Vad är den maximala säkra bankvinkeln för en 747?

Nedstigningsvinkeln hjälper till att minska lyften som vingen behöver ge på två sätt. Det leder flygplanet in i luft med högre densitet, där mer absolut lyft är möjligt vid samma Mach-nummer. Det tar en stund, men en mer omedelbar effekt kommer från att peka flygplanets näsa nedåt. Sedan kan en del av de tyngdkraftsinducerade krafterna motverkas genom att dra (D i skissen nedan). Detta liknar en segelflygplan, bara med mycket lägre aerodynamisk effektivitet och brantare vinklar. Terry minskar dragkraften och öppnar hastighetsbromsarna för att undvika överhastighet, så att han kan dyka så brant som möjligt och därmed minska lyftkraven. > Nu kan mer av vinglyften L användas för att vända flygplanet. Om han vill uppnå en konstant sjunkhastighet måste han fortfarande producera tillräckligt med lyft för att balansera vikten, men reduceras av glidbanans cosinus jämfört med nivåflygvillkoret. Vid 25 ° nos ner är detta en minskning med 10%.

Nu är du orolig för hans vinkel. Observera att han vill skapa så mycket lyftkomponent i sidled som möjligt, som kommer att se ut som tyngdkraften för alla ombord. Vid en vinkel på 60 ° (jag tror att hans 80 ° är lite extrema), fungerar detta till dubbelt så normal vertikal acceleration, och med dyket faktiskt bara 1,8 g, så alla kommer att känna nästan dubbelt så mycket som normal tyngdkraft. Med 80 ° -rullen kommer detta inte att vara en stillastående sväng och det kommer inte att finnas tillräckligt med lyft för att motverka tyngdkraften, så flygplanet kommer att accelerera nedåt under svängen.Det kommer faktiskt att falla ut ur himlen. När jag redan var på Mach 0,85 skulle jag vara mer försiktig än Terry, för saker blir ful mycket snabbt när Mach går längre upp.

Termen $ m \ cdot \ frac {v ^ 2} {R} $ är den centrifugalkraft som kan tillhandahållas av hissens horisontella del och som måste vara så stor som möjligt för snäva svängar (en mindre radie R hjälper). Detta är lyftkomponenten som Terry behöver för att dra flygplanet runt.

Om vi stannar kvar med stillastående svängar (utan att ”falla ut ur himlen” -delen) ges den maximala bankvinkeln av maximal belastning 747. Vid 400 KEAS är detta bara 1,5 g, så även med 25 ° nosläget skulle den maximala bankvinkeln vara 53 °. Om du flyger något långsammare går belastningsfaktorn till 2g (motsvarar 63 ° i 25 ° nedstigning) och toppar ut vid 2,5 g vid 310 KEAS (68,7 ° i 25 ° nedstigning). Att flyga vid Mach 0,85 i 30.000 ft ger en motsvarande flyghastighet på 306 kt under normala atmosfäriska förhållanden. Det exakta värdet varierar med den faktiska flyghastigheten och den maximala säkra bankvinkeln ligger i området 60 ° till 70 °.

Jag utvidgade mitt svar till den ursprungliga frågan , och jag hoppas att i kombination med detta kan jag täcka dina frågor. Om inte, fortsätt fråga!

REDIGERA: Jag förstår, nu vill du veta när det är dags att vända. Allt jag kan göra är att beräkna det under antagandet att tillräckligt med hiss är tillgängligt , oavsett buffering. I själva verket tvivlar jag på att även 48 ° fallet kommer att ge dig en trevlig åktur. Alla resultat gäller 30.000 ft fallet, för vid 36.000 ft kommer de högre bankvinklarna inte att vara lättflygbara på grund av kompressibilitetseffekter.

Vid 60 ° flyger flygplanet med 2g och med 25 ° nos ner fortfarande vid 1,8 g. Vridhastigheten skulle vara 3,77 ° / s och 180 ° skulle vara fullbordad efter 48 s.

Vid 70 ° flyger den med nästan 3g och med 25 ° nos ner vid 2,65 g vilket ligger lite utanför g-gränserna. Vridhastigheten skulle vara 5,98 ° / s och 180 ° skulle vara avslutad efter 30 sekunder (plus tiden att rulla till 70 °, vilket nu börjar bli viktigt).

Fallet 80 ° blir riktigt hypotetiskt , för även med 25 ° nosläge kommer belastningsfaktorn att vara 5,2 g om den flugs utan sidoslip och tillräckligt med lyft för att förhindra överhastighet. 747 kommer att vara nära att bryta isär, men kanske en framtida aerobatisk version kan flyga denna manöver säkert. Det kommer att resultera i en svänghastighet på 12,35 ° och behöver 14,6 s för en 180 ° sväng. Jag skulle lägga till minst 4 sekunder för att banka till 80 °, men svängen kan slutföras inom 20 s. Hypotetiskt.

Vad Terry antydde när han sa att han skulle gå till 80 ° är inte de rena svängarna jag beräknar här, utan ett dynamiskt dyk där planet accelererar eftersom det inte finns tillräckligt med hiss kvar för att hålla det ifrån faller. För att beräkna detta skulle jag behöva mer aerodynamisk data om 747 och måste använda åtminstone en begränsad skillnadsalgoritm eller mycket papper och pennor.

Precis så mycket: Om 747 rullas till 80 ° men piloten drar bara så många GS som flygplanet kan upprätthålla (på grund av buffering tvivlar jag på att även 2,5 g är möjliga), hissen kommer nästan uteslutande att tjäna för att flyga en tät sväng, men inte tillräckligt kommer att vara kvar för att motverka tyngdkraften. Därför kommer flygplanet att glida i sidled och riktningsstabilitet kommer att vända näsan nedåt. Detta kommer att ta ett tag (jag gissar kanske 12 sekunder, verkligen en gissning), men flygplanet kommer att få fart från början av manöveren. Jag är lite mer rädd för att flyga snabbare än Mach 0,85 än Terry är, och de olika rapporterna av 747s som går upp till Mach 0,98 stöder hans åsikt att lite överhastighet är OK. Det är svårt för mig att gissa hur mycket tid det behöver för att bli obehagligt snabbt, och då behövs mycket lyft för att dra ut ur dyket. Å andra sidan, när flygplanet dyker, är allt som behövs en rullning och en utdragning för att komma ut 180 ° till föregående kurs. Uttagningen kommer att utföras på en mycket lägre höjd, och att skapa gs där kommer inte att vara något problem.

Kommentarer

• Du säger att vid 5,2 g ” 747 kommer säkert att bryta sönder ” men att ’ är hur mycket Kina 006 drog. Det var sant att det delade sönder, men det förblev flygbart. Hur är detta annorlunda?
• @ raptortech97: Den maximala designfaktorn för 747 är 3,8, säkerhetsfaktorn är 1,5. Om den är utformad ordentligt ska planet gå sönder vid 5.7 om allt fungerar som designat. Säkerhetsfaktorn finns av en anledning, och jag överdrivit lite. Jag redigerade avsnittet.

Lite information utöver de utmärkta svar som redan ges:

Först , låt oss säga att behovet av nödsvängning inträffade strax efter utjämning från en typisk stegsteg på 2000 fot, vilket förmodligen skulle innebära att du bara hade ca 1,3 g buffégränsskydd, även om vi under bra förhållanden ofta gick upp när vi bara hade 1.2g. Med tanke på Murphys lag, låt oss säga att vi är på 1.2.

Nu kommer behovet av turen. Under de första sekunderna vågar vi inte överstiga 1,2 g för att inte komma in i en region med möjlig okontrollerbarhet. Vi måste förlora minst ett par tusen fot så snabbt som möjligt för att komma dit vi kan börja be mer om vingen. Samtidigt vill vi använda det som vingen säkert kan ge för att vända oss. Ju brantare vändning desto mer blir det och desto snabbare faller vi. Båda är bra under en mycket kort stund. Min plats för byxorna gissar att vi skulle rulla till det extrema vi var bekväm med och sedan nästan omedelbart börja minska banken i en takt och i en grad som dikteras av vad vår hastighet var och hur snabbt den ökade.

Överhastighetsklackaren borde gå runt mach 0,92, även om jag i underhållstestflygningar har sett att den inte startar förrän nästan 0,94. Oavsett vilken punkt den går, vill vi börja minska banken och vi ” d vill ersätta den förlorade svängkraften och ta itu med överhastighet genom att öka angreppsvinkeln till vad vingen säkert skulle kunna göra buffémässigt. När vi tappade, säg, 4000 fot, skulle bufféhastigheten inte längre vara en faktor, och vi kunde säkert dra något som 1,8 g (eller högre om det behövs).

Det skulle vara en fråga om att spela vår bank och angreppsvinkel för att få vad vi vill. Genom att tänka igenom detta scenario informerade jag (eller åtminstone tror jag att jag är) av två saker.

För det första är händelsen den 12 december 1991 beskriven i denna NTSB-rapport (PDF) och i den här artikeln . Jag var kapten på Evergreen vid den tiden (faktiskt hade flugit så mycket flygplan några veckor tidigare och hade lagt märke till autopilotavvikelsen som senare skulle orsaka händelsen), och jag visste och pratade med flygbesättningen (som alla gjorde på företaget).

Tillämplig för denna diskussion är faktum att flygbesättningen inte märkte vad som hände förrän INS-gyroerna tumlade (gammalt karusellsystem med faktiska gyroer), vilket hände när flygplanet nådde 90 grader bank som jag minns.Max bankvinkel före återhämtningsstart var 95 grader. Motorerna var också på fartkraft fram till början av återhämtningen. Det finns kontroverser om den maximala hastigheten som uppnåtts; uppskattningar varierade från mach 0,98 till 1,09 (en mach 1,25-rapport var falsk). Max näsa ner var 35 grader. Höjdsförlusten var cirka 10 000 fot.

Efter att ha läst de tidigare svaren är jag lite mindre bekväm med 80-gradersscenariot, men jag tror inte att det skulle innebära katastrof. INS-plattformar skulle fortfarande vara uppe. Hastighet som jag tycker skulle vara hanterbar med tanke på att vi kommer att gå i tomgång redan i början, och hastighetsbromsarna skulle hjälpa till på det. Skillnaden mellan att använda 70 grader och 80 grader skulle antagligen vara ganska liten. PDF-referensen i den första länken talar vi om en annan 747 som går till 71 grader som jag minns.

För det andra hade vi en simulatorövning där vi ibland skulle överskrida 60 grader bank, även om jag inte kan säga med säkerhet att Jag gick någonsin till 80 grader. Scenariot skulle börja med avgångskontroll som säger: ”Du har en bomb ombord som är planerad att gå av på fem minuter. Rensad för att landa vilken landningsbana som helst.” Sim-instruktören skulle naturligtvis ha lagt dig i det han tyckte var en så svår men ändå genomförbar situation som möjligt. Så vad du gjorde var att stänga av, börja kasta ut allt drag du kunde (skruva hastighetsbegränsningarna) och rulla till vilken grad av bank som skulle få dig att ställa upp. Övningen började alltid från relativt låg höjd, så bufféhastigheten var inte ett problem.

Gör mig tårögande att tänka på roliga tider.

Kommentarer

• Detta är en mycket intressant historia. Som en icke-pilot som ställde den här frågan, kan du förklara varför en 90-graders bank skulle vara obemärkt av besättningsmedlemmarna? Det verkar som om ni alla skulle falla på väggen i så fall, men jag ’ är säker på att det måste vara andra faktorer som spelar.
• @borrrden: Lift är huvudkraften på flygplanet och eftersom det är vinkelrätt mot golvet, känner du dig aldrig i sidled (mycket) i ett flygplan, bara ner till golvet eller eventuellt upp. Detta förklaras bäst av en bild som ’ inte kan läggas till i en kommentar. Titta på Peter K ä mpf ’ s eller ställ nya frågor för detaljerad förklaring.
• @Terry, kan du till och med förlänga hastighetsbromsar när du bara har 1,2 g hiss tillgänglig?Så vitt jag vet använder B747 delvis förlängning av spoilers som hastighetsbromsar och dessa minskar lyft. Så skulle inte ’ t vara emot vad du ’ skulle behöva där eller till och med osäker (i början; senare ’ har jag självklart tillräckligt med lyft)?
• @ JanHudec Vad jag tar frågan är om jag med hastighetsbromsutplacering skulle ha ändrat vingens form tillräckligt för att Jag hade inte längre 1,2 g skydd, och att till och med att bara använda 1,0 g (vilket först skulle vara mitt mål) skulle kunna sätta mig i regionen med en höghastighetsbuffé. Jag måste erkänna att jag inte hade tänkt på det ur den synvinkeln, och jag vet verkligen inte ’. Med tanke på det säger jag ’ nu att jag inte skulle sätta i hastighetsbromsarna förrän jag hade tappat några tusen fot. Bra fångst!
• @ Notts90 Ja, även om typisk stegklättring började vid FL290 (29 000) till FL310 och fortsatte därifrån i intervaller på 2000 fot. 747-100-talet och de tidigare 200-talet kunde ursprungligen bara nå FL290 när de startade med max bruttovikt. Då organiserades luftvägssystemet på hög höjd i intervaller på 2000 fot på udda tusentals. Separation av tusen fot var generellt inte tillgänglig. Som jag minns var det nordatlantiska spårsystemet det första som bytte från 2000 till 1000 separationer, men jag minns inte ’ året.

Vad är maximalt säker bankvinkel för en 747?

Det kan bero på vem som är göra säkerhetsbedömningen och vad alternativen är. Det kan finnas omständigheter där en pilot kan känna att det är säkrare att vara den första piloten som bankerar en 747 vid 70 °. med ett berg eller ett annat flygplan, eller skjuts ner.

FAA samlar in ”Statistiska data för Boeing-747-400 flygplan i kommersiell Verksamheter ” . Till exempel:

I tror FAA kasserar från banken alla bankvinklar som är större än 40. Min gissning skulle vara att flygbolag och / eller piloter anser att vinklar som är större än de som visas i denna graf är osäkra (i det flygfasen?)

Dessa uppgifter verkar vara relaterade till touchdowns. Kanske används större vinklar säkert på hög höjd.

JA8119, en 747 SR-100, efter en explosiv dekompression och förlust av vertikal stabilisator verkar senare ha överlevt en rulle på 80 ° utan flygplan bryter upp. I olycksrapport finns denna post från flygdatainspelaren.

Detta flygplan var i huvudsak okontrollerbart, upplevde fugoidcykler och holländska rullar och kraschade tragiskt kort därefter. Men kanske föreslår det att en oskadad 747 kan överleva ganska höga bankvinklar (förutsatt att RLL i rapporten betyder rullvinkel). Som Peter Kämpf noterade i en kommentar är det kanske inte säkert att dra slutsatser om flygegenskaperna för oskadade 747-tal från dessa uppgifter.

Kommentarer

• Utmärkta data du hittade där! Så det verkar möjligt åtminstone!
• Jag tror att detta faktiskt är den luftkatastrof jag talade om btw.
• 80 ° banken behöver inte vara en samordnad manöver i nivåflygning. Om piloten drar upp och sedan rullar medan du trycker ner näsan behövs liten vertikal lyftkomponent och 80 ° rullning är möjlig med en mindre belastningsfaktor än vid planflygning. Eftersom det aktuella flygplanet hade tappat större delen av sin vertikala svans är flygdynamiken svår att jämföra med en vanlig 747.
• @Peter: tack, jag ’ har redigerade frågan för att klargöra att JA8119 var ett allvarligt skadat flygplan vid den tiden.

Normal drift, 747 överstiger inte 25 graders bankvinkel.

Brantare banker görs vanligtvis bara i simulatorn och kommer att vara upp till 45 grader bank.

Om svängradien ska minskas, sänk sedan hastigheten. Beroende på vikt, höjd och temperatur kan det vara möjligt eller inte. Bankvinkel som kan uppnås varierar med höjd. Vid 10 000 ”kan en 45 graders bank göras. Vid 4 000 skulle det vara oklokt.

10 grader nos ner är för stort i 747. 25 grader nos ner är löjligt. Speciellt när du vrider.

Hastighet är nyckeln till att minska radien, det är bara så mycket bank man kommer att kunna uppnå i 747. Det är inte som att flyga en Cessna.Om en hastighetsminskning är nödvändig per originalstolpen, för att uppnå en minsta radievarv, skulle en klättring vara i ordning snarare än en fallande sväng.

70+ svängar kommer inte att ske under 747.

Om önskan är att vända sig bort från en politisk gräns från en given rubrik kommer en 360 graders sväng inte vara produktiv.