Odwrócenie ciągu - Thrust reversal

Odwracacze ciągu wdrożone w silniku CFM56 samolotu Airbus A321

Pchnięcie odwrócenie , zwany także wsteczny ciąg , jest tymczasowe przekierowanie silnika samolotu „s naporu na to, aby działać przeciwko jazdy do przodu samolotu, zapewniając hamowanie . W wielu samolotach odrzutowych stosowane są systemy odwracania ciągu, które pomagają zwolnić tuż po przyziemieniu, zmniejszając zużycie hamulców i umożliwiając krótsze odległości lądowania. Takie urządzenia znacząco wpływają na samoloty i są uważane za ważne dla bezpieczeństwa operacji lotniczych . Zdarzały się wypadki z udziałem systemów odwrócenia ciągu, w tym śmiertelne.

Ciąg wsteczny jest również dostępny w wielu samolotach z napędem śmigłowym poprzez zmianę kierunku obrotu śmigieł o regulowanym skoku na kąt ujemny. Równoważna koncepcja statku nazywa się napędem wstecznym .

Zasada i zastosowania

Half-wdrożony cel typu rewerser z RB.199 silnika dla panavia tornado , jeden z niewielu samolotów myśliwskich z odwróceniem oporowej

Lądowanie składa się z przyziemienia, doprowadzania samolotu do prędkości kołowania i ostatecznie do całkowitego zatrzymania. Jednak większość komercyjnych silników odrzutowych nadal wytwarza ciąg w kierunku do przodu, nawet w stanie bezczynności, przeciwdziałając spowolnieniu samolotu. Hamulce podwozia większości nowoczesnych samolotów są w normalnych warunkach wystarczające do samodzielnego zatrzymania samolotu, ale ze względów bezpieczeństwa i zmniejszenia obciążenia hamulców potrzebna jest inna metoda zwalniania. W scenariuszach złych warunków pogodowych, gdy czynniki takie jak śnieg lub deszcz na pasie startowym zmniejszają skuteczność hamulców, a także w sytuacjach awaryjnych, takich jak odrzucone starty , potrzeba ta jest bardziej wyraźna.

Prostą i skuteczną metodą jest odwrócenie kierunku strumienia spalin silnika odrzutowego i wykorzystanie mocy samego silnika do hamowania. W idealnym przypadku odwrócony strumień spalin byłby skierowany prosto do przodu. Jednak ze względów aerodynamicznych nie jest to możliwe i przyjmuje się kąt 135°, co skutkuje mniejszą skutecznością niż byłoby to możliwe w innym przypadku. Odwrócenie ciągu może być również stosowane w locie w celu zmniejszenia prędkości lotu, chociaż nie jest to powszechne w przypadku nowoczesnych samolotów. Istnieją trzy popularne typy systemów odwracania ciągu stosowane w silnikach odrzutowych: tarcza, muszla i układy zimnego strumienia. Niektóre samoloty śmigłowe wyposażone w śmigła o zmiennym skoku mogą odwrócić ciąg, zmieniając skok łopat śmigieł. Większość komercyjnych odrzutowców posiada takie urządzenia, ma również zastosowanie w lotnictwie wojskowym.

Rodzaje systemów odwrócenia ciągu

Małe samoloty zazwyczaj nie mają systemów odwrócenia ciągu, z wyjątkiem specjalistycznych zastosowań. Z drugiej strony duże samoloty (ważące ponad 12 500 funtów) prawie zawsze mają możliwość odwrócenia ciągu. Silniki tłokowe , samoloty turbośmigłowe i odrzutowe mogą być zaprojektowane tak, aby zawierały systemy odwrócenia ciągu.

Samoloty z napędem śmigłowym

Śmigła o zmiennym skoku E-2C Hawkeye
Rozmieszczany odwracacz ciągu typu celu
Docelowy odwracacz ciągu „kubełkowy” zastosowany w silnikach Tay Fokkera 100

Samoloty z napędem śmigłowym wytwarzają ciąg wsteczny, zmieniając kąt ich śmigieł o regulowanym skoku, tak aby śmigła kierowały ciąg do przodu. Ta funkcja odwróconego ciągu stała się dostępna wraz z opracowaniem śmigieł o regulowanym skoku, które zmieniają kąt łopat śmigła w celu efektywnego wykorzystania mocy silnika w szerokim zakresie warunków. Ciąg wsteczny powstaje, gdy kąt skoku śruby napędowej zostaje zmniejszony z drobnego do ujemnego. Nazywa się to pozycją beta.

Samoloty z silnikami tłokowymi zwykle nie mają ciągu wstecznego, jednak samoloty turbośmigłowe na ogół to robią. Przykłady obejmują PAC P-750 XSTOL , Cessna 208 Caravan i Pilatus PC-6 Porter .

Jednym ze specjalnych zastosowań ciągu wstecznego jest jego zastosowanie w wodnosamolotach wielosilnikowych i łodziach latających . Samoloty te podczas lądowania na wodzie nie mają konwencjonalnej metody hamowania i muszą polegać na slalomie i/lub ciągu wstecznym, a także na oporach wody, aby zwolnić lub zatrzymać się. Ponadto ciąg wsteczny jest często niezbędny do manewrowania na wodzie, gdzie używa się go do wykonywania ciasnych zakrętów lub nawet napędzania samolotu do tyłu, co może okazać się konieczne przy opuszczeniu doku lub plaży.

Samolot odrzutowy

W samolotach korzystających z silników odrzutowych odwrócenie ciągu odbywa się przez spowodowanie, że podmuch leci do przodu. Silnik nie pracuje ani nie obraca się do tyłu; zamiast tego, urządzenia odwracające ciąg służą do blokowania wybuchu i przekierowywania go do przodu. Silniki o wysokim współczynniku obejścia zwykle odwracają ciąg, zmieniając tylko kierunek przepływu powietrza wentylatora, ponieważ większość ciągu jest generowana przez tę sekcję, w przeciwieństwie do rdzenia. W powszechnym użyciu są trzy systemy zmiany ciągu w silnikach odrzutowych:

Typ celu

Odwracacz ciągu docelowego wykorzystuje parę hydraulicznie sterowanych drzwi typu „kubełkowego”, aby odwrócić strumień gorącego gazu. W przypadku ciągu do przodu drzwi te tworzą dyszę napędową silnika. W pierwotnym wdrożeniu tego systemu w Boeingu 707 i nadal powszechnym dzisiaj, dwa kubełki nawrotne były zawieszone na zawiasach, więc po rozmieszczeniu blokują przepływ wydechu do tyłu i przekierowują go za pomocą elementu do przodu. Ten typ rewersera jest widoczny z tyłu silnika podczas uruchamiania.

Typ muszli

System drzwi z klapką jest sterowany pneumatycznie . Po aktywacji drzwi obracają się, aby otworzyć kanały i zamknąć normalne wyjście, powodując skierowanie ciągu do przodu.

Typ kaskadowy

Kaskadowy odwracacz ciągu jest powszechnie stosowany w silnikach turbowentylatorowych. W silnikach turboodrzutowych system ten byłby mniej skuteczny niż system docelowy, ponieważ system kaskadowy wykorzystuje tylko przepływ powietrza wentylatora i nie wpływa na główny rdzeń silnika, który nadal wytwarza ciąg do przodu.

Otwarta krata wylotowa z klapką (silnik zaburtowy) w turbowentylatorze Rolls-Royce Conway w silniku VC10

Typ zimnego strumienia

Odwrócenie ciągu w drzwiach obrotowych widoczne w silnikach CFM-56 samolotu Finnair Airbus A340-300

Oprócz dwóch typów stosowanych w silnikach turboodrzutowych i turbowentylatorowych z niskim obejściem, trzeci typ odwracacza ciągu znajduje się w niektórych silnikach turbowentylatorowych z wysokim obejściem. Drzwi w kanale obejściowym służą do przekierowania powietrza, które jest przyspieszane przez sekcję wentylatorów silnika, ale nie przechodzi przez komorę spalania (tzw. powietrze obejściowe) w taki sposób, że zapewnia ciąg wsteczny. System odwracania strumienia zimnego jest aktywowany przez silnik pneumatyczny. Podczas normalnej pracy łopatki wstecznego ciągu są zablokowane. Po wybraniu system składa drzwi, aby zablokować końcową dyszę zimnego strumienia i przekierować ten strumień powietrza do łopatek kaskady. Ten system może przekierować zarówno przepływ spalin z wentylatora, jak i rdzenia.

System zimnego strumienia jest znany ze swojej integralności strukturalnej, niezawodności i wszechstronności. Podczas aktywacji odwracacza ciągu, tuleja zamontowana na obwodzie gondoli silnika samolotu porusza się do tyłu, odsłaniając łopatki kaskady, które działają w celu zmiany kierunku przepływu wentylatora silnika. Ten system odwracacza ciągu może być ciężki i trudny do zintegrowania z gondolami mieszczącymi duże silniki.

Odwracacz ciągu typu „zimny strumień” wdrożony na Boeingu 777-300.

Operacja

Dźwignie ciągu wstecznego przed głównymi dźwigniami, widoczne na Boeingu 747-8

W większości konfiguracji kokpitu wsteczny ciąg jest ustawiany, gdy dźwignie ciągu są ustawione na biegu jałowym, pociągając je dalej do tyłu. Ciąg wsteczny jest zwykle stosowany natychmiast po przyziemieniu, często wraz ze spojlerami , aby poprawić hamowanie na początku dobiegu, gdy resztkowa siła nośna aerodynamiczna i duża prędkość ograniczają skuteczność hamulców umieszczonych na podwoziu. Ciąg wsteczny jest zawsze wybierany ręcznie, albo za pomocą dźwigni przymocowanych do dźwigni ciągu lub przesuwając dźwignie ciągu w „bramę” ciągu wstecznego.

Wczesne hamowanie zapewniane przez ciąg wsteczny może zmniejszyć przechyły do ​​lądowania o jedną czwartą lub więcej. Przepisy określają jednak, że statek powietrzny musi mieć możliwość lądowania na pasie startowym bez użycia odwrócenia ciągu w celu uzyskania certyfikatu lądowania tam w ramach regularnej usługi lotniczej .

Gdy prędkość samolotu zwolni, odwrócony ciąg jest wyłączany, aby zapobiec wyrzucaniu zanieczyszczeń przed wloty silnika, gdzie mogą zostać połknięte, powodując uszkodzenie ciała obcego . Jeśli wymagają tego okoliczności, odwrócony ciąg może być używany aż do zatrzymania, a nawet do zapewnienia ciągu, aby odepchnąć samolot do tyłu, chociaż w tym celu częściej stosuje się holowniki lub haki holownicze . Kiedy odwrócony ciąg jest używany do odpychania samolotu od bramki, manewr ten nazywa się powerback . Niektórzy producenci ostrzegają przed stosowaniem tej procedury podczas oblodzenia, ponieważ użycie wstecznego ciągu na terenie pokrytym śniegiem lub błotem pośniegowym może spowodować, że błoto, woda i odladzacze pasa startowego unoszą się w powietrzu i przywierają do powierzchni skrzydeł.

Jeśli pełna moc wstecznego ciągu nie jest pożądana, wsteczny ciąg może być obsługiwany z przepustnicą ustawioną na mniej niż pełną moc, nawet do mocy biegu jałowego, co zmniejsza naprężenia i zużycie elementów silnika. Ciąg wsteczny jest czasami wybierany w silnikach na biegu jałowym w celu wyeliminowania ciągu resztkowego, w szczególności w warunkach oblodzonych lub śliskich, lub gdy podmuch silnika mógłby spowodować uszkodzenie.

Operacja w locie

Wir widoczne jako powerback jest używany na Boeing C-17 Globemaster III

Niektóre samoloty, w szczególności niektóre rosyjskie i radzieckie , są w stanie bezpiecznie używać ciągu wstecznego w locie, chociaż większość z nich jest napędzana śmigłami. Jednak wiele samolotów komercyjnych nie. Użycie w locie ciągu wstecznego ma kilka zalet. Pozwala na szybkie hamowanie, umożliwiając szybkie zmiany prędkości. Zapobiega również narastaniu prędkości zwykle związanemu ze stromymi nurkowaniami, pozwalając na szybką utratę wysokości , co może być szczególnie przydatne w nieprzyjaznych środowiskach, takich jak strefy walki, oraz podczas stromych podejść do lądu.

W Douglas DC-8 serie samolotów została potwierdzona przez w locie odwróconym ciągu od wpisu usługi w 1959. bezpieczny i skuteczny dla ułatwienia szybkich zjazdów w dopuszczalnych prędkościach, to jednak produkowane buffeting znaczący samolot, więc rzeczywiste wykorzystanie było mniej powszechne w lotach pasażerskich i bardziej powszechne w przypadku lotów towarowych i promowych, gdzie komfort pasażerów nie jest problemem.

Hawker Siddeley Trident , samolot 120- do 180 siedzenia, to może opadają do 10.000 stóp / min (3,050 m / min) z użyciem odwrotnej ciągu, że właściwość ta jest rzadko stosowany.

Concorde naddźwiękowy samolot może wykorzystać odwracaczy ciągu w powietrzu w celu zwiększenia szybkości opadania. Zastosowano tylko silniki pokładowe, a silniki były umieszczone na biegu wstecznym tylko w locie poddźwiękowym i gdy samolot znajdował się poniżej 30 000 stóp wysokości. Zwiększyłoby to szybkość opadania do około 10 000 stóp na minutę.

Boeing C-17 Globemaster III jest jednym z kilku nowoczesnych samolotów, który wykorzystuje odwracaczy ciągu w locie. Produkowane przez Boeinga samoloty są zdolne do zastosowania w locie ciągu wstecznego na wszystkich czterech silnikach, aby ułatwić strome taktyczne zjazdy do 15 000 stóp/min (4600 m/min) w warunkach bojowych (szybkość opadania nieco ponad 170 mil na godzinę lub 274 km/h). Lockheed C-5 Galaxy , wprowadzony w 1969 roku, również w locie możliwości odwrotnego, chociaż na silnikach stacjonarnymi tylko.

Saab 37 Viggen (wycofał się w listopadzie 2005 roku) miał również możliwość korzystania ciąg wsteczny zarówno przed lądowaniem, aby skrócić potrzebnej drogi startowej i kołowania po lądowaniu, pozwalając wielu szwedzkich dróg podwoić jako startowych wojennych .

Shuttle Training Aircraft , wysoce modyfikowana Grumman Gulfstream II , stosowany odwrotny ciąg w locie, aby pomóc symulować wahadłowców aerodynamiki więc astronauci mogli ćwiczyć lądowania. Podobną technikę zastosowano w zmodyfikowanym Tupolewie Tu-154, który symulował rosyjski prom kosmiczny Buran .

Skuteczność

Ilość generowanego ciągu i mocy jest proporcjonalna do prędkości samolotu, dzięki czemu ciąg wsteczny jest skuteczniejszy przy dużych prędkościach. Aby uzyskać maksymalną skuteczność, należy go zastosować szybko po przyziemieniu. W przypadku aktywacji przy niskich prędkościach możliwe jest uszkodzenie ciała obcego . Istnieje pewne niebezpieczeństwo, że samolot z zastosowanym odwracaczem ciągu na chwilę ponownie oderwie się od ziemi, zarówno ze względu na efekt odwróconego ciągu, jak i efekt pochylenia nosa przez spojlery . W przypadku statków powietrznych podatnych na takie zdarzenie piloci muszą zadbać o uzyskanie stabilnej pozycji na ziemi przed zastosowaniem ciągu wstecznego. W przypadku zastosowania, zanim przednie koło dotknie ziemi, istnieje ryzyko asymetrycznego rozłożenia, powodując niekontrolowane zbaczanie w stronę większego ciągu, ponieważ sterowanie samolotem za pomocą przedniego koła jest jedynym sposobem na utrzymanie kontroli nad kierunkiem podróży w tej sytuacji.

Tryb ciągu wstecznego jest używany tylko przez ułamek czasu pracy samolotu, ale ma na niego duży wpływ pod względem konstrukcji , masy, konserwacji , osiągów i kosztów. Kary są znaczące, ale konieczne, ponieważ zapewniają siłę hamowania dla zwiększenia marginesów bezpieczeństwa, kontrolę kierunku podczas dobiegów oraz pomoc w odrzuconych startach i operacjach naziemnych na zanieczyszczonych drogach startowych, gdzie normalna skuteczność hamowania jest zmniejszona. Linie lotnicze uważają, że systemy odwracania ciągu są istotnym elementem osiągnięcia maksymalnego poziomu bezpieczeństwa eksploatacji statku powietrznego .

Wypadki i incydenty związane z odwróceniem ciągu

Rozmieszczenie odwróconego ciągu w locie bezpośrednio przyczyniło się do katastrof kilku samolotów transportowych:

  • 11 lutego 1978 roku samolot Pacific Western Airlines Flight 314 , Boeing 737-200 , rozbił się podczas wykonywania odrzuconego lądowania na lotnisku Cranbrook . Lewy odwracacz ciągu nie został prawidłowo schowany; został wdrożony podczas wznoszenia, powodując, że samolot przetoczył się w lewo i uderzył w ziemię. Z 5 członków załogi i 44 pasażerów przeżyło tylko 6 pasażerów i stewardesa.
  • W dniu 9 lutego 1982 roku Japan Airlines Flight 350 rozbił się 1000 stóp (300 m) przed pasem startowym na lotnisku Tokio Haneda po celowym rozmieszczeniu wstecznego ciągu na dwóch z czterech silników Douglasa DC-8 przez niezrównoważonego psychicznie kapitana, w wyniku w 24 zgonach pasażerów.
  • 29 sierpnia 1990 r. samolot Lockheed C-5 Galaxy Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych rozbił się wkrótce po starcie z bazy lotniczej Ramstein w Niemczech . Gdy samolot zaczął wznosić się z pasa startowego, nagle uruchomił się jeden z odwracaczy ciągu. Doprowadziło to do utraty kontroli nad samolotem i późniejszej katastrofy. Spośród 17 osób na pokładzie 4 przeżyły katastrofę.
  • 26 maja 1991 roku w Boeingu 767-300ER Lauda Air Flight 004 przypadkowo uruchomiono odwracacz ciągu lewego silnika, co spowodowało, że samolot gwałtownie zanurkował i rozpadł się w powietrzu. Zginęło wszystkich 213 pasażerów i 10 członków załogi.
  • W dniu 31 października 1996 roku, TAM Linhas Aéreas Flight 402 , A Fokker 100 , rozbił się krótko po starcie z Congonhas-São Paulo International Airport , Sao Paulo , Brazylia , uderzając dwa budynki mieszkalne i kilka domów. W katastrofie zginęło wszystkich 90 pasażerów i 6 członków załogi oraz 3 osoby na ziemi. Wypadek przypisano niekontrolowanemu uruchomieniu uszkodzonego odwracacza ciągu na prawym silniku wkrótce po starcie.
  • 10 lutego 2004 roku Kish Air Flight 7170 , Fokker 50 , rozbił się podczas zbliżania się do międzynarodowego lotniska w Szardży . W sumie 43 z 46 pasażerów i załogi na pokładzie zginęło. Śledczy ustalili, że piloci przedwcześnie ustawili śmigła w tryb odwróconego ciągu, powodując utratę kontroli nad samolotem.
  • W dniu 17 lipca 2007 roku TAM Linhas Aéreas Flight 3054 , Airbus A320 rozbił się po wylądowaniu na międzynarodowym lotnisku Congonhas-São Paulo , São Paulo , Brazylia , uderzając w stację benzynową Shell , samochody, a w końcu w budynek TAM Express , zabijając w sumie 199 osób. osób, 187 na pokładzie samolotu i 12 na ziemi, nie pozostawiając żadnych ocalałych. Wypadek został przypisany awarii prawego odwracacza ciągu.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki