнирных моментов) растут сильно быстрее мощности гидроприводов. И даже если привод достигает необходимой мощности, чтобы держать руль в необходимом положении на сверхзвуке (сорокатонные приводы руля высоты с Сушек одобряют), они тупо становятся слишком огромными. И приходится выбирать: либо мощный привод = тяжелый самолёт = хреново разгоняется, либо маленький привод = маленькая мощность = не сможет удержать руль, надо ограничивать скорость. Два стула, и оба плохие.
Вы ещё тут? Продолжим. Инженеры не собирались мириться с двумя плохими стульями, они сделали третий, хороший: изобрели способы компенсации шарнирных моментов на рулях. Их есть аж несколько: осевая, роговая, внутренняя компенсация, сервокомпенсация и использование триммера. Кратко пробежимся по этим методам.
Осевая компенсация состоит в том, что ось вращения расположена не на конце руля, а немного дальше, так, что часть руля остается вереди оси вращения. Тогда при отклонении руля передняя часть руля как бы отклоняется в другую сторону, и на ней создается момент противоположного знака. Снискала всеобщую любовь за легкость конструктивного исполнения и хорошую аэродинамику.
Роговая компенсация похожа на осевую, но тут впереди оси вращения остается меньший кусок площади, похожий на рог, откуда и пошло название. Этот кусок и создает компенсирующий момент. Так же прост в исполнении, но ухудшает аэродинамику, особенно на больших углах отклонения руля.
Внутренняя компенсация распространена большей частью на элеронах. В этом случае кусок профиля, примыкающий к оси вращения руля остается пустым и делится гибкой герметичной перегородкой (диафрагмой) на две полости. В полостях возникает разность давлений, действующая на диафрагму и создающая компенсирующий момент. Не вносит никаких возмущений в поток, что особенно ценится на сверх- и гиперзвуке, но ограничивает диапазон отклонений руля, особенно на тонком профиле.
Сервокомпенсация это использование небольших отклоняемых поверхностей на задней кромке основного руля. Этакий руль на руле. Компенсация триммером ‒ один из видов сервокомпенсации, он отличается тем, что применяется на установившихся режимах полета и полностью обнуляет шарнирный момент (все остальные виды компенсации его только уменьшают, но не убирают полностью).
Итак, мы добрались. У осевой компенсации есть один интересный и крайне опасный побочный эффект: если по каким-либо причинам центр давления уползет на компенсатор (та самая часть перед осью вращения), начнется треш.
Во-первых, руль (и рычаг управления тоже) моментально улетает в крайнее положение.
Во-вторых, сразу же возникает обращение знака усилий на рычаге управления. Теперь, чтобы перевести рычаг из положения «на себя» в нейтральное, надо его ТОЛКАТЬ, тогда как в норме рычаг сам стремится туда и его надо ТЯНУТЬ. Это очень сильно осложняет управление и может привести к катастрофе.
И в-третьих, пока летчик все это сообразит, самолет уже выйдет на критические режимы (штопор - земля - гроб - кладбище).
Поздравляю, вы познакомились с госпожой перекомпенсацией. А руль, соответственно, стал перекомпенсированным. Перекомпенсация это крайне опасная хрень, и ее стараются избегать всеми возможными и невозможными методами. Как когда-то я слышала на лекциях (за надежность инфы не ручаюсь), что на самолеты Сухого ставят охрененно мощные привода, способные пересилить возможную перекомпенсацию, а вот МиГ хитрее, они строят рули так, что на малых скоростях (и малых шарнирных моментах) они перекомпенсированы, но тогда они легко пересиливаются, а вот на больших скоростях рули становятся уже нормальными. Такая схема позволяет ставить более слабые и легкие приводы. В идеале, конечно, лучше перекомпенсацию вообще не допускать, но тут уж как повезет. Полет истребителя ‒ штука непредсказуемая.
Приятной вам посадки.
Автор: Лиза Гладышева
Комментарии (58)
Octabun
13.06.2024 14:53+1Очень понятно и убедительно. Единственное чего не понял - почему нет пироболтов и удобной кнопки "сброс рулей", ну, чтобы хоть какие-то шансы...
EazzyBuzzy
13.06.2024 14:53+5Думаю, потому, что в большинстве коммерческих гражданских ВС сейчас fly-by-wire. Она не допустит. Я вообще сейчас про этот эффект первый раз в жизни услышал, хотя я немного интересуюсь темой.
AKudinov
13.06.2024 14:53+1Все "Боинги" 737 на механике (тросики, гидравлика). Так что насчёт "большинства" не уверен.
EazzyBuzzy
13.06.2024 14:53+1Согласен, погорячился.
Shmaiser
13.06.2024 14:53а в чем тогда проблема на MAX?
Wesha
13.06.2024 14:53В том, что при некоторых измеренных компьютером (через датчики) параметрах полёта компьютер принимал решение помочь пилоту — ему ж, бедненькому, тяжело — и перекладывал стабилизатор. Если эти датчики работали нормально — то всё было великолепно. Но когда датчики гнали муму (в силу замерзания или осиного гнезда в нём), компьютер этой муму безоговорочно верил, с немного предсказуемым результатом.
DrGluck07
13.06.2024 14:53+1Я бы сказал, что дело не в FBW, а в том, что на всех лайнерах есть переставной стабилизатор, который как раз работает от кнопки.
AKudinov
13.06.2024 14:53+1И усилия на нём как раз такие, что для его перестановки приходится использовать немаленький винтовой привод.
sasha_semen
13.06.2024 14:53когда второй пилот вращает его двумя руками?
lorc
13.06.2024 14:53+2А как без рулей рулить то?
Нет, вроде, были уникумы которые умудрились обойтись одной тягой двигателей, но это было один раз и на авиалайнере.
DrGluck07
13.06.2024 14:53+3Без рулей рулить как то вот так, как сделал это Денис на тренажере. На вскидку я помню как минимум две посадки с помощью разнотяга двигателей. Одна на транспортном А300, в который попала ракета, там выжили все. Вторая катастрофа DC-10 в Су-Сити, там выжили 185 из 296 человек.
AiR_WiZArD
13.06.2024 14:53+1ES-SAN - 28 февраля 2018, тоже на разнотяге садили, с поврежденными двигателями, правда у них триммеры работали.
CitizenOfDreams
13.06.2024 14:53+3Единственное чего не понял - почему нет пироболтов и удобной кнопки "сброс рулей", ну, чтобы хоть какие-то шансы...
Потому что шансы успешно приземлиться без рулей ну очень "хоть какие-то". Хотя и не нулевые - см. рейс United Airlines 232. Но там было целых четыре летчика с огромным опытом, причем один из них ранее как раз интересовался вопросом, возможно ли спасти самолет в таких условиях.
ksbes
13.06.2024 14:53Любой опытный пилот с налётом больше пары тысяч часов имеет очень неплохие шансы (не гарантию - но хорошие шансы). Если, конечно самолёт позволяет (т.е. схема как у современных авиалайнеров). И если, конечно, не провафлит развитие ситуации - это самое опасное.
CitizenOfDreams
13.06.2024 14:53+2Любой опытный пилот с налётом больше пары тысяч часов имеет очень неплохие шансы
Уточним, неплохие шансы выйти из перекомпенсации - да, если самолет позволяет. Приземлиться без рулей - это вряд ли. У United 232 звезды ну очень удачно сошлись, что позволили хоть как-то приземлиться и спасти больше половины пассажиров.
Octabun
13.06.2024 14:53+19не провафлит развитие ситуации
По этому поводу мне кажется поучительной история происшедшая в США когда они впервые, после очередной странной катастрофы на посадке, поняли физику явления переводившегося тогда как "нисходящий атмосферный взрыв".
Данные о явлении занесли в симулятор и решили испытать на, вроде помнится, пяти лучших экипажах. Не разбился один, после чего состоялась примерно такая беседа
Командир, как Вам удалось спасти самолёт?
А, я просто потянул штурвал и перевёл двигатели во взлётный режим как только почуствовал что что-то начинается.
И всё?
Ну не совсем, второй пилот заметил что я делаю и немедленно убрал шасси а потом закрылки.
Как Вам удалось понять что происходит, командир?
Никак, просто я встретился взглядом с пилотом предыдущего экипажа когда они выходили из симулятора
Juf8887
13.06.2024 14:53А представьте, сколько будет весить эта конструкция, которая сможет пересилить момент
JediPhilosopher
13.06.2024 14:53+8Кроме того, что написали выше (что сесть без рулей почти нереально), сторонники всяких там катапульт и прочих деструктивных средств спасения забывают, что все эти системы тоже могут стать точкой отказа и сами по себе послужить причиной катастрофы.
В том году вон было вроде, когда катапульта сработала у нашего какого-то военного самолета на земле, экипаж погиб.
Так что логика тут не "давайте добавим еще одну систему, шанс в 0.001 все равно лучше чем 0", а "давайте добавим еще одну систему, которая добавит шанс на спасение 0.001 в этой ситуации, зато сама с вероятностью 0.01 станет причиной другой катастрофы". И тогда станет понятно, почему такие системы как правило никто не делает.
Zenitchik
13.06.2024 14:53Из-за недостаточной высоты для раскрытия парашютов
Странно, что катапульта, не обеспечивающая набор высоты для раскрытия парашютов, была принята военной приёмкой...
Wesha
13.06.2024 14:53+1Странно, что катапульта, не обеспечивающая набор высоты для раскрытия парашютов, была принята военной приёмкой...
Ви так говорите, как будто это что-то необычное для военных. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ту-22#Эксплуатация — минимальная высота катапультирования 350 м (кресла выстреливаются вниз, на взлёте получаются красивые пятна на полосе).
Sly_tom_cat
13.06.2024 14:53Вояки они те еще борцы за безопасность. Принимают самолет на вооружение, а потом жены пилотов срывают "бабьим бунтом" полеты, а самолет получает неофициальное прозвище "черная вдова" (ибо вдов производит быстро).
И такое происходило не раз и не только у нас.
JediPhilosopher
13.06.2024 14:53Как в ТЗ было сказано, так и сделали. Катапульта, спасающая с уровня земли - штука намного более сложная и дорогая, ведь она должна отстреливать пилотов намного дальше и выше, чтобы парашюты успели раскрыться. И есть мало на каких самолетах.
Wesha
13.06.2024 14:53+1намного дальше и выше,
А в некоторых случаях — ещё и быстрее, иначе хвостовой двигатель мелко нашинкует.
Batalmv
13.06.2024 14:53Есть стабилизатор, и процесс триммирования соответственно. Но это разнесенные поверхности, поэтому наверное тут все не поможет, если все происходит так, как описано
Paranoich
13.06.2024 14:53на самолеты Сухого ставят охрененно мощные привода, способные пересилить возможную перекомпенсацию, а вот МиГ хитрее, они строят рули так, что на малых скоростях (и малых шарнирных моментах) они перекомпенсированы
Интересно: поэтому Сушки тяжёлые, из-за более тяжёлого оборудования, или наоборот: они более тяжёлые, посему им надо охрененные привода?
Хотя это может быть просто влияние разных конструкторских школ и разного подхода к проектированию. Сухой всегда делал более тяжёлые машины (и более технически сложные), а «Микоян и его друг Гуревич» находили более простые, да и класс машин разный.
Sly_tom_cat
13.06.2024 14:53+1Ну там немного все в статье упрощено.
Су-27 - статически неустойчивый почти на всем диапазоне скоростей. Это значит что у него центр тяжести находится перед центром давления. И этот самолет вообще без электроники не может управляться. И скорости отработки рулей нужны очень высокие, от сюда в частности и мощные бустеры.
А вот Миг-29 - он классический, статически устойчивый самолет.
Ну это тоже упрощение (не сильно лучше чем в статье)
vanxant
13.06.2024 14:53+1Да нет сейчас статически устойчивых истребителей. Либо устойчивость, либо маневренность.
DGN
13.06.2024 14:53+1Интересно, на кордовых моделях оказывается была роговая компенсация РВ, чего только в старости не узнаешь. Хотя я не помню, чтоб усилие на ручке было хоть сколько то заметно.
WalterBeech
13.06.2024 14:53+2Компенсация — она совсем не о том, о чём пишет автор )
Впрочем, я посмотрел блог в вк, там всё про все науки на уровне "слышал звон"...
ts347
13.06.2024 14:53А о чем она?
Объясните, пожалуйста, очень интересно.
А то заинтриговали и на этом всё.
Fen1kz
13.06.2024 14:53+3Никто из старожилов не помнит - была такая книжка советская где в формате "документальной повести" рассказывалось как с этим явлением познакомились и как его преодолевали в первой половине двадцатого века?
ksbes
13.06.2024 14:53+3Это про другое, скорее всего - про инверсию и флаттер при приближении к сверхзвуку. Это похожее явление - но всё же немного не то.
Fen1kz
13.06.2024 14:53а эта как называется? Я читал лет в 12-13, поэтому не могу вспомнить ничего, но я уверен, что была ещё отдельная про штопор
Paranoich
13.06.2024 14:53Может быть «Открытые глаза» Аграновского Анатолия?
Повесть известна из-за фильма Им покоряется небо.
Сюжет картины повторён в повести Анатолия Аграновского «Открытые глаза», которая вышла в свет одновременно с фильмом.
Fen1kz
13.06.2024 14:53Больше похоже на https://avidreaders.ru/book/trista-neizvestnyh.html, я чутка почитал, вроде как оно.
Silverado
13.06.2024 14:53+1У вас немного хронология съехала. Все эти способы компенсации шарнирных моментов были задолго до того как в 40-х годах на самолетах начали появляться первые гидроприводы управляющих поверхностей. В частности, триммеры и роговая компенсация ведут свою историю как минимум с ПМВ
WalterBeech
13.06.2024 14:53+2Прочитал первый абзац и бросил (признаться честно, хотелось сделать это уже на том моменте, где вы описываете, как набрать высоту).
shellenberg
13.06.2024 14:53В те старые добрые времена все рули были связаны с рычагом управления и педалями (да, у пилотов есть педали, почти как на машине) механически, системой тяг и качалок, то есть тупо тросиками, и все усилия с рулей пилот ощущал напрямую руками/ногами.
Подавляющее число самолетов general aviation до сих пор так и управляется.
S_gray
13.06.2024 14:53Статья из серии "учебник своими словами". Не очень понятно, зачем... Для детей - сложновато, для взрослых - довольно бессмысленно, поскольку тема очень уж специфичная. "...помнится, однажды, "Джейвиси" битых полтора часа передавал в чёрно-белом варианте практические уроки, как восстанавливать и затачивать иголки для примуса." (© Стругацкие, ОЗ).
Wesha
13.06.2024 14:53+1"Джейвиси" битых полтора часа передавал в чёрно-белом варианте практические уроки, как восстанавливать и затачивать иголки для примуса.
Ви таки будете смеяться, но сейчас чуть ли не пол-ютуба этим занимается.
Finesse
13.06.2024 14:53Теперь, чтобы перевести рычаг из положения «на себя» в нейтральное, надо его ТОЛКАТЬ, тогда как в норме рычаг сам стремится туда и его надо ТЯНУТЬ
Не понял. Толкание разве не приведёт рычаг в нейтральное положение? Насколько я понимаю, тянуть нужно, чтобы рычаг шёл в нейтральное положение медленнее, чем он бы это сделал сам; если тянуть сильнее, рычаг будет идти в сторону «на себя». Как вообще можно заставить цельный предмет двигаться в одном направлении, прикладывая силу на этот предмет в противоположном направлении?
lokkiuni
13.06.2024 14:53+1Ну например нижняя педаль велосипеда обладает таким свойством - её надо толкать назад, чтобы она (и велосипед) поехали вперёд.
Wesha
13.06.2024 14:53Хм, Вы едете на велосипеде, толкая нижнюю педаль назад? Нет, конечно, у всех свои предпочтения, но я вот, например, еду, толкая переднюю педаль вниз...
Finesse
13.06.2024 14:53В этом случае наездник, который прикладывает силу на педаль, неподвижен относительно рамы велосипеда, поэтому движение педали надо рассматривать относительно рамы велосипеда. Сила прикладывается «назад», и педаль движется «назад», поэтому противоречия нет.
Ваш пример подходил бы, если бы человек стоял на земле, а не сидел на велосипеде. В этом случае велосипед действительно может ехать вперёд, если тянуть педаль назад, но в этом случае педаль будет двигаться назад относительно земли.
N1X
Мне кажется, что все же "Во-первых" вытекает из "Во-вторых"... Все же положение, которое принимает рычаг будет зависеть от положения того, с чем он связан. И вот когда произойдет обращение знака усилий и сила создаваемая давлением пилота на рычаг сложится с силой от разности воздушных давлений с одним знаком, то рычаг быстренько прыгнет куда ему надо :)
DamonV79
Думаю, в статье описано с точки зрения пилота:
1) сначала орган управления улетает в крайнее положение
2) а при попытке вернуть его на место, выясняется, что знак усилий на органе управления инвертировался.
С точки зрения механики процессов, понятно, что все наоборот. :-)
N1X
Ну с точки зрения пилота все так же: усилие на ручке давит на руку, из-за чего рычаг уходит в крайнее положение. Ну не могу я представить, как может быть по другому. Если только пилот во время смены режима полета сидит с чашечкой кофе и круассаном, толкает пяткой РУД, чтобы добавить тяги и смотрит такой "О, ручка до упора ушла, ща поставлю чашку и усилие на ней проверю" =)