Равновесия (балансировки) самолета
Для восстановления равновесия самолета необходимо обеспечить продольную и боковую балансировку самолета, для чего отклоняют руль направления и штурвал управления элеронами в сторону работающего двигателя так, чтобы самолет продолжал прямолинейный полет почти без крена, допуская крен 2.-.3° в сторону работающих двигателей. Не допускать потери скорости меньше минимально допустимой для данного элемента полета. При отказе двигателя в наборе высоты следует уменьшить угол набора высоты. Отказавший двигатель выключить.
Особенно опасным является отказ двигателя в процессе разворота с той стороны, куда происходит разворот, так как в этом случае пилоту значительно труднее по поведению самолета определить отказ. Поэтому следует немедленно вывести самолет из разворота и восстановить равновесие.
Продольное равновесие (балансировка) при отказе двигателя нарушается незначительно и самолет сравнительно легко балансируется в продольном отношении небольшим отклонением руля высоты.
В зависимости от величины разворачивающего момента и скорости полета отклонением руля направления и элеронов можно обеспечить следующие виды балансировки самолета.
1. Полет без скольжения (рис. 82). Для осуществления горизонтального полета без скольжения необходимо отклонить руль. направления в сторону работающего двигателя так, чтобы возникшая при этом боковая сила вертикального оперения Zн имела момент относительно центра масс самолета, равный по абсолютной величине и противоположный по знаку разворачивающему моменту несимметричной тяги, т. е.
Zн×хн = Р1×z1 + P4×z4
При этом же условии набор высоты и снижение самолета также происходит без скольжения, только углы отклонения руля направления dн и элеронов dэ будут другими (большими—в наборе, меньшими—при снижении). В случае отказа третьего и четвертого двигателей это условие выражается так:
Zн×хн = P1×z1 + P2×z2 + P3×z3 + P4×z4
Это главнейшее условие полета без скольжения—полета с наименьшим сопротивлением самолета при несимметричной тяге.
Кренящий момент в сторону полукрыла с отказавшим двигателем (отказавшими двигателями), который возникает вследствие боковой силы вертикального оперения Zн×ун, уравновешивается моментом разности подъемных сил, возникающих из-за отклонения элеронов и гасителей подъемной силы
Mx(DYэ.сп.л; DYэ.п) = Zн×ун
Если при равновесии моментов крена выполнять полет без крена, подъемная сила уравновешивает вес самолета, тяга работающих двигателей—силу лобового сопротивления самолета, а боковая сила Zн остается неуравновешенной и вызывает искривление траектории полета (разворот самолета в сторону неработающего двигателя).
Для обеспечения равновесия боковых сил (обеспечения прямолинейности полета) необходимо создать небольшой крен (2... 3°) в сторону работающих двигателей. При этом боковая сила Zнуравновешивается составляющей веса Gz, которая в горизонтальном полете равна G×sing, а в других видах полета (набор высоты, снижение) — G×sing×cosq.
Таким образом, боковое равновесие самолета (равновесие сил и моментов) при полете без скольжения достигается только при наличии незначительного крена (2...3°) на полукрыло с работающим двигателем. При этом следует обратить внимание на то, что боковая сила вертикального оперения и потребный угол крена зависят от разворачивающего момента несимметричной тяги.
При увеличении тяги работающих двигателей разворачивающий момент Mуразв возрастает. Для обеспечения бокового равновесия в этих случаях необходимо увеличить момент силы вертикального оперения Zн×хн путем дополнительного отклонения руля направления и увеличения силы Zн. Для уравновешивания большей силы Zн необходима большая составляющая веса Gz=G×sing, которую можно получить при большем угле крена.
В горизонтальном полете без скольжения подъемная сила уравновешивает составляющую веса Gy=G×cosg, а тяга Р1+Р2+Р3 работающих двигателей—силу лобового сопротивления самолета X+P4 (X—сопротивление самолета без скольжения, а Р4—сопротивление отказавшего двигателя).
При выполнении горизонтального полета по приборам с несимметричной тягой без скольжения указатель авиагоризонта и командного пилотажного прибора КПП показывает величину угла крена, а шарик указателя скольжения под действием веса несколько отклонен в сторону крена (см. рис. 82). При выполнении координированных разворотов (без скольжения) шарик указателя скольжения должен находиться в таком же положении, т. е. несколько отклонен в сторону работающих двигателей.
![]() |
2. Полет без крена (рис. 83). Если при полете без скольжения дополнительно отклонить руль направления в сторону работающего двигателя, то момент боковой силы вертикального оперения Zн×хн окажется больше разворачивающего момента несимметричной тяги Муразв. Самолет разворачивается вокруг нормальной оси в сторону работающего двигателя, создавая угол скольжения на полукрыло с отказавшим двигателем.
В результате скольжения возникает боковая сила фюзеляжа и оперения Zb, которая создает момент Zb×xb. При определенном угле скольжения b на полукрыло с отказавшим двигателем наступает боковое равновесие сил и их моментов при полете без крена. В этом случае момент вертикального оперения Zн×хн уравновешивает разворачивающий момент несимметричной тяги и момент силы Zb, т. е. Zн×хн= P1×z1 + P4×z4 + Zb×xb (при отказе четвертого двигателя).
В горизонтальном полете без крена подъемная сила Y уравновешивает вес самолета G, тяга работающих двигателей P1+P2+P3 —силу лобового сопротивления самолета X+P4×Xb (Хb—дополнительное сопротивление самолета, вызванное скольжением), а сила вертикального оперения Zн уравновешивается боковой силой Zb, возникающей вследствие скольжения самолета на полукрыло с отказавшим двигателем
Y=G; P1+P2+P3=X+P4+Xb; Zн=Zb
Кренящий момент силы Zн уравновешивается моментом сил DYb, возникающих вследствие скольжения самолета на полукрыло с отказавшим двигателем и незначительной добалансировкой элеронами и гасителями подъемной силы.
Таким образом, боковое равновесие самолета без крена достигается при наличии незначительного скольжения на полукрыло с отказавшим двигателем.
При выполнении горизонтального полета по приборам без крена указатель авиагоризонта командного пилотажного привода КПП показывает отсутствие крена, а шарик указателя скольжения находится в центре под действием своего веса.
Если в процессе разворота самолета с несимметричной тягой шарик указателя скольжения находится в центре, разворот происходит со скольжением на полукрыло с отказавшим двигателем независимо от стороны разворота.
![]() |
3. Полет с креном и скольжением на полукрыло с работающими двигателями (рис. 84). Такой вид полета будет в том случае, когда момент силы отклоненного руля направления Zн×хн будет меньше разворачивающего момента несимметричной тяги Mуразв. Это может иметь место при наличии большого разворачивающего момента несимметричной тяги (отказ внешнего двигателя на взлете, при уходе на второй круг, отказ двух двигателей на одной половине крыла и т. п.), а также при недостаточном отклонении руля направления пилотом (ошибка в технике пилотирования) или небольшой его эффективности (отказ двигателя на малой скорости).
Во всех случаях, когда момент руля направления Zн×хн окажется меньше разворачивающего момента несимметричной тяги Муразв, самолет продолжает разворачиваться вокруг оси OY в сторону отказавшего двигателя (отказавших двигателей), создавая угол скольжения b на крыло с работающими двигателями. В процессе увеличения угла скольжения возникает боковая сила фюзеляжа и оперения Zb, которая создает момент Zb×xb, противоположный по направлению разворачивающему моменту несимметричной тяги При определенном угле скольжения b разворачивающий момент несимметричной тяги уравновешивается суммой моментов боковой силы вертикального оперения Zн×хн и моментом силы Zb, возникающей вследствие скольжения Zb×xb, т. е.
Zн×хн + Zb×xb = P1×z1 + P2×z2 + P3×z3 + P4×z4 (см. рис. 84) .
Для равновесия боковых сил необходимо создать крен на полукрыло с работающими двигателями несколько большим, чем при полете без скольжения. При этом составляющая веса Gz=G×sing (горизонтальный полет) или Gz = G×sing×cosq (набор высоты или снижение) уравновесит сумму боковых сил Zн + Zb, тяга работающих двигателей P1 + P2 - силу лобового сопротивления самолета X+Xb+P3+P4. Кренящий момент на полукрыло с отказавшими двигателями от силы руля направления Zн×ун и момента разности подъемных сил, возникающих вследствие скольжения Mx(DYbл; DYbп), уравновесятся моментом от отклоненных элеронов и гасителей подъемной силы Mx(DYэ.л; DYсп.л; DYэ.п) при отклонении штурвала элеронов в сторону работающих двигателей.
Таким образом, боковое равновесие самолета достигается при наличии крена и скольжения на полукрыло с работающими двигателями. Указатель авиагоризонта командного прибора показывает величину крена, а шарик указателя скольжения под действием веса отклонен в сторону крена.
Если момент Zн×хн незначительно меньше разворачивающего момента несимметричной тяги, то полет происходит с небольшим скольжением и сила Zb возникает небольшая, крен на работающий двигатель незначительно больше чем при полете без скольжения и полет протекает нормально.
При недостаточном отклонении руля направления балансировка может быть обеспечена только при больших углах скольжения и крена, сопротивление значительно увеличивается, летные характеристики самолета ухудшаются и полет становится опасным.
При незначительном отклонении руля направления, что является грубейшей ошибкой в технике пилотирования, самолет продолжает энергично разворачиваться в сторону отказавшего (отказавших) двигателя, угол скольжения и кренящий момент резко увеличиваются. Если при критическом угле скольжения (bкр » 15°) моменты сил Zн и Zb не уравновешивают разворачивающего момента несимметричной тяги, то при дальнейшем увеличении угла скольжения Zн и Zb даже при увеличении угла отклонения руля направления уменьшаются, что является особенно опасным.Вследствие увеличения угла скольжения кренящий момент самолета резко увеличивается и момента элеронов с гасителями подъемной силы будет недостаточно для его уравновешивания. Таким образом, в результате выхода самолета назакритический угол скольжениясамолет может потерять боковое равновесие инаступит срыв. Признаком такого опасного состояния полета является то, что при полном отклонении штурвала элеронов самолет продолжает увеличивать крен. Предотвратить срыв самолета в этом случае можно только полным отклонением руля направления, дросселированием работающего внешнего двигателя с отжатием штурвала от себя.
Рассмотрев возможные виды равновесия (балансировка) полета с несимметричной тягой, можно сделать следующий вывод.
1. Полет без скольжения с незначительным креном на полукрыло с работающими двигателями обеспечивает наибольший запас тяги, так как сопротивление самолета минимальное и почти равно сопротивлению в полете с нормально работающими двигателями. Этот вид равновесия является основным, им следует пользоваться при отказе двигателя во всех элементах полета и особенно при взлете или наборе высоты, так как запас тяги максимальный.
2.Развороты в полете при одном или двух отказавших двигателях должны выполняться координированно (без скольжения) с углом крепа до 15°.
Если до ввода в разворот самолет полностью сбалансирован механизмами триммерного эффекта (триммерами) при отсутствии скольжения, техника выполнения и поведение самолета в процессе разворота практически не отличается от обычного разворота при несимметричной тяге с таким же углом крена, так как усилия на рычагах управления небольшие и прямые. Радиус разворота в сторону работающих двигателей несколько больше, так как эффективный угол крена самолета в этом случае несколько меньше.
Допустим, что равномерный и прямолинейный полет без скольжения происходит с креном 2° в сторону работающих двигателей Следовательно, при развороте в сторону работающих двигателей с углом крена 15° эффективный угол крена составляет только 13°, а при развороте в сторону отказавших двигателей с креном 15° эффективный угол крена равен 17°.
Если до ввода в разворот самолет не сбалансирован механизмами триммерного эффекта (триммерами), разворот в сторону работающих двигателей более безопасный. Координированный разворот в сторону отказавших двигателей своеобразен по технике пилотирования. Для ввода в такой разворот необходимо уменьшить усилие в сторону работающих двигателей на штурвале управления элеронами и педалях управления рулем направления. Учитывая особенности человеческого организма при «измерении" уменьшающихся усилий, может быть допущено излишнее их уменьшение, особенно на педалях управления рулем направления. Самолет в таком случае начинает резко разворачиваться в сторону отказавшего двигателя, создавая скольжение на полукрыло с работающим двигателем. Крен самолета резко увеличивается, на что пилот ошибочно реагирует поддержанием крена штурвалом. В этом случае скольжение продолжает нарастать с увеличением угла крена, а возможно, и с уменьшением скорости. Увеличение угла скольжения и крена создает срывную ситуацию в полете, о которой уже говорилось.
Учитывая это, для обеспечения безопасности полета при выполнении разворотов с несимметричной тягой необходимо самолет еще в прямолинейном полете предварительно полностью сбалансировать механизмами триммерного эффекта (триммерами) при положении без скольжения, а затем координированно ввести в разворот. Если же требуется выполнять небольшие довороты на самолете, не сбалансированном триммерами, что может иметь место при отказе двигателя на взлете, заходе на посадку и уходе на второй круг, то следует выполнять их с небольшими кренами, используя для этой цели, в основном, штурвал управления элеронами и гасителями подъемной силы. При небольших углах крена требуется небольшое отклонение руля направления, поэтому, если и не отклонять руль направления, развороты происходят с незначительным скольжением.
Очень опасно при выполнении разворотов даже небольшое уменьшение скорости, так как оно может послужить причиной срыва самолета.
При выполнении координированного разворота с небольшой потерей скорости уменьшается момент боковой силы вертикального оперения. У самолетов развивается скольжение на полукрыло с работающими двигателями, увеличивается сопротивление. При попытке пилота сохранить высоту в процессе разворота происходит дальнейшее уменьшение скорости, увеличение угла скольжения и возможен срыв самолета. Учитывая это,скорость в процессе разворота следует выдерживать постоянной, а для большей безопасности — несколько увеличенной.
На рис. 85, 86 и 87 изображены балансировочные кривые, выражающие зависимость углов отклонения элеронов dэ, руля направления dн, а также усилий, прикладываемых к штурвалу управления элеронами Рэ и педалям управления рулем направления Рнв зависимости от угла крена g для обеспечения прямолинейного полета с креном и скольжением при трех работающих двигателях (1-й, 2-й и 3-й двигатель) на номинальном режиме (см. рис. 85), на взлетном (см. рис. 86) и при двух работающих двигателях (1-й и 2-й) на взлетном режиме (см. рис. 87).
Для обеспечения боковой балансировки самолета без крена со скольжением на полукрыло с неработающим 4-м двигателем необходимо: отклонить штурвал влево с усилием 6 кгс, при этом правый элерон отклонится вниз на 2°, и приложить усилие к левой педали 4,5 кгс для отклонения руля направления влево на угол около 2° (см. рис. 85, точка 1). На рис. 86 и 87 этот вид балансировки отмечен точкой 1.
Для обеспечения балансировки самолета (см. рис. 85, поз. 2) с углом крена 2° на полукрыло с работающими двигателями (угол скольжения самолета, близкий к нулю) необходимо усилие на штурвале увеличить до 7 ...7,5 кгс для отклонения правого элерона вниз на 3...3,5°, а усилие на левой педали уменьшить до 1,5 кгс при отклонении руля направления влево на 1°. На рис. 86 и 87 (точка 2) показаны усилия балансировки самолета с углом крена 3° на полукрыло с работающими двигателями.
Из приведенных примеров видно, что при отказе одного четвертого двигателя самолет легко балансируется даже при полете без крена. Более благоприятные условия балансировки самолета с углом крена 2...3° на полукрыло с работающими двигателями, так как полет происходит практически без скольжения. При отказе двух двигателей на одной половине крыла следует обеспечить боковую балансировку самолета с углом крена около 3° на полукрыло с работающими двигателями, так как расход усилий особенно на педалях управления рулем направления сравнительно большой.
Следует обратить внимание, что расход усилий на штурвале управления элеронами и педалях управления рулем направления указаны при условии нахождения механизмов триммерного эффекта в нейтральном положении. Усилия на штурвале и педалях полностью снимаются механизмами триммерного эффекта при бустерном управлении или триммерами при безбустерном управлении.