Устойчивость и управляемость
Самолет, в отличие от наземных и надводных средств передвижения, в полете имеет шесть степеней свободы. (Также, как и космические аппараты и подводные лодки). Это значит, что он может одновременно перемещаться вдоль и вращаться вокруг трех взаимно перпендикулярных осей.
Для обеспечения равномерного прямолинейного движения необходимо, чтобы все силы и моменты, действующие на самолет, были взаимно уравновешены. Выполнение этого условия требует, чтобы сумма проекций сил и моментов на оси координат была равна нулю.
Поскольку самолет симметричен относительно плоскости, создаваемой продольной и нормальной осями, то устойчивость и управляемость самолета делят на два большие раздела – продольную и боковую.
К продольному движению относят перемещение вдоль продольной и нормальной оси и вращение относительно поперечной. В этом движении участвуют самые большие из сил, действующих на самолет: подъемная сила, сила тяжести, сила тяги двигателей и лобового сопротивления. Любая несбалансированность вызывает сильное изменение траектории самолета от заданной. Поэтому управление самолетом в продольном движении, обеспечение продольного равновесия является наиболее важным.
Перемещение самолета вдоль поперечной оси и вращение относительно продольной и нормальной осей относят к боковому движению самолета. Оно считается менее важным, тем не менее, недостатки в системе управления именно этим каналом на Боинге 737, привели к серии катастроф и последующей модернизации системы управления.
Боковая устойчивость и управляемость
Боинг 737 имеет излишнюю степень поперечной статической устойчивости (mxβ), особенно с отклоненной механизацией крыла.
Поперечной устойчивостью самолета называется его способность крениться в сторону, обратную скольжению. Основную роль в создании кренящего момента играет стреловидное крыло: при возникновении скольжения у выдвинутого вперед полукрыла угол стреловидности как бы уменьшится на величину угла скольжения, а у отстающего увеличится на такую же величину.
Такое изменение углов стреловидности полукрыльев приведет к изменению их несущих свойств так, что у выдвинутого вперед полукрыла увеличится коэффициент подъемной силы, а у отстающего – уменьшится. Возникнет кренящий момент в сторону, обратную скольжению. Возникающий момент частично компенсируется, возникающим при вращении, демпфирующим моментом крена (mxωx), но все равно вызывает энергичное кренение.
Таким образом, самолет чрезмерно реагирует креном на боковые порывы ветра, что усложняет пилотирование в условиях порывистого бокового ветра.
Допустимая степень боковой асимметрии самолёта (на “NG”) определена в документе Fault Isolation Manual.
В крейсерском полёте (М ~ 0.78, Эшелон ≥ 370), для балансировки самолёта без крена и скольжения, отклонение руля направления не должно превышать 0,5 unit, а отклонение штурвального колеса не более 0,75 unit. Балансировка выполняется по следующей методике: Обеспечить балансировку топлива с погрешностью не более 68 кг и симметричность тяги двигателей с погрешностью не более 1% N1. Автомат тяги выключить. При включенном автопилоте в режиме выдерживания заданного курса (HDG SEL) отклонением рукоятки руля направления обеспечить полёт без крена, больше руль направления не трогать. Затем отключить автопилот и снять усилия со штурвального колеса отклонением триммера элеронов, сохраняя полёт без крена на постоянном курсе. Полученные отклонения руля направления и штурвального колеса зафиксировать.
Аналогичная проверка выполняется на скорости 250 узлов, высоте 10 – 17 тысяч футов. При этом допустимые отклонения руля направления и штурвальной колонки равны 0,75 unit.
На этой же высоте выполняется проверка балансировки с выпущенными закрылками на 1, 15 и 40 градусов на соответствующих скоростях.
При этом требуемые отклонения руля направления не должны превышать 1 unit, а отклонения штурвального колеса на закрылках 1 и 15 - не более 1 unit и на закрылках 40 – не более 1,3 unit.
При изменении положения закрылков в диапазоне 1 - 15 градусов изменение положения штурвального колеса не должно превышать 1 unit, а в диапазоне 15 – 40 градусов не более 1,4 unit.
Рассмотренный выше метод балансировки обеспечивает полную балансировку по путевому и поперечному каналу, но требует отключения автопилота. Поэтому эта техника триммирования бокового канала называется у Боинга «альтернативной».
Рекомендованная техника триммирования аналогична альтернативной, но отклонением руля направления выравнивается штурвальное колесо, а не крен самолёта. При этом, если у самолёта есть поперечная асимметрия, то он будет лететь с креном и скольжением. Как правило, они незначительны и не влияют на расход топлива.
Рекомендованная техника триммирования значительно проще по исполнению. Поскольку штурвальное колесо триммируется в нейтраль, то при отключении автопилота не будет возникать разбалансировки по крену.
При альтернативном триммировании необходимо после каждого триммирования рулём направления выключать автопилот и снимать усилия со штурвального колеса. В дальнейшем, при работе автопилота и изменении режима полёта/положения механизации могут опять накопиться усилия в канале крена. При отключении автопилота возможен «рывок» по крену.