Защита полетного конверта - Flight envelope protection

Рейс 006 авиакомпании China Airlines поврежден выходом за пределы его конверт для полета получить контроль после падения 3000 м за 20 секунд

Защита полетного конверта это человеко-машинный интерфейс расширение управление самолетом система, которая не позволяет пилоту самолета подавать команды управления, которые могут вынудить самолет превысить его конструктивные и аэродинамические эксплуатационные ограничения.[1][2][3] В той или иной форме он используется во всех современных коммерческих по проводам самолет.[4] Заявленное преимущество систем защиты зоны полета заключается в том, что они ограничивают чрезмерное управление пилотом, будь то внезапная реакция на чрезвычайную ситуацию или иным образом, от превращения в чрезмерную. поверхность управления полетом движения. Теоретически это позволяет пилотам быстро реагировать на чрезвычайную ситуацию, одновременно подавляя эффект чрезмерного управляющего воздействия, возникающего в результате «вздрагивания», путем электронного ограничения чрезмерных движений поверхности управления, которые могут вызвать чрезмерную нагрузку на планер и поставить под угрозу безопасность самолета.[5][6]

На практике эти ограничения иногда приводили к непреднамеренному человеческие факторы собственные ошибки и несчастные случаи.

Функция

Самолеты имеют конверт для полета в котором описаны пределы безопасных характеристик в отношении таких вещей, как минимальная и максимальная рабочие скорости, а также рабочая прочность конструкции.[1][2][3] Защита полетного диапазона вычисляет этот полетный диапазон (и добавляет запас безопасности) и использует эту информацию для остановки пилоты от ввода управляющих сигналов, которые выведут самолет за пределы этого диапазона полета.[5] Вмешательство системы защиты зоны полета в команды пилота может происходить двумя разными способами (которые также можно комбинировать):

  • Игнорирование части или всего управляющего ввода, который может приблизить состояние полета самолета к его рабочим границам или даже выйти за их пределы. Этот метод применяется в большинстве управляемый боковой ручкой по проводам самолет с команда оценки.
  • Сообщите пилоту, что соответствующая команда приближает самолет к расчетным рабочим границам; эта связь может происходить с помощью простых сигналов тревоги или тактильная обратная связь. Этот метод часто применяется в самолетах с обычным управлением.

Например, если пилот использует задний ход боковая рукоять к подача нос самолета вверх, управляющие компьютеры, создающие защиту конверта полета, могут предотвратить пилотирование самолета за пределы торможение угол атаки:

  • В первом случае, если пилот попытается применить еще более сильное управление назад, защита диапазона полета заставит самолет игнорировать эту команду.[4][5] Таким образом, защита зоны полета может повысить безопасность воздушного судна, позволяя пилоту применять максимальные управляющие силы в аварийной ситуации, и в то же время непреднамеренно не выводить самолет за пределы его эксплуатационной безопасности. Примеры того, где это может остановиться авиационные происшествия когда это позволяет пилоту совершить быстрый маневр уклонения в ответ на система предупреждения о приближении к земле предупреждение, или в быстрой реакции на приближающийся самолет и потенциальную столкновение в воздухе.[4] В этом случае без системы защиты зоны полета «вы, вероятно, воздержитесь от маневрирования изо всех сил из-за боязни вырваться из-под контроля или того хуже. Вам придется подкрасться к нему [2,5 G, расчетный предел] , и когда вы туда прилетите, вы не сможете сказать, потому что очень немногие коммерческие пилоты когда-либо летали на 2.5G. A320, вам не придется колебаться: вы можете просто повернуть контроллер до упора в сторону и мгновенно уйти оттуда со скоростью, с которой вас доставит самолет ».[5] Таким образом, создатели Airbus утверждают: «Защита оболочки не ограничивает пилота. Она освобождает пилота от неуверенности и, таким образом, повышает безопасность».[5]
  • Во втором случае, например при использовании с силовой обратной связью -система связи с пилотом, если пилот пытается применить еще более сильное управление назад, защита диапазона полета будет представлять возрастающие противодействующие силы на органах управления, так что пилот должен прилагать увеличивающуюся силу, чтобы продолжить управление, которое воспринимается как опасно защитой полетного конверта.

В то время как большинство дизайнеров современных по проводам самолет придерживается одного из этих решений («боковое управление и отсутствие обратной связи» или «обычное управление и обратная связь», см. также ниже), в науке также существуют подходы, позволяющие объединить их оба: как показало исследование, с силовой обратной связью применяется к боковая рукоять летательного аппарата, управляемого с помощью ролевой скорости и перегрузки (например, современного самолета Airbus), можно использовать для повышения соблюдения режима сохранения полета и, таким образом, снижения риска перехода пилотов в опасные состояния полетов за пределами эксплуатационных границ при сохранении пилотов 'окончательный авторитет и увеличение их осведомленность о ситуации.[7]

Airbus и Boeing

В Airbus A320 был первым коммерческим самолетом, который включил в свое программное обеспечение управления полетом полную защиту от зоны полета. Это было инициировано бывшим старшим вице-президентом Airbus по техническим вопросам. Бернард Зиглер. В Airbus нельзя полностью отменить защиту диапазона полета, хотя экипаж может выйти за пределы диапазона полета, выбрав альтернативный «закон управления».[4][8][9][10] Боинг в Боинг 777 использует другой подход, позволяя экипажу преодолевать пределы диапазона полета, применяя чрезмерную силу к органам управления полетом.[4][11]

Дальнейшая информация: Режимы управления полетом (электронное)

Инциденты

Рейс 006 авиакомпании China Airlines

Дальнейшая информация: Рейс 006 авиакомпании China Airlines

Одно из возражений против защиты полетных конвертов - инцидент, произошедший с рейсом 006 авиакомпании China Airlines. Боинг 747SP-09 к северо-западу от Сан-Франциско в 1985 году.[5] В этом летном происшествии экипаж был вынужден перенапрягать (и повредить конструкцию) горизонтальное оперение, чтобы оправиться от рулон и почти вертикальное погружение. (Это было вызвано автоматическим отключением автопилот и неправильное управление рысканием, вызванное сбоем двигателя). Пилот восстановил управление с оставшейся высоты около 10 000 футов (от первоначального крейсерского полета на большой высоте). Но для этого пилот должен был тянуть самолет с расчетной силой 5,5 G, что более чем вдвое превышает расчетные пределы.[5] Если бы самолет имел систему защиты от зоны полета, этот чрезмерный маневр не мог быть выполнен, что значительно снизило шансы на восстановление.

В ответ на это возражение Airbus ответил, что A320 в ситуации рейса 006 «никогда бы не выпал из воздуха в первую очередь: защита оболочки автоматически удерживала бы его в горизонтальном полете, несмотря на сопротивление остановившегося двигателя». .[5]

FedEx, рейс 705

Дальнейшая информация: FedEx, рейс 705

FedEx Flight 705, в апреле 1995 г. Макдоннелл Дуглас DC-10 -30, был случай FedEx Бортинженер, столкнувшийся с увольнением, попытался угнать самолет и врезаться в штаб-квартиру FedEx, чтобы его семья могла забрать его полис страхования жизни. После нападения и тяжелых ранений летный экипаж смог дать отпор и благополучно посадить самолет. Чтобы вывести атакующего из равновесия и вывести из кабины экипажа, экипажу приходилось выполнять экстремальные маневры, в том числе бочка и пикировал так быстро, что самолет не мог измерить его скорость полета.

Если бы экипаж не смог выйти за пределы диапазона полета самолета, экипаж мог бы не добиться успеха.[нужна цитата ].

Рейс 587 American Airlines

Дальнейшая информация: Рейс 587 American Airlines

Рейс 587 American Airlines, an Airbus A300, разбился в ноябре 2001 г., когда вертикальный стабилизатор оборвался из-за чрезмерных усилий руля направления, сделанных пилотом.

Система защиты от зоны полета могла бы предотвратить эту аварию, хотя все же можно утверждать, что должна быть предусмотрена кнопка отмены на случай непредвиденных обстоятельств, когда пилоты осознают необходимость превышения нормальных пределов.

Рейс 1549 US Airways

Дальнейшая информация: Рейс 1549 US Airways

Рейс 1549 US Airways, Airbus A320, испытал отказ двух двигателей после столкновения с птицей и впоследствии благополучно приземлился в реке Гудзон в январе 2009 года. Отчет об аварии NTSB[12] упоминает эффект защиты полетного конверта: "Скорость полета самолета на последних 150 футов снижения была достаточно низкой, чтобы активировать режим альфа-защиты функций защиты оболочки самолета от полета по проводам ... Из-за этих характеристик самолет не мог достичь максимума угол атаки (AoA) достижимая по нормальному закону по тангажу для веса и конфигурации самолета; однако самолет действительно обеспечивал максимальные характеристики для того веса и конфигурации ...

Защита полетного конверта позволила капитану полностью потянуть за руль без риска остановки самолета ».

Рейс 72 авиакомпании Qantas

Дальнейшая информация: Рейс 72 авиакомпании Qantas

Qantas 72 потерпел неконтролируемое снижение тангажа из-за ошибочных данных от одного из его АДИРУ компьютеры.

Рейс 447 авиакомпании Air France

Дальнейшая информация: Рейс 447 авиакомпании Air France

Рейс 447 авиакомпании Air France, an Airbus A330, вошел в аэродинамическое стойло, из которого он не оправился, и в июне 2009 года врезался в Атлантический океан, убив всех на борту. Временное несоответствие между измеренными скоростями, вероятно, из-за закупорки трубок Пито кристаллами льда, привело к отключению автопилота и изменению его конфигурации. альтернативный закон; Вторым следствием перенастройки на альтернативный закон было то, что защита от сваливания больше не работала.

Экипаж произвел несоответствующие управляющие действия, что привело к сваливанию самолета и не распознало, что самолет остановился.

MCAS на Боинг 737 MAX

Дальнейшая информация: Система увеличения маневренных характеристик, Рейс 610 авиакомпании Lion Air, Рейс 302 Эфиопских авиалиний, и Boeing 737 MAX на земле

В октябре 2018 г. и снова в марте 2019 г. ошибочная активация системы защиты полетов MCAS подтолкнула два Боинг 737 МАКС авиалайнеры совершили безвозвратное пикирование, в результате чего погибли 346 человек, и в результате этого авиалайнер был сброшен на мель по всему миру.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Пратт, Р. (2000). Системы управления полетом: практические вопросы проектирования и внедрения. Институт инженеров-электриков. ISBN  978-0-85296-766-9
  2. ^ а б Абзуг MJ, Larrabee EE. (2002). Устойчивость и управляемость самолета: история технологий, сделавших возможной авиацию. Издательство Кембриджского университета, ISBN  978-0-521-80992-4
  3. ^ а б Рисухин В. (2001). Контроль ошибки пилота: автоматизация. McGraw-Hill Professional. ISBN  978-0-07-137320-3
  4. ^ а б c d е Север, Дэвид. (2000) "Поиск точек соприкосновения в системах защиты конвертов". Авиационная неделя и космические технологии, 28 августа, стр. 66–68.
  5. ^ а б c d е ж грамм час Waldrop MM. (1989). Полет в электрическом небе. Наука, 244: 1532–1534. JSTOR  1704109
  6. ^ Ализарт Р. Фулфорд Г.А. (1989) Электрические авиалайнеры. Наука, 245: 581–583. JSTOR  1704444
  7. ^ Флориан Дж. Дж. Шмидт-Скипиол и Питер Хеккер (2015). "Тактильная обратная связь и повышение осведомленности о ситуации в самолетах, управляемых по проводам, с управляемым боковым рычагом [sic]". 15-я конференция AIAA по авиационным технологиям, интеграции и эксплуатации: 2905. Дои:10.2514/6.2015-2905.
  8. ^ Траверс П. Лаказ И. Суйрис Дж. (2004). Airbus Fly-By-Wire: комплексный подход к надежности. IFIP Международная федерация обработки информации: Построение информационного общества. 156: 191–212. Дои:10.1007/978-1-4020-8157-6_18
  9. ^ Бриер Д. и Траверс П. (1993) «Электрические средства управления полетом Airbus A320 / A330 / A340: семейство отказоустойчивых систем В архиве 2009-03-27 на Wayback Machine Proc. FTCS, стр. 616–623.
  10. ^ Роджерс Р. (1999). Полномочия пилотов и средства защиты самолетов. Кабина (выпуск за январь-март). 4–27.
  11. ^ Аплин JD. (1997). Первичные бортовые компьютеры для Боинга 777. Микропроцессоры и микросистемы. 20: 473–478. Дои:10.1016 / S0141-9331 (97) 01112-5
  12. ^ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/AAR1003.pdf в частности раздел 1.6.3 и 2.7.2