Qual é o ângulo máximo de inclinação segura de um 747?

O ângulo de descida ajuda a reduzir a sustentação que a asa precisa fornecer, de duas maneiras. Ele conduz a aeronave para o ar de alta densidade, onde mais sustentação absoluta é possível com o mesmo número de Mach. Isso leva um tempo, mas um efeito mais imediato vem de apontar o nariz da aeronave para baixo. Então, parte das forças induzidas pela gravidade podem ser neutralizadas por arrasto (D no esboço abaixo). Isso é semelhante a um planador, apenas com muito menor eficiência aerodinâmica e ângulos mais íngremes. Terry reduz o empuxo e abre os freios de velocidade para evitar excesso de velocidade, para que ele possa mergulhar o mais abruptamente possível, reduzindo assim os requisitos de elevação. Agora, mais sustentação da asa L pode ser empregada para virar a aeronave. Se ele quiser atingir uma taxa de afundamento constante, ele ainda terá que produzir sustentação suficiente para equilibrar o peso, mas reduzido pelo cosseno da trajetória de planagem em comparação com a condição de vôo nivelado. A 25 ° nariz para baixo, é uma redução de 10%.

Agora você está preocupado com o ângulo de rotação dele. Observe que ele deseja criar o máximo possível de componente lateral de elevação, o que parecerá gravidade para todos a bordo. Em um ângulo de rotação de 60 ° (acho que os 80 ° dele são um pouco extremos), isso resulta em duas vezes a aceleração vertical normal, e com o mergulho na verdade apenas 1,8 g, então todos sentirão quase o dobro da força da gravidade normal. Com a rotação de 80 °, esta não será uma curva estacionária e não restará sustentação suficiente para neutralizar a gravidade, de modo que a aeronave irá acelerar para baixo durante a curva.Na verdade, vai cair do céu. Quando já está em Mach 0,85, eu seria mais cuidadoso do que Terry, porque as coisas ficam feias muito rapidamente quando Mach sobe mais.

O termo $ m \ cdot \ frac {v ^ 2} {R} $ é a força centrífuga que pode ser fornecida pelo componente horizontal do elevador e que precisa ser o maior possível para curvas fechadas (um raio R menor ajuda). Este é o componente de elevação que Terry precisa para puxar a aeronave.

Se ficarmos com curvas estacionárias (sem a parte de “queda do céu”), o ângulo máximo de inclinação é dado pela carga máxima fator do 747. Em 400 KEAS, isso é apenas 1,5g, então mesmo com a atitude de 25 ° do nariz para baixo, o ângulo máximo de inclinação seria 53 °. Se você voar um pouco mais devagar, o fator de carga vai para 2g (é igual a 63 ° em uma descida de 25 °) e atinge o pico de 2,5g a 310 KEAS (68,7 ° em uma descida de 25 °). Voar a Mach 0,85 em 30.000 pés produzirá uma velocidade equivalente de 306 kt em condições atmosféricas normais. O valor exato varia com a velocidade de vôo real e o ângulo máximo de inclinação segura está na região de 60 ° a 70 °.

Eu expandi minha resposta à pergunta original e espero que em combinação com isso possa responder às suas perguntas. Se não, continue perguntando!

EDITAR: Entendo, agora você quer saber a hora de dar meia-volta. Tudo o que posso fazer é calculá-lo partindo do princípio de que existe aumento suficiente disponível , independentemente do golpe. Na verdade, eu duvido que mesmo o case 48 ° lhe proporcione um passeio agradável. Todos os resultados são para o caso de 30.000 pés, porque a 36.000 pés esses ângulos de inclinação mais altos não serão perfeitamente voáveis devido aos efeitos da compressibilidade.

A 60 ° o avião voa com 2g e com o nariz ainda abaixado 25 ° em 1.8g. A taxa de curva seria 3,77 ° / se 180 ° seria completada após 48 s.

A 70 ° voa com quase 3g, e com 25 ° nariz para baixo a 2,65 g, o que está um pouco fora de os limites de g. A taxa de giro seria de 5,98 ° / se 180 ° seria concluída após 30 s (mais o tempo para rolar para 70 °, que agora começa a se tornar importante).

O caso de 80 ° torna-se realmente hipotético , porque mesmo com a atitude de 25 ° nariz para baixo, o fator de carga será de 5,2 g se voar sem derrapagem e elevação suficiente para evitar velocidade excessiva. O 747 estará perto de se quebrar, mas talvez uma versão futura acrobática possa realizar essa manobra com segurança. Isso resultará em uma taxa de giro de 12,35 ° e precisará de 14,6 s para um giro de 180 °. Eu adicionaria pelo menos 4 segundos para inclinar para 80 °, mas a curva pode ser completada em 20 s. Hipoteticamente.

O que Terry deu a entender quando disse que inclinaria para 80 ° não são as curvas limpas que estou calculando aqui, mas um mergulho dinâmico em que o avião acelera porque não resta sustentação suficiente para impedi-lo queda. Para calcular isso, eu precisaria de mais dados aerodinâmicos no 747 e empregaria pelo menos um algoritmo de diferença finita ou muito papel e lápis.

Exatamente isso: Se o 747 for rolado para 80 ° mas o piloto puxa apenas a quantidade de gs que a aeronave pode sustentar (devido ao choque, duvido que até 2,5 g sejam possíveis), a sustentação servirá quase exclusivamente para fazer uma curva fechada, mas não sobrará o suficiente para neutralizar a gravidade. Portanto, a aeronave escorregará para o lado e a estabilidade direcional fará com que o nariz fique para baixo. Isso vai demorar um pouco (acho que talvez 12 segundos, na verdade um palpite), mas a aeronave ganhará velocidade desde o início da manobra. Tenho um pouco mais de medo de voar mais rápido do que Mach 0,85 do que Terry, e os vários relatórios de 747s subindo para Mach 0,98 apóiam sua opinião de que um pouco de velocidade excessiva está bem. É difícil para mim adivinhar quanto tempo ele precisa para se tornar desconfortavelmente rápido e, então, será necessário muito impulso para sair do mergulho. Por outro lado, quando o avião está mergulhando, basta um roll e pull-out para sair a 180 ° em relação ao curso anterior. O pull-out será realizado em uma altitude muito mais baixa e não haverá problema para criar o GS.

Comentários

• Você diz isso em 5,2 g ” o 747 certamente se quebrará “, mas ‘ é quanto China 006 puxado. Verdade, ele se quebrou parcialmente, mas permaneceu voável. Como isso é diferente?
• @ raptortech97: O fator de carga máximo de projeto do 747 é 3,8, o fator de segurança é 1,5. Se for projetado corretamente, o avião deve quebrar em 5,7 se tudo estiver funcionando como projetado. O fator de segurança existe por uma razão, e eu exagerei um pouco. Eu editei a seção.

Algumas informações adicionais às excelentes respostas já fornecidas:

Primeiro , digamos que a necessidade de uma curva de emergência ocorreu logo após o nivelamento de uma escalada típica de 2.000 pés, o que provavelmente significaria que você tinha apenas cerca de 1,3 g de proteção de limite de buffet, embora em boas condições frequentemente subíssemos quando tínhamos apenas 1,2 g. Dada a lei de Murphy, digamos que estamos em 1,2.

Agora é a hora da vez. Nos primeiros segundos, não ousamos exceder 1,2 g, para não entrarmos em uma região de possível incontrolabilidade. Precisamos perder pelo menos alguns mil pés o mais rápido possível para chegar onde podemos começar a pedir mais da asa. Ao mesmo tempo, queremos usar o que a asa pode fornecer com segurança para nos virar. Quanto mais íngreme a curva, maior será e mais rápido cairemos. Ambos bons por um tempo muito curto. Meu palpite é que iríamos rolar para qualquer extremo com o qual estivéssemos confortáveis e, então, quase imediatamente começaríamos a diminuir o banco a uma taxa e grau ditados por nossa velocidade e quão rápido ela estava aumentando.

O clacker de sobrevelocidade deve disparar por volta de mach 0,92, embora em voos de teste de manutenção eu não tenha visto isso começar antes de quase 0,94. Em qualquer ponto que ele dispara, nós “quereríamos começar a reduzir a inclinação, e nós” desejaria substituir a força de giro perdida e lidar com a velocidade excessiva, aumentando o ângulo de ataque para o que a asa poderia fazer com segurança em termos de golpe. Quando caíssemos, digamos, 4000 pés, a velocidade do golpe não seria mais um fator, e poderíamos puxar com segurança algo como 1.8g (ou mais, se necessário).

Seria uma questão de jogar nosso banco e ângulo de ataque para conseguir o que queremos. Ao refletir sobre esse cenário, “estou informado (ou pelo menos acho que estou) por duas coisas.

A primeira é o incidente em 12 de dezembro de 1991, descrito em este relatório NTSB (PDF) e neste artigo . Eu era capitão da Evergreen na época (na verdade, voei muito avião algumas semanas antes e tinha notado a anomalia do piloto automático que mais tarde causaria o incidente), e eu conheci e falei com a tripulação (assim como todos na empresa).

Pertinente a esta discussão é o fato de que a tripulação não percebeu o que estava acontecendo até que os giroscópios INS tombaram (antigo sistema de carrossel com giroscópios reais), o que aconteceu quando o avião atingiu 90 graus de inclinação, pelo que me lembro. O ângulo máximo de inclinação antes do início da recuperação era de 95 graus. Além disso, os motores estavam em potência de cruzeiro até o início da recuperação. Há controvérsias quanto à velocidade máxima atingida; as estimativas variaram de mach 0,98 a 1,09 (um relatório de mach 1,25 era espúrio). O nariz máximo para baixo estava a 35 graus. A perda de altitude foi de aproximadamente 10.000 pés.

Tendo lido as respostas anteriores, estou um pouco menos confortável com o cenário de 80 graus, mas não acho que isso significaria um desastre. As plataformas INS ainda estariam ativas. Acho que a velocidade seria administrável, visto que vamos parar o empuxo logo no início, e os freios de velocidade ajudariam nisso. A diferença, porém, entre usar 70 graus e 80 graus provavelmente seria muito pequena. O pdf referenciado no primeiro link, fala sobre outro 747 indo para 71 graus, pelo que me lembro.

Em segundo lugar, tivemos um exercício de simulador em que às vezes ultrapassávamos 60 graus de inclinação, embora eu não possa dizer com certeza Eu já fui a 80 graus. O cenário começaria com o controle de partida dizendo: “Você tem uma bomba a bordo programada para explodir em 5 minutos. Liberada para pousar em qualquer pista.” O instrutor sim, é claro, teria colocado você no que ele achava ser a situação mais difícil, mas ainda factível possível. Então, o que você fez foi desligar, começar a jogar fora todo o arrasto que pudesse (aparafusar as limitações de velocidade), e rolar para qualquer grau de inclinação que o faria ficar alinhado. O exercício sempre começava em uma altitude relativamente baixa, então a velocidade do bufê não era um problema.

Me deixa com os olhos marejados ao pensar nos tempos divertidos do passado.

Comentários

• Esta é uma história muito interessante. Como um não-piloto fazendo essa pergunta, você poderia explicar por que uma inclinação de 90 graus passaria despercebida pelos membros da tripulação? Parece que todos vocês estariam caindo na parede nesse caso, mas eu ‘ tenho certeza de que deve haver outros fatores em jogo.
• @borrrden: Elevação é a principal força na aeronave e, como ela é perpendicular ao chão, você nunca se sente puxado para os lados (muito) em uma aeronave, apenas para o chão ou possivelmente para cima. Isso é melhor explicado por uma imagem, que não pode ‘ ser colocada em um comentário. Veja a resposta de Peter K ä mpf ‘ ou faça novas perguntas para obter uma explicação detalhada.
• @Terry, você poderia até mesmo estender os freios de velocidade quando só tem 1,2 g de elevação disponível?Pelo que eu sei, o B747 usa extensão parcial dos spoilers como freios rápidos e estes reduzem a sustentação. Portanto, não ‘ isso seria contra o que você ‘ d precisava ou mesmo inseguro (no início; mais tarde ‘ d teria sustentação suficiente, é claro?
• @JanHudec O que considero a questão é se, com a implantação do freio de velocidade, eu teria mudado o formato da asa o suficiente para Eu não tinha mais proteção de 1,2g, e mesmo usando apenas 1,0g (que a princípio seria meu alvo) poderia me colocar na região de um bufê de alta velocidade. Devo admitir que não pensei nisso desse ponto de vista e realmente não ‘ não sei a resposta. Considerando isso, eu ‘ d agora digo que não acionaria os freios de velocidade até que tivesse caído alguns mil pés. Boa pegada!
• @ Notts90 Sim, embora a escalada típica tenha começado no FL290 (29.000) até o FL310 e continue daí em intervalos de 2.000 pés. 747-100s e os 200s anteriores só podiam inicialmente chegar ao FL290 ao decolar com peso bruto máximo. Naquela época, o sistema de vias aéreas de alta altitude era organizado em intervalos de 2.000 pés em milhares de pessoas. A separação de mil pés geralmente não estava disponível. Pelo que me lembro, o sistema de trilhos do Atlântico Norte foi o primeiro a mudar de 2.000 para 1.000 separações, mas eu não ‘ não me lembro do ano.

Qual é o máximo seguro ângulo de banco de um 747?

Isso pode depender de quem é fazer a avaliação de segurança e quais são as alternativas. Pode haver circunstâncias em que um piloto pode sentir que ser o primeiro piloto a inclinar um 747 a 70 ° seria mais seguro do que colidir com uma montanha ou outra aeronave, ou sendo abatido.

A FAA coleta “Dados estatísticos para aeronaves Boeing-747-400 em uso comercial Operações “ . Por exemplo:

I acho que a FAA descarta dos dados quaisquer ângulos de banco maiores que 40. Meu palpite seria que as companhias aéreas e / ou pilotos consideram os ângulos maiores do que aqueles mostrados neste gráfico como inseguros (naquele estágio do voo?)

Esses dados parecem estar relacionados aos touchdowns. Talvez ângulos maiores sejam usados com segurança em grandes altitudes.

JA8119, um 747 SR-100, após uma descompressão explosiva e perda do estabilizador vertical, parece mais tarde ter sobrevivido brevemente a um rolamento de 80 ° sem o aeronaves quebrando. No relatório de acidentes está este registro do gravador de dados de voo.

Esta aeronave era essencialmente incontrolável, experimentando ciclos fugóides e rolagens holandesas e tragicamente caiu logo em seguida. No entanto, talvez isso sugira que um 747 não danificado pode ser capaz de sobreviver a ângulos de inclinação bastante altos (assumindo que RLL no relatório significa ângulo de inclinação). Como Peter Kämpf observou em um comentário, pode não ser seguro tirar conclusões sobre as características de vôo de 747s não danificados a partir desses dados.

Comentários

• Dados excelentes que você encontrou lá! Portanto, pelo menos parece possível!
• Acredito que este seja realmente o desastre aéreo de que estava falando btw.
• O banco 80 ° não precisa ser uma manobra coordenada em vôo nivelado. Se o piloto puxar para cima e rolar enquanto empurra o nariz para baixo, pouco componente de elevação vertical é necessário, e 80 ° roll é possível com um fator de carga menor do que em vôo nivelado. Como a aeronave em questão havia perdido a maior parte de sua cauda vertical, a dinâmica de vôo é difícil de comparar com um 747 normal.
• @Peter: obrigado, I ‘ ve editou a pergunta para deixar claro que JA8119 era uma aeronave gravemente danificada na época.

Operação normal, o 747 não ultrapassa o ângulo de 25 graus de inclinação.

Bancadas mais íngremes geralmente são feitas apenas no simulador e terão até 45 graus de inclinação.

Se o raio da curva deve ser reduzido, diminua a velocidade. Dependendo do peso, altitude e temperatura, isso pode ou não ser possível. O ângulo de inclinação que pode ser alcançado varia com a altitude. A 10.000 “, uma inclinação de 45 graus pode ser feita; a 41.000, isso seria imprudente.

10 graus de nariz para baixo é excessivo no 747. 25 graus de nariz para baixo é ridículo. Especialmente ao virar.

Velocidade é a chave para reduzir o raio; há um limite para a margem que alguém será capaz de alcançar no 747. Não é como voar em um Cessna.Se uma redução na velocidade for necessária pelo poste original, para atingir uma curva de raio mínimo, uma curva ascendente seria adequada, ao invés de uma curva descendente.

Curvas de 70 graus ou mais não vão acontecer no 747.

Se o desejo é se afastar de uma fronteira política de um determinado rumo, uma curva de 360 graus não seja produtivo.