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

O ângulo de descida ajuda a reduzir a sustentação que a asa precisa fornecer, de duas maneiras. Ele leva a aeronave a um ar de maior densidade, onde é possível uma elevação mais absoluta no mesmo número 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 pode ser neutralizada pelo arrasto (D no desenho abaixo). Isso é semelhante a um planador, apenas com eficiência aerodinâmica muito menor e ângulos mais íngremes. Terry reduz o impulso e abre os freios de velocidade para evitar velocidade excessiva, para que ele possa mergulhar o mais abruptamente possível, reduzindo assim os requisitos de elevação. Agora, mais do elevador L da asa pode ser empregado para virar a aeronave. Se ele deseja obter uma taxa de afundamento constante, ele ainda precisa produzir sustentação suficiente para equilibrar o peso, mas reduzido pelo cosseno da pista de planeio em comparação com a condição de vôo nivelado. No 25 ° nariz para baixo, esta é uma redução de 10%.

Agora você está preocupado com o ângulo de rolagem dele. Observe que ele deseja criar o máximo possível de componente lateral de elevação, o que parecerá com a gravidade para todos a bordo. No ângulo de rolagem do 60 ° (acho que o seu 80 ° é um pouco extremo), isso funciona com o dobro da aceleração vertical normal e, com o mergulho, na verdade, apenas 1.8 g, para que todos sintam quase o dobro da força da gravidade normal. Com o rolo 80 °, não será uma curva estacionária e não haverá elevação suficiente para neutralizar a gravidade; portanto, a aeronave acelerará para baixo durante a curva. Na verdade, ele cairá do céu. Quando já estava no Mach 0.85, eu teria mais cuidado do que Terry, porque as coisas ficam feias muito rapidamente quando o Mach vai mais longe.

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

Se permanecermos em curvas estacionárias (sem a parte "cair do céu"), o ângulo máximo de inclinação é dado pelo fator de carga máximo do 747. No 400 KEAS, trata-se apenas de 1.5g, portanto, mesmo com a atitude nariz para baixo do 25 °, o ângulo máximo do banco seria 53 °. Se você voar um pouco mais devagar, o fator de carga vai para 2g (igual a 63 ° em uma descida de 25 °) e atinge o máximo em 2.5g em 310 KEAS (68.7 ° em uma descida de 25 °). Voar no Mach 0.85 em 30.000 ft produzirá uma velocidade no ar equivalente a 306 kt em condições atmosféricas normais. O valor exato varia com a velocidade de vôo real e o ângulo máximo seguro do banco está na região de 60 ° a 70 °.

Eu expandi minha resposta para a pergunta original, e espero que, junto com isso, eu possa cobrir suas perguntas. Caso contrário, continue perguntando!

EDIT: Entendo, agora você quer saber a hora de se virar. Tudo o que posso fazer é calcule-o com a suposição de que existe elevação suficiente, independentemente do buffeting. Na realidade, duvido que até o case 48 ° lhe proporcione uma viagem agradável. Todos os resultados são para o caso 30.000 ft, ​​porque em 36.000 ft, ​​esses ângulos de bancada mais altos não podem ser rodados de maneira limpa devido aos efeitos de compressibilidade.

No 60 °, o avião voa com o 2g e com o nariz do 25 ° ainda para baixo no 1.8g. A taxa de turno seria 3.77 ° / s e 180 ° seria concluída após a 48 s.

No 70 °, ele voa com quase 3g, e com o 25 ° com o nariz para baixo no 2.65 g, um pouco fora dos limites de g. A taxa de turno seria 5.98 ° / se o 180 ° seria concluído após o 30 s (mais o tempo para rolar para o 70 °, que agora começa a se tornar importante).

O estojo 80 ° se torna realmente hipotético, porque mesmo com a atitude nariz para baixo do 25 °, o fator de carga será 5.2g se voado sem deslizamento lateral e elevação suficiente para evitar velocidade excessiva. O 747 estará quase desmoronando, mas talvez uma futura versão acrobática possa fazer essa manobra com segurança. Isso resultará em uma taxa de volta de 12.35 ° e precisará de 14.6 s para uma volta de 180 °. Eu adicionaria pelo menos 4 segundos ao banco para 80 °, mas a curva pode ser concluída dentro do 20 s. Hipoteticamente.

O que Terry deu a entender quando disse que chegaria ao 80 ° não são as curvas limpas que estou calculando aqui, mas um mergulho dinâmico em que o avião acelera porque não há sustentação suficiente para impedir que ele caia. 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 o mesmo: se o 747 for rolado para o 80 °, mas o piloto puxar apenas o número de gs que a aeronave puder suportar (devido ao choque, duvido que mesmo o 2.5 g seja possível), o elevador servirá quase exclusivamente para fazer uma curva fechada , mas não será suficiente para neutralizar a gravidade. Portanto, a aeronave desliza para o lado e a estabilidade direcional vira o nariz para baixo. Isso levará um tempo (acho que talvez 12 segundos, realmente um palpite), mas a aeronave aumentará a velocidade desde o início da manobra. Tenho um pouco mais de medo de voar mais rápido que o Mach 0.85 do que Terry, e os vários relatórios de 747s subindo para Mach 0.98 apoiar sua opinião de que um pouco de velocidade excessiva está OK. É difícil para mim adivinhar quanto tempo ele precisa para se tornar desconfortavelmente rápido e, em seguida, será necessário muito levantamento para sair do mergulho. Por outro lado, quando o avião está mergulhando, tudo o que precisa é de um rolo e um pull-out para sair no 180 ° do curso anterior. O pull-out será realizado em uma altitude muito menor e, criando o gs, não haverá problema.

Algumas informações adicionais às excelentes respostas já fornecidas:

Primeiro, digamos que a necessidade da curva de emergência ocorreu logo após o nivelamento de uma escalada típica de 2,000 ft, ​​o que provavelmente significaria que você tinha apenas a proteção de limite de buffet 1.3g, embora em boas condições subamos frequentemente quando tínhamos apenas 1.2g. Dada a lei de Murphy, digamos que estamos no 1.2.

Agora vem a necessidade do turno. Nos primeiros segundos, não ousamos exceder o 1.2g para não entrar em uma região de possível incontrolabilidade. Precisamos perder pelo menos alguns milhares de pés o mais rápido possível para descer até onde podemos começar a pedir mais asas. Ao mesmo tempo, queremos usar o que a asa pode fornecer com segurança para nos transformar. Quanto mais íngreme for a curva, mais será e mais rápido cairemos. Ambos são bons por um tempo muito curto. Meu palpite para as calças é que iríamos rolar até o extremo em que estivéssemos confortáveis ​​e, em seguida, quase imediatamente começaríamos a diminuir o banco a uma taxa e a um grau ditados pela velocidade e velocidade com que aumentava.

O clacker de velocidade excessiva deve disparar em torno do mach 0.92, embora em voos de teste de manutenção eu tenha visto que ele não comece até quase o 0.94. Em qualquer ponto em que ele disparar, gostaríamos de começar a reduzir o banco e substituir a força de giro perdida e enfrentar a velocidade excessiva, aumentando o ângulo de ataque do que a asa poderia fazer com segurança em termos de buffet. No momento em que caímos, digamos, 4000 ft, ​​a velocidade do buffet não seria mais um fator, e poderíamos puxar com segurança algo como 1.8g (ou superior, se necessário).

Seria uma questão de jogar com o nosso banco e ângulo de ataque para conseguir o que queremos. Ao pensar nesse cenário, sou informado (ou pelo menos acho que sou) por duas coisas.

Primeiro é o incidente em dez 12, o 1991 descrito em este relatório do NTSB (PDF) e neste artigo. Eu era capitão da Evergreen na época (na verdade, voara naquele mesmo avião algumas semanas antes e havia notado a anomalia do piloto automático que mais tarde causaria o incidente), e eu sabia e conversei com a tripulação (como todos na empresa).

Pertinente a essa discussão está o fato de a tripulação não ter notado o que estava acontecendo até os giroscópios do INS caírem (antigo sistema de carrossel com giroscópios reais), o que aconteceu quando o avião atingiu o banco de graus 90, pelo que me lembro. O ângulo máximo do banco antes do início da recuperação era de graus 95. Além disso, os motores estavam em potência de cruzeiro até o início da recuperação. Há controvérsia quanto à velocidade máxima atingida; as estimativas variaram de mach 0.98 a 1.09 (um relatório de mach 1.25 era falso). Max nariz para baixo foi graus 35. A perda de altitude foi de aproximadamente 10,000 ft.

Depois de ler as respostas anteriores, estou um pouco menos à vontade com o cenário dos graus 80, mas não acho que isso significaria um desastre. As plataformas do INS ainda estariam ativas. A velocidade que eu sinto seria manejável, uma vez que estamos indo para a marcha lenta logo no início, e os freios à velocidade ajudariam nisso. A diferença, no entanto, entre o uso dos graus 70 e 80 provavelmente seria bem pequena. O pdf mencionado no primeiro link fala sobre outro 747 indo para os graus 71, como eu me lembro.

Segundo, realizamos um exercício de simulador no qual, às vezes, excedíamos os graus de banco 60, embora eu não possa ter certeza de que já fui para os graus 80. O cenário começaria com o controle de partida dizendo: "Você tem uma bomba programada para explodir em minutos 5. Liberada para pousar em qualquer pista". O instrutor sim, é claro, teria colocado você no que ele sentiu ser a situação mais difícil, mas ainda possível. Então, o que você fez foi desligar, começar a jogar fora todo o esforço possível (estragar as limitações de velocidade) e rolar para qualquer grau de banco que faria você ficar alinhado. O exercício sempre começava de uma altitude relativamente baixa, portanto a velocidade do buffet não era um problema.

Me faz pensar em lágrimas nos tempos divertidos do passado.

What is the maximum safe bank angle of a 747?

Isso pode depender de quem está fazendo a avaliação de segurança e quais são as alternativas. Pode haver circunstâncias em que um piloto possa achar que ser o primeiro piloto a depositar um 747 em 70 ° seria mais segura do que colidir com uma montanha ou outra aeronave, ou ser abatido.

A FAA coleta "Dados estatísticos da aeronave Boeing-747-400 em operações comerciais". Por exemplo:

Eu acho que o FAA descarta dos dados qualquer ângulo de banco maior que 40. Meu palpite seria que as companhias aéreas e / ou pilotos consideram ângulos maiores do que os mostrados neste gráfico como inseguros (nessa fase do voo?)

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

O JA8119, um 747 SR-100, depois de uma descompressão explosiva e perda do estabilizador vertical parece mais tarde ter sobrevivido brevemente a uma rolagem 80 ° sem a aeronave quebrando. No relatório de acidente é este registro do gravador de dados de voo.

Esta aeronave era essencialmente incontrolável, experimentando ciclos de phugoid e rolos holandeses e caiu tragicamente pouco depois. No entanto, talvez isso sugira que um 747 intacto possa sobreviver a ângulos de banco bastante altos (supondo que RLL no relatório signifique ângulo de rolagem). Como Peter Kämpf observou em um comentário, pode não ser seguro tirar conclusões sobre as características de voo dos 747s não danificados a partir desses dados.