Domanda:
Un aereo può volare senza lo stabilizzatore verticale?
Gabriel Brito
2014-09-16 23:00:28 UTC
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Cosa succederebbe se un aereo (per il bene della domanda diciamo che l'aereo è un Airbus A380) perde il suo stabilizzatore verticale?

Vertical Stabilizer

Dieci risposte:
#1
+38
fooot
2014-09-16 23:18:17 UTC
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L'aereo probabilmente precipiterà.

Lo stabilizzatore verticale fornisce stabilità in imbardata agli aerei convenzionali. Velivoli come il B-2 riescono a fornire stabilità attraverso il controllo del computer e gli aerei come le ali volanti Northrop sono progettati per volare senza. Ma se un velivolo progettato per essere stabile utilizzando uno stabilizzatore verticale perde quella superficie, sarà molto difficile per i piloti stabilizzarsi manualmente con i sistemi rimanenti. Sebbene il rollio e la spinta differenziale influiscano entrambi sull'imbardata, saranno entrambi più lenti a reagire rispetto a un timone, specialmente in un aereo di grandi dimensioni come un A380. Ciò può anche danneggiare i sistemi idraulici, rendendo più difficile il controllo delle superfici rimanenti.

Se i collaudatori esperti sono ai comandi (come nell'incidente del B-52 di seguito), o se il guasto è previsto e addestrato per, è possibile che l'aereo sia abbastanza controllabile da atterrare in sicurezza. Tuttavia, come mostrano gli incidenti seguenti, questo tipo di guasto non si verifica spesso e può facilmente superare la capacità dell'equipaggio di controllare l'aereo.

Esempi in cui ciò è accaduto:

Il Volo Japan Airlines 123 ha perso la maggior parte del suo stabilizzatore verticale quando la paratia di pressione posteriore si è guastata. Nonostante perdessero anche i sistemi idraulici, i piloti riuscirono a mantenere l'aereo in aria per un po ', ma finirono per schiantarsi contro una montagna.

Il volo 587 dell'American Airlines ha perso lo stabilizzatore verticale quando gli input del timone del pilota hanno sovraccaricato la struttura. Si è bloccato poco dopo.

Nel 1964, un B-52 perse la maggior parte del suo stabilizzatore verticale a causa dell'estrema turbolenza. I piloti sono stati in grado di estendere i freni ad aria sulle punte delle ali per fornire una certa stabilità. L'Air Force ha inviato un aereo di caccia per aiutare a guidare i piloti e ha fornito indicazioni ingegneristiche da terra. L'equipaggio è riuscito a riportare indietro l'aereo per un atterraggio sicuro ( guarda un video). Ci sono stati almeno altri tre casi in cui lo stabilizzatore verticale si è guastato sui B-52, tutti terminati con la perdita dell'aereo. Questo particolare volo è stato condotto con piloti collaudatori per volare intenzionalmente attraverso la turbolenza, registrando dati per aiutare a comprendere i guasti sull'altro velivolo. Tuttavia, il volo ha incontrato una turbolenza inaspettatamente grave, che ha portato alla separazione dello stabilizzatore verticale.

Proprio come punto di riferimento, in realtà non hai bisogno di computer per stabilizzare senza uno stabilizzatore orizzontale, l'N9-M, un'ala volante, non ne usava uno quando fu sviluppato nei primi anni '40 (http: // en. wikipedia.org/wiki/Northrop_N-9M)
Non credo che la Japan Airlines sia un buon esempio. In quel caso hanno perso tutta l'idraulica, quindi è impossibile individuare l'influenza dello stabilizzatore verticale nell'intera cosa.
Jay Carr - Penso che intendessi stabilizzatore verticale.
Mi chiedo se gli airbus abbiano progettato questo guasto nel loro sistema fly by wire, in tal caso i computer potrebbero essere in grado di mantenere l'aereo in volo usando gli alettoni come elve.
@GdD Spero che abbiano classificato la perdita dello stabilizzatore verticale come "estremamente improbabile" e quindi non vale la pena spendere i soldi per programmare.
@GreatTurtle Ooops ... Anche se tecnicamente l'N9-M dimostra quello che ho detto tanto quanto quello che non ho detto ... 0_0
D'accordo, lo facevo solo notare.
@GdD e fooot: Probabilmente non possono e non dovrebbero (la complessità è pericolosa in molti modi) includere ogni guasto nei sistemi fly-by-wire. Per questo abbiamo due piloti e leggi Normale, Alternate, Dirette e Meccaniche di Airbus e Modalità Normale e Secondaria di Boeing. Allora applica * la speranza per il meglio *. Perché * non può accadere * è sbagliato, tutto * accadrà *, solo una questione di tempo.
#2
+26
Peter Kämpf
2014-09-17 00:48:02 UTC
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Come sempre, dipende. Ci sono diverse cose che forniscono stabilità direzionale:

  • Lo stabilizzatore, ovviamente,
  • Sweep alare positivo,
  • Pinne e
  • eliche di spinta.

Devono lavorare contro le parti destabilizzanti:

  • La fusoliera,
  • Serbatoi e magazzini esterni,
  • Eliche dei trattori e
  • Gondole dei motori rivolte in avanti.

Se la verticale è l'unica parte stabilizzante, perderla significa schiantarsi poco dopo. Gli aeroplani devono essere rivolti in avanti per creare una portanza sufficiente. Le eccezioni momentanee non contano: gli aerei da combattimento della prima guerra mondiale avevano code verticali molto piccole e, di conseguenza, bassa stabilità direzionale. Diversi piloti tedeschi della prima guerra mondiale hanno perfezionato una tecnica in cui un input improvviso del timone avrebbe spinto l'aereo oltre il regime stabile degli angoli di imbardata e l'aereo avrebbe compiuto una rapida rotazione completa attorno al suo asse verticale. Questo spaventerebbe i piloti di inseguire aeroplani, perché ora le mitragliatrici del loro avversario li avrebbero puntati. Ma non c'era una reale possibilità di mirare e la velocità di rotazione era così alta che pochissimi colpi sarebbero andati effettivamente nella direzione dell'aereo inseguitore.

La dimensione della coda verticale dell'aereo plurimotore è spinto dalla necessità di contrastare il momento di imbardata dovuto a un motore guasto. Se tutti i motori sono in funzione, la coda verticale deve essere grande solo 1/3. Se viene tollerata una bassa stabilità del dutch roll, potrebbe essere ulteriormente ridotta. Pertanto, se le altre parti possono fornire una stabilità sufficiente, si può sopravvivere a una perdita parziale della superficie verticale. Con un'ala spazzata, la chiave è volare in un regime di volo in cui aiuta di più, cioè a bassa velocità. Nel caso del B-52H 61-023, che gli era accaduto il 10 gennaio 1964, un ulteriore aiuto fu fornito abbassando il carrello di atterraggio posteriore che contribuiva a un piccolo effetto pinna e spostando il centro di gravità in avanti pompando carburante.

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Inoltre, se un altro stabilizzatore si fosse rotto, la stabilità longitudinale sarebbe andata persa. Quei ragazzi erano entrambi piloti fortunati e molto abili.

61-023 è stato riparato e ha volato per più di 40 anni dopo questo incidente. È stato ritirato nel 2008.

Se chiedo in che modo le eliche di spinta dell'N9-M hanno contribuito alla stabilità complessiva di quell'aereo (in un'altra domanda), potresti dare una risposta dettagliata? Mi piacerebbe vederlo :).
@JayCarr: Potrei solo fare riferimento a [NACA TN 2585: Propellers in Pitch and Yaw] (http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1952/naca-tn-2585.pdf). Questo fondamentalmente dice che un'elica funziona come un'ala di uguali dimensioni. Immagino che lo sweep abbia avuto più effetto, ma le eliche non dovrebbero essere trascurate, soprattutto sotto il potere.
Intendi spazzata alare (presumo?). Forse glielo chiederò invece.
@JayCarr: Sì, spazzata alare. L'entità dell'effetto dipende dalla velocità; ad un angolo di attacco elevato l'effetto stabilizzante è maggiore. Gli alianti ad ala volante Horten hanno mostrato una stabilità direzionale marginale ad alta velocità.
@PeterKämpf `spostare il centro di gravità in avanti pompando carburante` qual era lo scopo di spostare il cg ancora di più in avanti pompando carburante? la perdita di un vstab non sposterebbe già il cg in avanti? o un cg più avanzato contribuisce alla stabilità in generale?
@erich: Sì, la perdita della coda verticale spostava il cg in avanti, ma era necessario un maggiore spostamento in avanti per riguadagnare una stabilità laterale positiva. Sia la stabilità longitudinale che quella laterale aumentano con uno spostamento del cg in avanti: pensalo come se l'aereo fosse incernierato attorno al cg e ruotasse attorno ad esso in volo, sia lateralmente che longitudinalmente.
#3
+16
Jay Carr
2014-09-16 23:07:00 UTC
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Esistono diversi aerei progettati per volare senza stabilizzatori verticali (come il bombardiere B-2, ad esempio). Ma hanno dei flap divisi molto intelligenti che compensano la mancanza di stabilità / controllo solitamente fornita da una configurazione stabilizzatore / timone orizzontale. Fondamentalmente un lembo diviso si aprirà e creerà più resistenza sull'ala su cui è posizionato l'alettone, tirando indietro quel lato dell'aereo. Così quegli aerei usano quel sistema per la stabilità orizzontale.

Se un aereo non è progettato per funzionare senza lo stabilizzatore verticale, avrebbe problemi se lo perdesse. Sulle imbarcazioni con stabilizzatori orizzontali, in generale, se l'aereo si sposta leggermente di lato, il flusso d'aria spingerà contro lo stabilizzatore e quindi farà tornare l'aereo in linea. Se perdessi quel sistema, avresti trovato un altro modo per compensare l'instabilità dell'imbardata.

È teoricamente possibile che tu possa usare la spinta differenziale tra i motori per mantenere l'aereo in linea. Certo, la risposta sarebbe molto lenta e difficile da controllare (specialmente su un grande jet come l'A380), ma è possibile che si possa fare dato l'aereo giusto (uno con motori a risposta rapida) e le giuste condizioni (aria liscia, fondamentalmente).

#4
+15
Emil
2014-09-16 23:19:35 UTC
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Probabilmente no. Un triste esempio è il volo American Airlines 587. Se l'aereo perde solo una piccola parte della pinna, potrebbe essere ok, ma se perde completamente la pinna accadono due cose importanti:

  1. L'aereo diventa instabile in imbardata. Se l'aereo necessitava di una superficie così grande dietro il suo centro di gravità (CG) per essere stabile, non c'è quasi nessuna possibilità di volare senza di essa.
  2. C'è una significativa perdita di massa a grande distanza dal CG. Ciò porterà a uno spostamento improvviso del baricentro verso la parte anteriore dell'aereo che farà precipitare l'aereo, possibilmente al di là di ogni possibilità di recupero.

Ad aggravare quanto sopra è il fatto che la maggior parte probabilmente i piloti non sarebbero consapevoli di ciò che è realmente accaduto e sarebbe molto difficile per loro agire adeguatamente.

#5
+3
Florian F
2014-09-17 14:27:08 UTC
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Sono abbastanza sicuro che un aereo che vola via cavo non si schianterà. Fly by wire controlla la stabilità di un aereo regolando le superfici di controllo. Quando i lembi sono fuori, bilancerà entrambi i lati per evitare imbardata. Non vedo motivo per cui il guasto dello stabilizzatore verticale non possa essere compensato controllando i flap. Un pilota non potrebbe farlo. Un computer sì.

Modifica: non ne sono più così sicuro. Perdere l'intero stabilizzatore verticale è molto peggio che perdere solo il timone. Ma direi che c'è ancora speranza.

Un computer farà qualcosa solo se è stato programmato per farlo. Se l'eventualità di volare senza stabilizzatore non fosse prevista e in qualche modo codificata e calibrata, il fly by wire potrebbe effettivamente essere controproducente.
Quando è uscito l'A320 ho letto che proprio questa caratteristica era in fase di sperimentazione. Un software sperimentale è stato in grado di tradurre i comandi standard in controlli di volo alternati, sostituendo con precisione il timone con i flap. L'aereo si è comportato correttamente, anche se la risposta è stata piuttosto lenta. Il problema era che questo software si prendeva delle libertà con la specifica molto rigida di ciò che un computer di volo poteva fare. Ma sarei sorpreso se dopo 25 anni non ci fossero stati progressi e questo non fosse maturato in una soluzione di failover standard.
Rileggendo la risposta di Emil, c'è una grande differenza tra perdere il controllo del timone e perdere tutto lo stabilizzatore verticale. Posso immaginare che il secondo caso sia al di fuori delle situazioni per cui è programmato il computer di volo.
La domanda riguardava il secondo caso che hai citato, però: la completa perdita dello stabilizzatore verticale.
#6
+3
Kris
2014-09-18 03:19:28 UTC
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Certo che (aerodinamicamente parlando). Come accennato in precedenza, richiede praticamente un sistema di controllo del volo digitale (noto anche come "fly by wire").

Lockheed Martin X-44 Manta è praticamente l'F-22 senza superfici di controllo del volo verticale.

C'è una grande differenza tra progettare un aereo per non aver bisogno di uno stabilizzatore verticale e perderne uno su un aereo progettato per averne bisogno, però. Un A380 sarebbe in grossi guai se lo stabilizzatore verticale si separasse ... proprio come l'A300 che si è schiantato nel Queens nel 2001. Per inciso, quello è stato l'ultimo incidente aereo su un volo operato da un importante vettore statunitense a provocare la morte di passeggeri. .
Perché usare un ipotetico velivolo come prova? L '[X-36] (http://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_X-36) potrebbe fare più o meno lo stesso ed è già volato. Tuttavia, il thrust vectoring aiuta solo fintanto che i motori sono in funzione e hanno i loro scarichi nella fusoliera posteriore, e in una discesa di un aereo di linea producono pochissima spinta. Inoltre, certificare ciò sarebbe un'impresa importante. Per ora, questa non è un'opzione per gli aerei commerciali. Tuttavia, gli alettoni separati potrebbero funzionare (vedere [B-2] (http://en.wikipedia.org/wiki/Northrop_Grumman_B-2_Spirit))
#7
+3
orko
2014-09-19 01:04:25 UTC
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Può eseguire un atterraggio di emergenza se non ci sono ulteriori danni nella sezione di coda come gli ascensori. Durante l'incidente JAL 123, mancava lo stabilizzatore verticale, ma non era questo il motivo per cui si bloccavano. Si è verificato un arresto anomalo JAL a causa di un guasto ai controlli dell'ascensore.

#8
+2
athyon
2015-02-02 16:38:58 UTC
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Il volo 587 stava subendo violente rotazioni di imbardata prima che la pugnalata verticale scattasse. Una volta perso, nulla ha fermato la rotazione dell'aereo e ha continuato a imbardare fino a quando non è entrato in rotazione. Se lo stabilizzatore verticale si fosse semplicemente staccato mentre l'aereo era in volo normale, chissà se sarebbe sopravvissuto all'atterraggio, ma probabilmente non sarebbe andato immediatamente fuori controllo.

Altri casi in cui gli aerei si è schiantato dopo aver perso la pugnalata verticale sono l ' XB-70, dove ha perso entrambe le pugnalate verticali dopo una collisione, e anche DHL Flight 611, ha perso la pugnalata verticale a causa di un collisione. Il volo 611 è sopravvissuto più a lungo dell'aereo che ha colpito, ma si è rotto subito dopo a causa dello stress esercitato sull'aereo dalla violenta imbardata e dall'immersione. Va notato che un moderno aereo di linea perderebbe la sua idraulica cruciale se la pinna si staccasse, rendendo inutilizzabili tutte le superfici di controllo.

#9
+1
quiet flyer
2018-10-27 13:30:22 UTC
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Non è difficile progettare un aereo ad ala larga per volare bene senza una coda verticale. Ad esempio un'ala volante "Zagi" come questa

continuerà a volare bene se le pinne verticali vengono rimosse, anche se l'imbardata avversa sarà più pronunciata e il baricentro deve essere più in avanti rispetto al baricentro più a poppa che può essere tollerato se sono presenti una coda o delle pinne verticali, altrimenti l'aereo sbanderà fuori controllo e poi "rotolerà" violentemente. Allo stesso modo, la maggior parte dei deltaplani non ha la coda verticale. Tuttavia, se un aereo di linea come da domanda originale potesse volare bene senza una coda verticale, la coda verticale non sarebbe lì. Il design è stato ottimizzato per la configurazione della coda e la rimozione completa dell'intera coda verticale avrebbe probabilmente conseguenze disastrose. La perdita di solo una parte della coda verticale potrebbe essere tollerata purché si evitassero condizioni avverse, come il guasto di uno o più motori. Per quanto riguarda il famoso esempio del B-52, nota che questo aereo ha un'area della fusoliera a lati piatti a poppa del CG.
#10
+1
Sergi Lopez
2020-06-09 13:39:43 UTC
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Ci sono alcuni aeroplani degli anni '20 che non hanno stabilizzatore verticale perché la forma rettangolare della loro fusoliera forniva una stabilità verticale sufficiente. Erano meno manovrabili ma sufficienti per l'epoca. Un esempio è il Fokker FII.

Il Fokker FII aveva uno stabilizzatore verticale. Qualcuno potrebbe obiettare che fosse relativamente piccolo, ma comunque era lì. https://flughafenbb.files.wordpress.com/2012/04/fokker-fii-d-742-bc3b6blingen_.jpg


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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