O fly-by-wire permite aletas de cauda menores (área e espessura) para os aviões a jato?

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O fly-by-wire permite aletas de cauda menores (área e espessura) para os aviões a jato?

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Para evitar um problema XY, aqui está o contexto:

Uma característica marcante do 777 é o quão pequena e fina sua barbatana caudal é comparada ao 747.

Quando perguntei sobre isso há muitos, muitos anos, alguém me disse que é por causa do arame por fio do 777, que faz melhor uso de pequenas nadadeiras. Mas comecei a questionar isso recentemente.

Acima, há desenhos em escala sobrepostos (747 e 777). Imediatamente a colocação do motor pareceu fornecer a resposta: controlabilidade de um motor inoperante (OEI).

Usando a localização lateral do motor de cada avião e o empuxo máximo (282 kN e 513 kN para o 747-400 e 777, respectivamente), e com o pior cenário possível OEI para o 747 (que seria um motor externo), o 747 termina com ~ XIXUMX% mais torque de guinada. O que explicaria as áreas da barbatana caudal de ~ 27 e 77 $ m ^ 2 $.

Mas (grande, mas), lembrei-me de uma famosa decolagem A340-600 OEI vídeo (um quad como o 747 e com empuxo igual a ~ 280 kN) e decidiu compará-lo com o 777-300.

E aqui as áreas da barbatana caudal são ~ 53 (777) e 48 (A346) $ m ^ 2 $:

Então, voltando à estaca zero.

Claro que há o andar superior (corcunda) do 747; se essa é uma das principais razões para a cauda maior, ainda não explica como o A340 (-500 e -600) gerencia seu OEI por ter uma cauda menor e mais motores externos em comparação com o 777.

É isso realmente fly-by-wire que permitiu as aletas menores (área e espessura) do A345 / 6 e 777?

Uma possibilidade que veio à mente talvez seja o uso de spoilers assimétricos quando uma guinada extrema é comandada - o que pode ser visto no vídeo A340 vinculado em um momento (antes / depois dos ailerons mostraram grande deflexão sem o uso de spoilers). Obviamente, isso apresenta seu próprio problema: o rolo que acompanha (e com a baixa qualidade do vídeo e a falta de telemetria, isso não é realmente uma evidência).

Áreas da barbatana caudal via https://booksite.elsevier.com/9780340741528/appendices/default.htm
Desenhos em escala via Boeing e Airbus (para o 777, usei o -300, não o -300ER, caso você esteja se perguntando sobre a envergadura).

projeto de aeronave voar por fio cauda

por ymb1 26.06.2019 / 19:58

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Depois de muito google-fu, para o 777 é um surpreendente sim (que alguém estava certo, afinal).

De um 1996 Papel ICAS (consulte as páginas PDF 2, 4 e 5) sobre as inovações do 777, o uso de estabilidade relaxada e as leis FBW realmente ajudaram a reduzir a área da cauda e seu peso:

O artigo menciona uma roda / leme cruzada. A roda aqui sendo o garfo. Antes que a 777 Boeing dimensionasse a cauda com base no controle de um a bordo desligamento do motor usando apenas o garfo. Essa cruzada digital permitiu a barbatana menor:

Vertical Stabilizer. Conventional sizing of the vertical stabilizer is based primarily on meeting requirements associated with static directional stability. Sideslip characteristics and the pilot’s ability to control the effects of in-air engine failure using wheel only have sized the vertical stabilizers on previous Boeing airplanes. With the wheel/rudder crosstie, the same desired sideslip and engine-out control characteristics can be achieved with the smaller vertical stabilizer. The rudder input due to the crosstie compensates for the reduced area.

A barbatana ainda menor do quad-A345 / 6 permanece aberta.

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As superfícies ativas são mais eficazes em proporcionar estabilidade do que as superfícies passivas. Se a cauda vertical pudesse ser uma superfície totalmente móvel, seria ainda menor que a do A340.

A fuselagem quer se posicionar perpendicularmente ao fluxo de ar. A cauda vertical fixa neutraliza isso, proporcionando um momento de estabilização maior que o momento de desestabilização da fuselagem. Mas o momento de desestabilização da fuselagem no ângulo do deslizamento lateral aumenta o momento da OEI.

Se a cauda vertical fosse móvel, ela poderia neutralizar o momento da OEI com ângulo zero de deslizamento lateral e, portanto, poderia ser menor. Obviamente, existem demandas muito maiores de redundância, pois todo o hardware de acionamento eletrônico e de energia deve estar em operação, enquanto a cauda vertical fixa apenas compensa passivamente.

A rigor, você não precisa de FBW para isso, a deflexão do leme compensador também pode ser fornecida pelo circuito de entrada do piloto automático do controle mecânico convencional dos cabos. Mas esse hardware de atuação deve então ser funcional dentro das demandas para evitar falhas catastróficas.

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Não. A autoridade do leme nesses aviões é uma função dos requisitos de potência da guinada na pior das hipóteses, condição de empuxo assimétrico e o tamanho da aleta está relacionado a isso e também às características naturais de amortecimento da guinada (desvanecimento do tempo) que são desejadas. Se é FBW ou não, é irrelevante, exceto na medida em que o sistema FBW pode ajudar no controle da guinada durante a saída do motor. Independentemente do tipo de sistema de controle, a área de superfície necessária é a área de superfície necessária.

De qualquer forma, fora dos casos de falha do motor, a maioria dos sistemas de leme já está "voando por fio", mesmo que sejam sistemas tradicionais operados por cabo, durante a operação normal. O sistema de amortecimento de guinada, que praticamente todas as aeronaves de transporte possuem, opera o leme independentemente da entrada do piloto em resposta aos desvios da guinada detectados pelos acelerômetros, e isso cuida da guinada adversa de aileron, bem como dos movimentos da guinada e das tendências de rolagem holandesa que podem resultar de movimentos de guinada induzidos por turbulência.

Os amortecedores de guinada geralmente têm cerca de 1 / 3rd do movimento total do leme disponível e operam continuamente em segundo plano durante o vôo. O piloto tem os pés no chão quando está no ar e não precisa coordenar ativamente o voo com o leme. Os pedais do leme são tocados apenas durante o vôo se um motor sair.