Kritisk motor - Critical engine

Den kritiska motorn i ett flermotorigt fastvingeflygplan är den motor som i händelse av fel skulle påverka flygplanets prestanda eller hanteringsförmåga negativt. På propellerflygplan är det en skillnad i de återstående gapande ögonblicken efter fel i vänster eller höger (utombordsmotor) när alla propellrar roterar i samma riktning på grund av P-faktorn . På turbojet- och turbofan-tvåmotoriga flygplan är det vanligtvis ingen skillnad mellan de gapande ögonblicken efter fel i en vänster eller höger motor utan vindförhållande.

Beskrivning

När en av motorerna på ett typiskt flermotorigt flygplan inte fungerar kan det finnas en tryckbalans mellan flygplanets operativa och inaktiva sida. Denna tryckbalans orsakar flera negativa effekter förutom förlusten av en motors dragkraft. Svansdesigningenjören är ansvarig för att bestämma storleken på den vertikala stabilisatorn som kommer att uppfylla de lagstadgade kraven för kontroll och prestanda för ett flygplan efter motorfel, såsom de som fastställts av Federal Aviation Administration och European Aviation Safety Agency . Den experimentella testpiloten och flygtestingenjören bestämmer vilken av motorerna som är den kritiska motorn under testningen.

Faktorer som påverkar motorns kritik

Asymmetrisk yaw

När en motor misslyckas utvecklas ett gapande ögonblick som applicerar en rotationskraft på flygplanet som tenderar att vrida det mot vingen som bär motorn som misslyckades. Ett rullande ögonblick kan utvecklas på grund av hissens asymmetri i varje vinge, med en större hiss som genereras av vingen med den drivande motorn. De gäspande och rullande ögonblicken tillämpar rotationskrafter som tenderar att ge och rulla flygplanet mot den misslyckade motorn. Denna tendens motverkas av pilotens användning av flygkontrollerna , som inkluderar roder och kranar. På grund av P-faktorn utvecklar en medurs roterande höger propeller på höger vinge typiskt sin resulterande tryckvektor på ett större lateralt avstånd från flygplanets tyngdpunkt än den medurs roterande vänstra propellern (figur 1). Fel på vänster motor kommer att resultera i ett större gapande ögonblick av den drivande högra motorn snarare än tvärtom. Eftersom den drivande högra motorn producerar ett större gapande ögonblick måste piloten använda större avböjningar av flygkontrollerna eller en högre hastighet för att bibehålla kontrollen över flygplanet. Således har fel på vänster motor en större inverkan än fel i höger motor, och vänster motor kallas kritisk motor. 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 ingen 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 målmedvetet propellrar som roterar utåt från toppen av bågen, för att minska nedåtriktad luftturbulens, så kallad downwash, på den centrala horisontella stabilisatorn, vilket gör det lättare att skjuta vapen från flygplan. Dessa motorer är båda kritiska, men mer kritiska än inåtroterande propellrar.

Flygplan med propellrar i en push-pull-konfiguration , till exempel Cessna 337 , kan ha en kritisk motor om fel på en motor har en större negativ effekt på flygplanets kontroll eller klättringsprestanda än fel hos den andra motorn. Fel på en kritisk motor i ett flygplan med propellrar i en push-pull-konfiguration genererar vanligtvis inte stora gapande eller rullande ögonblick.

Fig. 1. Med medurs roterande propellrar (sett av piloten) kommer den manövrerande högermotorn att producera ett mer allvarligt gapande ögonblick mot den döda motorn, vilket gör att den vänstra motorns misslyckande är kritisk

Effekten av den kritiska motorn på minsta kontrollhastighet

De standarder och certifieringar som anger luftvärdighet kräver att tillverkaren bestämmer en lägsta kontrollhastighet (V _MC ) med vilken en pilot kan behålla kontrollen över flygplanet efter att den kritiska motorn har misslyckats och publicerar denna hastighet i avsnittet i flygplanets handbok på begränsningar. De publicerade minimikontrollhastigheterna (V _MCs ) för flygplanet mäts när den kritiska motorn misslyckas eller inte fungerar, så effekten av den kritiska motorns fel är inkluderad i de publicerade V _MC: erna. När någon av de andra motorerna misslyckas eller inte fungerar, kommer den faktiska V _MC som piloten upplever under flygningen att vara något lägre, vilket är säkrare, men denna skillnad är inte dokumenterad i manualen. Den kritiska motorn är en av de faktorer som påverkar flygplanets V _MC . 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 luftfartsbestämmelser i syfte att utforma svansen och för experimentella testpiloter för att mäta V _MCs under flygning. Andra faktorer som bankvinkel och dragkraft har en mycket större effekt på V _MC s än skillnaden mellan en kritisk och en icke-kritisk motor.

Den Airbus A400M har en atypisk design, eftersom det har motroterande propellrar på båda vingarna. Propellerna på en vinge roterar i motsatta riktningar till varandra: propellrarna roterar från toppen av bågen nedåt mot varandra. Om båda motorerna på en vinge är i drift, är förskjutningen av tryckvektorn med ökande attackvinkel alltid mot den andra motorn på samma vinge. Effekten är att den resulterande tryckvektorn för båda motorerna på samma vinge inte skiftar då flygplanets attackvinkel ökar så länge som båda motorerna är i drift. Det finns ingen total P-faktor och fel på varken utombordsmotorn (dvs motor 1 eller 4) kommer inte att leda till någon skillnad i storlek för de återstående axiala ögonblick med ökande attackvinkel, bara i riktning åt vänster eller höger. Den lägsta kontrollhastighet under start ( V _MC ) och under flygning ( V _MCA ) efter fel på någon av de utombordsmotorer kommer att vara samma, om inte öka system som kan krävas för att styra flygplanet är installerade på endast en av de utombordsmotorer . Båda utombordsmotorerna skulle vara kritiska.

Figur 2. A400M, motroterande propellrar på varje vinge; de viktigaste gapande ögonblicken efter fel i motorn 1

Om en utombordsmotor misslyckas, såsom motor 1 som visas i figur 2, rör sig momentarmen av vektorn för den återstående dragkraften på den vingen från in mellan motorerna till en bit utanför den återstående inombordsmotorn. Själva vektorn är 50% av motsatt tryckvektor. Det resulterande axelöglingsmomentet är i detta fall mycket mindre än för konventionell propellerrotation. Det maximala rodermomentet för att motverka den asymmetriska dragkraften kan vara mindre och följaktligen storleken på den vertikala svansen kan vara mindre. Fjädersystemet för de stora, 8-bladiga, 5,53 m (17,5 fot) dragpropellerna måste vara automatiska, mycket snabba och felfria för att säkerställa lägsta möjliga propellermotstånd efter ett framdrivningssystemfel. Om inte, kommer ett fel i en utombordsmotors fjädersystem att öka propellerdraget, vilket i sin tur förstärker kraftkäftningsögonblicket avsevärt och ökar faktiskt V _{MC (A)} . Kontrollkraften som genereras av den lilla vertikala svansen och roder ensam är låg av den lilla designen. Endast snabb minskning av dragkraften hos motsatt motor eller ökad lufthastighet kan återställa den erforderliga styrkraften för att upprätthålla rak flygning efter fel i ett fjädersystem. Att designa och godkänna fjädersystemet för detta flygplan är utmanande för designingenjörer och certifieringsmyndigheter.

På flygplan med mycket kraftfulla motorer löses problemet med asymmetrisk dragkraft genom att använda automatisk axialkompensation för axialtryck, men detta har konsekvenser för startprestanda.

Eliminering

Den Rutan Boomerang är en asymmetrisk flygplan utformad med motorer med något olika uteffekter för att producera ett flygplan som eliminerar faran med asymmetrisk dragkraft i händelse av fel på någon av dess två motorer.

Referenser

externa länkar

• On-line Engine-out Trainer vid University of North Dakota