Os sistemas de aviso e proteção de estol em praticamente todas as aeronaves funcionam usando várias palhetas articuladas na lateral da fuselagem (geralmente pelo menos três e, de preferência mais), que se alinham ao fluxo de ar sobre a superfície da aeronave e, portanto, fornecem uma medida do ângulo de ataque atual da aeronave. Os computadores da aeronave comparam o ângulo de ataque da aeronave com um valor pré-carregado ligeiramente abaixo do ângulo normal de parada da aeronave; se o ângulo de ataque for menor que esse valor limite, nada acontece; enquanto, se o ângulo de ataque for maior que o limite, os computadores emitem o aviso de paralisação sonora e ativam o stickhaker.1
Esses sistemas, embora mecanicamente simples, têm a grande desvantagem de que eles realmente não detectam uma parada iminente ou real; em vez disso, eles detectam quando a aeronave está se aproximando de seu ângulo usual de estol e assumem que o habitual ângulo de estol também passa a ser o atual ângulo de estol. O que é ótimo, se sua aeronave tiver asas invulneráveis sem dispositivos de elevação, magicamente imunes a coisas como acúmulo de gelo e insetos, mas a maioria das aeronaves possui asas que
- possuem dispositivos de alta elevação nas bordas da frente, nas bordas à direita ou em ambos (dispositivos da borda da frente, como ripas e caídas, aumentam drasticamente o ângulo de estolamento da asa, enquanto as abas montadas na borda da retaguarda diminuem ligeiramente o ângulo de estol da asa );
- pode coletar quantidades consideráveis de gelo (na estação fria) ou insetos (na estação quente) sob condições erradas (tanto o gelo quanto os insetos aumentam a rugosidade da borda principal da asa [e, às vezes, toda a superfície superior], diminuindo drasticamente ângulo de estol da asa); e
- é possível danificar, inclusive na borda anterior e na superfície superior (danos na superfície da asa, especialmente na borda anterior, aumentam a rugosidade da asa, diminuindo drasticamente o ângulo de estolamento da asa da mesma maneira que a acumulação de gelo ou insetos) .
Os sistemas de alerta de estol em aeronaves mais novas tentam levar isso em consideração, de modo que o limiar de alerta de estol de uma aeronave possa ser definido como (por exemplo) 25º quando limpo, 45º com ripas estendidas e 5º se for detectado gelo. No entanto, embora o ângulo de estol limpo da aeronave seja medido facilmente durante os testes de vôo, assim como o ângulo de estol com várias configurações de dispositivos de elevação elevada, o ângulo de estol de uma asa congelada, com inseto ou danificada não pode ser significativamente determinado dessa maneira, pois depende da quantidade precisa, forma, textura etc. do gelo / insetos / danos, que possuem um número quase infinito de configurações possíveis; como tal, o limiar nas condições de formação de gelo é quase um palpite e pode facilmente ser muito mais baixo ou muito mais alto do que o ângulo real de estolagem de uma asa gelada específica, e a maioria dos sistemas de aviso de estolagem nem sequer tentar para explicar manchas de insetos ou danos nas asas. Para piorar as coisas, gelo, insetos e danos raramente são simétricos entre as duas asas, de modo que uma asa pode terminar facilmente com um ângulo de estol consideravelmente mais alto do que a outra; um sistema de aviso de travamento baseado em ângulo não fornecerá nenhuma indicação disso.
No entanto, é possível detectar diretamente uma paralisação iminente ou real. À medida que o ângulo de ataque de uma aeronave se aproxima de qualquer que seja o ângulo de estol naquele momento específico, o fluxo de ar sobre a superfície superior da asa começa a se separar da asa; essa separação de fluxo começa na borda de fuga e a região de fluxo separado se estende para a frente à medida que a aeronave se aproxima cada vez mais de parar, até que, quando a aeronave finalmente parar, a separação de fluxo cobre quase toda a superfície superior da asa. Essa separação de fluxo, e a poderosa turbulência associada, podem ser facilmente detectadas por um sensor de pressão e / ou som no topo da asa, e essa tecnologia estava disponível pela primeira vez há mais de um quarto de século; citar o NTSB:
There is new technology available that can detect airflow separation on aerodynamic surfaces. One new system measures the pressure in the airflow above the upper wing surface with a probe located at about 70 percent chord (varies by airplane), inboard of the ailerons. The system has been shown to effectively detect upper wing surface turbulence associated with airflow separation, both in flight and during the takeoff roll, once the airplane has accelerated to at least 50 knots. According to a Society of Automotive Engineers (SAE) technical paper,77 developmental testing found that:
Conventional stall warning systems, which use a fuselage mounted AOA sensor, do not measure the actual stalling condition at the wing. The key to determining an early stall due to the presence of contamination is to measure the flow directly at the lifting surface. Local velocity changes in a region above the upper surface of the wing provide a consistent indication of an approaching aerodynamic stall even when contamination is present. This method of stall warning also offers new levels of safety during low level windshear recovery and takeoff performance monitoring.
ATR had established a test program that evaluated the effectiveness of this device before this accident. The system was tested on an ATR 72 in January 1994; and it was tested on ATR-42-500 in December 1994. In addition to ATR airplanes, tests have been conducted with the detection device mounted on a Cessna 421 (cabin-class piston twin), a NASA Sabreliner (business jet), and a Fokker 100 (passenger jet). Additionally, wind tunnel tests were conducted with various amounts of surface roughness and ice shapes on various airfoil designs.
A second new type of airflow separation detection system measures the change in sound (amplitude and frequency) of the airflow over the surface of an airfoil. This system had not been flight tested before this accident, but subsequent wind tunnel tests at the NASA Lewis Research Center showed consistent reliability in the detection of airflow separation.
77SAE Technical Paper 922010, Stall Warning Using Contamination Detection Aerodynamics, by Paul Catlin, B.F. Goodrich Aerospace Avionics Systems, Presented at Aerotech '92, October 1992.
(Páginas 156-157 [relatório em papel] / 174-175 [relatório em PDF].)
No entanto, embora os sistemas que detectam uma paralisação ou paralisação iminente estejam disponíveis há décadas, esses sistemas possam detectar de forma confiável uma paralisação, não importa o que o ângulo de estol da aeronave é2 (que um sistema baseado em palhetas nunca chegaria nem perto de fazer), a esmagadora maioria das aeronaves (mesmo as grandes aeronaves onde uma barraca seria a mais potencialmente catastrófica) ainda usa palhetas de ângulo de ataque como base de sua barraca sistemas de detecção e aviso, em vez de usar sistemas baseados em detectores de separação de fluxo de ar.
Por quê?
1: Aeronaves de cauda T têm um empurrador de palitos e um agitador de palitos, devido ao risco de a aeronave entrar em um local de difícil recuperação baia profunda se o aviso de paralisação for ignorado; o stickpusher é ativado em um ângulo de ataque um pouco mais alto que o aviso auditivo e o stickhaker.
2: Ou, se a aeronave não souber em que ângulo de ataque está voando (e, portanto, não conseguir nem começar para determinar onde ele se encontra em relação ao limite) - por exemplo, porque não sabe o quão rápido está indo.
