Kritisk motor
Den kritiska motorn i ett flermotorigt flygplan med fasta vingar är den motor som i händelse av fel skulle påverka ett flygplans prestanda eller hanteringsförmåga mest negativt. På propellerflygplan är det en skillnad i de återstående girmomenten efter fel på vänster eller höger (utombords)motor när alla propellrar roterar i samma riktning på grund av P- faktorn . På tvåmotoriga turbojet- och turbofanflygplan är det vanligtvis ingen skillnad mellan girmomenten efter fel på en vänster eller höger motor i vindstillstånd.
Beskrivning
När en av motorerna på ett typiskt flermotorigt flygplan blir ur funktion, föreligger en dragkraftsobalans mellan den operativa och inoperativa sidan av flygplanet. Denna dragkraftsobalans orsakar flera negativa effekter utöver förlusten av en motors dragkraft. Svansdesigningenjören är ansvarig för att bestämma storleken på den vertikala stabilisatorn som kommer att uppfylla de regulatoriska kraven för kontroll och prestanda för ett flygplan efter motorbortfall, såsom de som fastställts av Federal Aviation Administration och European Aviation Safety Agency . Den experimentella testpiloten och flygtestingenjören använder flygtestning för att avgöra vilken av motorerna som är den kritiska motorn.
Faktorer som påverkar motorns kritik
Asymmetrisk girning
När en motor havererar utvecklas ett girmoment , som applicerar en rotationskraft på flygplanet som tenderar att vrida det mot vingen som bär motorn som havererade. Ett rullande moment kan utvecklas, på grund av asymmetrin hos lyftet i varje vinge, med ett större lyft som genereras av vingen med den arbetande motorn. Girnings- och rullmomenten applicerar rotationskrafter som tenderar att gira och rulla flygplanet mot den havererade motorn. Denna tendens motverkas av pilotens användning av flygkontrollerna , som inkluderar rodret och skevroder. På grund av P-faktorn utvecklar en medurs roterande högerpropeller på höger vinge typiskt sin resulterande dragkraftsvektor på ett större lateralt avstånd från flygplanets tyngdpunkt än den medurs roterande vänstra propellern (Figur 1). Fel på den vänstra motorn kommer att resultera i ett större girmoment för den högermotor som arbetar, snarare än vice versa. Eftersom den högra motorn i drift producerar ett större girmoment, kommer piloten att behöva använda större avböjningar av flygreglagen eller en högre hastighet för att behålla kontrollen över flygplanet. Följaktligen har felet i den vänstra motorn större inverkan än felet i den högra motorn, och den vänstra motorn kallas den kritiska motorn. På flygplan med propellrar som roterar moturs, till exempel de Havilland Dove , skulle rätt motor vara den kritiska motorn.
De flesta flygplan som har motroterande propellrar har inte en kritisk motor som definieras av ovanstående mekanism, eftersom de två propellrarna är gjorda för att rotera inåt från toppen av bågen; båda motorerna är kritiska. Vissa flygplan, som Lockheed P-38 Lightning , har avsiktligt propellrar som roterar utåt från toppen av bågen, för att minska nedåtgående luftturbulens, känd som downwash, på den centrala horisontella stabilisatorn, vilket gör det lättare att avfyra vapen från flygplan. Dessa motorer är både kritiska, men mer kritiska än inåtroterande propellrar.
Flygplan med propellrar i en push-pull-konfiguration , såsom Cessna 337 , kan ha en kritisk motor, om fel på en motor har en större negativ effekt på flygplanets kontroll eller klättringsprestanda än fel på den andra motorn. Fel på en kritisk motor i ett flygplan med propellrar i en push-pull-konfiguration kommer vanligtvis inte att generera stora gir- eller rullande moment.
Effekt av den kritiska motorn på lägsta styrhastighet
Standarderna och certifieringarna som specificerar luftvärdighet kräver att tillverkaren bestämmer en lägsta kontrollhastighet (V MC ) vid vilken en pilot kan behålla kontrollen över flygplanet efter fel på den kritiska motorn, och publicera denna hastighet i avsnittet i flygplanets flygmanual på begränsningar. De publicerade lägsta styrhastigheterna (V MC :er) för flygplanet mäts när den kritiska motorn går sönder eller inte fungerar, så effekten av felet i den kritiska motorn ingår i de publicerade V MC :erna. När någon av de andra motorerna går sönder eller inte fungerar kommer den faktiska V MC som piloten upplever under flygning att vara något lägre, vilket är säkrare, men denna skillnad finns inte dokumenterad i manualen. Den kritiska motorn är en av de faktorer som påverkar flygplanets V MC :er. De publicerade V MC :erna är säkra oavsett vilken motor som går sönder eller inte fungerar, och piloter behöver inte veta vilken motor som är kritisk för att flyga säkert. Den kritiska motorn definieras i flygföreskrifter i syfte att designa svansen och för experimentella testpiloter för att mäta V MC s under flygning. Andra faktorer som krängningsvinkel och dragkraft har en mycket större effekt på V MC: er än skillnaden mellan en kritisk och en icke-kritisk motor.
Airbus A400M har en atypisk design, eftersom den har motroterande propellrar på båda vingarna. Propellrarna på en vinge roterar i motsatta riktningar mot varandra: propellrarna roterar från toppen av bågen nedåt mot varandra. Om båda motorerna på en vinge är i drift sker förskjutningen av dragkraftsvektorn med ökande anfallsvinkel alltid mot den andra motorn på samma vinge. Effekten är att den resulterande dragkraftsvektorn för båda motorerna på samma vinge inte ändras när anfallsvinkeln för flygplanet ökar så länge som båda motorerna är i drift. Det finns ingen total P-faktor, och fel på någon av utombordsmotorerna (dvs: motor 1 eller 4) kommer inte att resultera i någon skillnad i storleken på de återstående dragkraftens girmoment med ökande attackvinkel, endast i riktningen vänster eller höger. Den lägsta styrhastigheten under start ( V MC ) och under flygning ( V MCA ) efter fel på någon av utombordsmotorerna kommer att vara densamma om inte förstärkningssystem som kan krävas för att styra flygplanet är installerade på endast en av utombordsmotorerna . Båda utombordsmotorerna skulle vara kritiska.
Om en utombordsmotor går sönder, såsom motor 1 som visas i figur 2, rör sig momentarmen för vektorn för den återstående dragkraften på den vingen från mellan motorerna till en bit utanför den återstående inombordsmotorn. Vektorn i sig är 50 % av den motsatta dragkraftsvektorn. Det resulterande dragkraftsgirmomentet är mycket mindre i detta fall än för konventionell propellerrotation. Det maximala rodrets girmoment för att motverka den asymmetriska dragkraften kan vara mindre och följaktligen kan storleken på den vertikala svansen vara mindre. Fjädersystemet på de stora, 8-bladiga, 17,5 fot (5,33 m) diametern dragpropellrar måste vara automatiska, mycket snabba och felfria, för att säkerställa lägsta möjliga propellermotstånd efter ett fel i framdrivningssystemet. Om inte, kommer ett fel i fjädersystemet på en utombordsmotor att öka propellermotståndet, vilket i sin tur förstärker dragkraftens girmoment avsevärt, vilket ökar faktiska V MC(A) . Styrkraften som genereras av enbart den lilla vertikala svansen och rodret är låg av den lilla designen. Endast snabb minskning av dragkraften för den motsatta motorn, eller ökad lufthastighet kan återställa den erforderliga kontrollkraften för att upprätthålla rak flygning efter fel på ett fjädersystem. Att designa och godkänna fjädersystemet för detta flygplan är en utmaning för designingenjörer och certifieringsmyndigheter.
På flygplan med mycket kraftfulla motorer löses problemet med asymmetrisk dragkraft genom att tillämpa automatisk dragkraftsasymmetrikompensation, men detta får konsekvenser för startprestandan.
Eliminering
Rutan Boomerang är ett asymmetriskt flygplan designat med motorer med lite olika uteffekter för att producera ett flygplan som eliminerar farorna med asymmetrisk dragkraft i händelse av fel på någon av dess två motorer. [ citat behövs ]
- ^ a b Federal Aviation Administration, USA. "Federal Aviation Regulations (FAR)" . Avdelning 14, del 23 och del 25, § 149 . Arkiverad från originalet 2012-09-22 . Hämtad 28 okt 2013 .
- ^ a b Europeiska byrån för flygsäkerhet. "Certifieringsspecifikationer (CS)" . CS-23 och CS-25, § 149 . Hämtad 28 okt 2013 .
- ^ Garnison, Peter (februari 2005). "P-faktor, vridmoment och den kritiska motorn" . Flygande . 132 (2): 99. ISSN 0015-4806 .