Ochrona obwiedni lotu - Flight envelope protection
Ochrona obwiedni lotu to rozszerzenie interfejsu człowiek-maszyna systemu sterowania statku powietrznego, które uniemożliwia pilotowi statku powietrznego wydawanie poleceń sterujących, które zmuszałyby statek powietrzny do przekroczenia jego strukturalnych i aerodynamicznych ograniczeń operacyjnych. W jakiejś formie jest stosowany we wszystkich nowoczesnych komercyjnych samolotach typu fly-by-wire . Rzekoma zaletą systemów ochrony obwiedni lotu jest to, że ograniczają one nadmierne nakłady sterowania pilotem, czy to w wyniku zaskoczenia na sytuacje awaryjne, czy w inny sposób, przed przekładaniem się na nadmierne ruchy powierzchni sterowej. W ujęciu teoretycznym umożliwia to pilotom szybką reakcję na sytuację awaryjną, jednocześnie osłabiając efekt nadmiernej kontroli wynikającej z „przestraszenia”, poprzez elektroniczne ograniczenie nadmiernych ruchów powierzchni sterowych, które mogłyby nadmiernie obciążać płatowiec i zagrozić bezpieczeństwu samolotu.
W praktyce ograniczenia te czasami skutkowały niezamierzonymi błędami związanymi z czynnikami ludzkimi i własnymi wypadkami.
Funkcjonować
Statek powietrzny ma obwiednię lotu, która opisuje granice jego bezpiecznych osiągów w odniesieniu do takich rzeczy, jak minimalne i maksymalne prędkości operacyjne oraz operacyjna wytrzymałość konstrukcyjna. Ochrona obwiedni lotu oblicza tę obwiednię lotu (i dodaje margines bezpieczeństwa) i wykorzystuje te informacje, aby powstrzymać pilotów przed wykonywaniem poleceń sterujących, które spowodowałyby, że samolot znalazłby się poza obwiednią lotu. Ingerencja systemu ochrony obwiedni lotu w polecenia pilota może nastąpić na dwa różne sposoby (które również można łączyć):
- Ignorowanie części lub całości poleceń sterujących, które przybliżyłyby stan lotu statku powietrznego bliżej lub nawet poza granice operacyjne. Metodę tę stosuje się w większości samolotów typu fly-by-wire z kontrolą prędkości .
- Poinformuj pilota, że odpowiednie polecenie zbliża statek powietrzny do obliczonych granic operacyjnych; ta komunikacja może się odbywać za pomocą prostych alarmów lub dotykowej informacji zwrotnej . Ta metoda jest często stosowana w samolotach ze sterowaniem konwencjonalnym.
Na przykład, jeżeli pilot wykorzystuje tylny boczny drążek na boisku nos samolotu w górę, komputery sterujące tworzące ochronę obwiedni może uniemożliwić pilotowi pitching samolotu poza zwłokę kąta natarcia :
- W pierwszym przypadku, jeśli pilot spróbuje zastosować jeszcze większą kontrolę do tyłu, ochrona obwiedni lotu spowoduje, że statek powietrzny zignoruje to polecenie. Ochrona obwiedni lotu może w ten sposób zwiększyć bezpieczeństwo statku powietrznego, umożliwiając pilotowi zastosowanie maksymalnych sił kontrolnych w sytuacji awaryjnej, jednocześnie nie umieszczając statku powietrznego w niezamierzony sposób poza marginesem bezpieczeństwa operacyjnego. Przykłady sytuacji, w których może to powstrzymać wypadki lotnicze, to sytuacje, gdy umożliwia pilotowi wykonanie szybkiego manewru omijania w odpowiedzi na ostrzeżenie systemu ostrzegania o bliskości ziemi lub w szybkiej odpowiedzi na zbliżający się statek powietrzny i potencjalną kolizję w powietrzu . W tym przypadku bez systemu ochrony obwiedni lotu prawdopodobnie powstrzymałbyś się przed manewrowaniem tak mocno, jak tylko mógłbyś, ze strachu przed wypadnięciem spod kontroli lub gorzej. Musiałbyś się do niego podkraść [2,5 G, limit projektowy] , a kiedy tam dotarłeś, nie byłbyś w stanie tego stwierdzić, ponieważ bardzo niewielu komercyjnych pilotów latało kiedykolwiek 2,5 G. Ale w A320 nie musiałbyś się wahać: wystarczyłby wcisnąć kontroler do samego końca i natychmiast wyjdź stamtąd tak szybko, jak zabierze cię samolot. " Dlatego twórcy Airbusa argumentują: „ochrona powłoki nie ogranicza pilota. Uwalnia pilota od niepewności - a tym samym zwiększa bezpieczeństwo”.
- W drugim przypadku, np. Przy użyciu systemu sprzężenia zwrotnego siły do komunikacji z pilotem, jeśli pilot spróbuje zastosować jeszcze większą kontrolę do tyłu, ochrona obwiedni lotu będzie wykazywać rosnące siły przeciwdziałające na sterach, tak że pilot będzie musiał wymusić, aby kontynuować wprowadzanie sygnału sterującego, które jest postrzegane jako niebezpieczne przez zabezpieczenie obwiedni lotu.
Podczas gdy większość projektantów nowoczesnych samolotów typu fly-by-wire trzyma się jednego z tych dwóch rozwiązań (`` kontrola boczna i brak informacji zwrotnej '' lub `` konwencjonalna kontrola i informacja zwrotna '', patrz również poniżej), istnieją również podejścia naukowe łączące oba z nich: Jak wykazało badanie, sprzężenie zwrotne siły zastosowane do drążka bocznego samolotu sterowanego za pomocą wskaźnika roli i obciążenia przeciążenia (jak np. nowoczesny samolot Airbus) może być wykorzystane do zwiększenia przestrzegania obwiedni lotu, a tym samym zmniejszenia ryzyko wejścia pilotów w niebezpieczne stany lotów poza granicami operacyjnymi przy zachowaniu ostatecznej władzy pilotów i zwiększeniu ich świadomości sytuacyjnej .
Airbus i Boeing
Airbus A320 był pierwszy samolot komercyjny włączyć pełną ochronę flight-kopertę do swojego oprogramowania sterującego lotem. Zainicjował to były starszy wiceprezes Airbusa ds. Technicznych Bernard Ziegler . W Airbusie nie można całkowicie obejść ochrony obwiedni lotu, chociaż załoga może latać poza granice obwiedni lotu, wybierając alternatywne „prawo kontroli”. Boeing przyjął inne podejście do 777 , pozwalając załodze na ominięcie ograniczeń obwiedni lotu poprzez użycie nadmiernej siły na elementach sterujących.
Incydenty
China Airlines Flight 006
Jednym z zarzutów przeciwko ochronie obwiedni lotu jest incydent, który zdarzył się z samolotem Boeing 747SP-09 China Airlines Flight 006, na północny zachód od San Francisco w 1985 roku. Podczas tego incydentu, załoga została zmuszona do przeciążenia (i uszkodzenia konstrukcji) poziomego ogona powierzchni w celu wyzdrowienia po przewróceniu się i nurkowaniu prawie pionowym. (Było to spowodowane automatycznym odłączeniem autopilota i nieprawidłową obsługą odchylenia spowodowanego zgaśnięciem silnika). Pilot odzyskał kontrolę na wysokości około 10000 stóp (z pierwotnego przelotu na dużej wysokości). Aby to zrobić, pilot musiał ciągnąć samolot szacunkowo 5,5 G, czyli ponad dwukrotność limitów projektowych. Gdyby samolot był wyposażony w system ochrony obwiedni lotu, ten nadmierny manewr nie mógłby zostać wykonany, co znacznie zmniejsza szanse na wyleczenie.
Wbrew temu zarzutowi Airbus odpowiedział, że A320 w sytuacji lotu 006 „po pierwsze nigdy nie wypadłby z powietrza: ochrona obwiedni automatycznie utrzymywałaby go w locie poziomym pomimo oporu zgaśniętego silnika ”.
Kaczmarek 705
FedEx Flight 705, w kwietniu 1995 roku, McDonnell Douglas DC- 10-30, był przypadkiem inżyniera lotu FedEx, który w obliczu zwolnienia próbował porwać samolot i rozbić go do siedziby FedEx, aby jego rodzina odebrała jego ubezpieczenie na życie. Po zaatakowaniu i poważnych obrażeniach załoga była w stanie walczyć i bezpiecznie wylądować samolotem. W celu wytrącenia atakującego z równowagi i opuszczenia kokpitu załoga musiała wykonywać ekstremalne manewry, w tym przechylić beczkę i nurkować tak szybko, że samolot nie był w stanie zmierzyć prędkości .
Gdyby załoga nie była w stanie przekroczyć obwiedni lotu samolotu, mogłaby się nie udać.
Lot 587 American Airlines
American Airlines Flight 587, Airbus A300 , rozbił się w listopadzie 2001 r., Kiedy pionowy stabilizator zerwał się z powodu nadmiernego uderzenia steru przez pilota.
System ochrony obwiedni lotu mógł zapobiec tej katastrofie, chociaż nadal można argumentować, że w sytuacjach awaryjnych, gdy piloci są świadomi konieczności przekroczenia normalnych limitów, powinien być dostępny przycisk nadpisania.
Lot US Airways 1549
US Airways Flight 1549, Airbus A320 , doznał awarii dwóch silników po zderzeniu z ptakiem, a następnie wylądował bezpiecznie w rzece Hudson w styczniu 2009 roku. Raport z wypadku NTSB wspomina o wpływie ochrony obwiedni lotu: „Prędkość samolotu w ostatnich 150 latach stopy opadania były wystarczająco niskie, aby aktywować tryb ochrony alfa w funkcjach ochrony obwiedni typu fly-by-wire ... Z powodu tych cech samolot nie mógł osiągnąć maksymalnego kąta natarcia (AoA) osiągalnego w normalnym pochyleniu prawo dotyczące masy i konfiguracji samolotu; jednak samolot zapewniał maksymalne osiągi dla masy i konfiguracji w tamtym czasie ...
Zabezpieczenia obwiedni lotu pozwalały kapitanowi ciągnąć w pełni rufę na bocznicy bez ryzyka przeciągnięcia samolotu. "
Lot Qantas 72
Qantas 72 doznał nieoczekiwanego spadku z powodu błędnych danych z jednego ze swoich komputerów ADIRU .
Lot Air France 447
Air France Flight 447, Airbus A330 , wjechał w aerodynamiczne przeciągnięcie, z którego nie wyszedł, i uderzył w Ocean Atlantycki w czerwcu 2009 roku, zabijając wszystkich na pokładzie. Tymczasowa niespójność między zmierzonymi prędkościami, prawdopodobnie wynikająca z zatkania rurek Pitota przez kryształki lodu, spowodowała rozłączenie autopilota i jego rekonfigurację zgodnie z prawem alternatywnym; Drugą konsekwencją zmiany konfiguracji na prawo alternatywne było to, że ochrona przed przeciągnięciem przestała działać.
Załoga wykonała niewłaściwe polecenia sterujące, które spowodowały przeciągnięcie samolotu i nie rozpoznały, że samolot utknął.
MCAS w Boeing 737 MAX
W październiku 2018 r. I ponownie w marcu 2019 r. Błędna aktywacja systemu ochrony lotu MCAS pchnęła dwa samoloty Boeing 737 MAX do nieodwracalnych nurkowań, zabijając 346 osób i powodując ogólnoświatowe uziemienie samolotu.