Por que uma aeronave não sai do controle logo após o toque do solo?

how does it not immediately start spinning?

Física e engenharia. Mas eu acho que você gostaria de um pouco mais de detalhes, então vamos tentar mergulhar.

wheel brakes

Eles tendem a ter um efeito estabilizador deslocando parte do peso na roda da frente e permitindo que os pilotos controlem a aeronave com mais eficiência.

spoilers

Estes são controlados automaticamente pelo sistema Fly-by-Wire, portanto, se necessário, eles seriam recolhidos.

thrust reversers

Se eles estiverem funcionando adequadamente, a força resultante passará pelo plano vertical que contém o C.o.G. (mas um pouco abaixo), então eles não representam um grande problema.

Outra coisa que você não mencionou, mas vou acrescentar, é um pouso forçado (como este ), uma vez que nestas situações as aeronaves tendem a girar um pouco. Nestes casos, no intervalo de tempo entre a aterrissagem e a frenagem, 2 coisas ajudam a aeronave a permanecer na pista: a cauda vertical (com o leme) e a posição do trem de pouso principal w.r.t. o centro de gravidade da aeronave. Como pode ser visto em esta imagem tirada das notas de aula do curso que segui (o título traduz-se por " Frenagem correndo em pouso acidentado "), aeronaves de triciclo normal tendem a ser estabilizadas por seu próprio trem de pouso nesta situação, enquanto o mesmo não pode ser dito para taildraggers da velha escola.

Então, o que realmente poderia causar um problema? A resposta é rajadas de vento (especialmente se o vento for perpendicular à pista), condições irregulares da pista (por exemplo, uma poça ou uma camada fina de gelo em um lado da pista fará com que um conjunto de engrenagens principais tenha menos aderência do que o seu homólogo do outro lado, causando uma guinada para o lado com mais aderência), falhas assimétricas nos reversores, frenagem excessiva ao mesmo tempo, transformando a aeronave para realinhar a linha central (particularmente um problema se a distância entre as duas engrenagens principais não é suficiente).

Como a aeronave permanece na pista apesar desses possíveis problemas? Em altas velocidades, graças à cauda vertical; e em baixas velocidades graças à engrenagem frontal do nariz. Em velocidades intermediárias, a situação é um pouco mais complicada: a cauda não é mais muito útil, enquanto a dianteira se arrisca a quebrar se for usada para corrigir demais. Assim, por exemplo, um sistema FbW pode ajudar através do uso assimétrico de spoilers. Um exemplo do que poderia acontecer, mas visto durante uma decolagem, é ilustrado neste vídeo (vídeo gentilmente cedido por MichaelK no chat).

Na aterrissagem, o estabilizador vertical e o leme têm muita força aerodinâmica para compensar qualquer movimento de guinada. O piloto tem que levar em conta qualquer desequilíbrio durante o pouso.

Existem muitas fontes diferentes de desequilíbrios na força de guinada no pouso. Como você mencionou, os freios podem ser irregulares. O empuxo do motor pode ser irregular. O vento cruzado é outra grande força de guinada. A aeronave deve ser projetada de modo que o estabilizador vertical e o leme consigam superar essas forças. Aviões de passageiros são projetados para serem capazes de pousar com segurança com um motor de fora, com falha de freio unilateral e crosswind até um certo limite.

À medida que a aeronave desacelera e o leme perde a eficácia, o controle direcional passa para as rodas. Os pilotos usam a frenagem assimétrica e a direção da roda para manter o avião no centro da pista. É nesse ponto, mais tarde no lançamento, que é mais provável que ocorram problemas. É quando as coisas, como a derrapagem, se tornam mais um problema e, às vezes, ocorrem excursões na pista. A travagem anti-bloqueio foi concebida para ajudar a evitar isto.

Algumas aeronaves, geralmente de pequeno porte, não têm meios de controle direcional outro do que o leme. Isso mostra como é importante que as forças aerodinâmicas do leme controlem a direção da aeronave no ar e no solo.

Pequenos aviões giram o tempo todo. É chamado de loop ground .

Quando um avião pousa, o piloto precisa fazer rapidamente duas coisas para manter o avião reto: coloque todas as rodas no solo, use o leme e guie o avião diretamente. Se houver um strong vento cruzado, pode ser bastante complicado fazer isso em um pequeno avião. Quanto maior o avião, mais imune é o vento cruzado. Um dos grandes perigos é compensar demais. Muitas vezes, um loop de terra acontece quando o piloto sobrevoa.

BTW as outras respostas na página têm muitas declarações incorretas porque nenhum dos outros cartazes são pilotos. O principal erro que eles cometem é pensar que os freios são usados para manter o avião em linha reta. Isso é absolutamente falso. Um piloto nunca aplica os freios até que ele tenha o avião em linha reta primeiro, e então ambos os freios são aplicados simultaneamente. Um piloto nunca tenta dirigir com os freios durante o pouso - isso seria uma boa maneira de iniciar um loop de terra.

Em quase todos os aviões de pequeno a grande porte, os freios estão no topo do pedal (eles são chamados de "toe freios"). O que o piloto faz é usar apenas as pontas dos pés quando ele pousar para dirigir. Para um avião pequeno, isso pode exigir movimentos rápidos e precisos. Uma vez que o avião esteja reto e não precise mais girar, ele desloca os dois pés até o topo do pedal e pressiona os freios para desacelerar. Uma vez que o piloto começa a fazer isso, o avião geralmente continua indo em qualquer direção para a qual foi apontado, então é melhor que seja apontado para a direita. Às vezes o avião não será apontado perfeitamente em linha reta e o piloto terminará à direita ou à esquerda da linha central.

O avião não sai de controle porque:

• Leva o caminho de menor resistência: em uma pista seca, a fricção de rolamento é duas ordens de grandeza menor do que a fricção de deslizamento, portanto, se os freios não forem aplicados, há uma tendência natural de autocorrectar.Seu carro também não gira fora de controle em um canto, contanto que as rodas não escorreguem.
• Se o avião aterrissar com um vetor de velocidade de deslize lateral, uma vez que as três rodas entrem em contato, a autocorreção da roda do nariz: devido à maneira como ele é configurado, o peso do avião o empurra diretamente. Em aviões pequenos, a engrenagem do nariz é inclinada para a frente e é montada na frente do seu eixo, de modo que ela levanta a aeronave ao girar. Mesma razão pela qual você pode tirar as mãos de um guidão de bicicleta.

Em aviões grandes, a longa distância entre eixos proporciona estabilidade. Do artigo da Wiki sobre distância entre eixos :

Because of the effect the wheelbase has on the weight distribution of the vehicle, wheelbase dimensions are crucial to the balance and steering. For example, a car with a much greater weight load on the rear tends to understeer due to the lack of the load (force) on the front tires and therefore the grip (friction) from them.

E o understeering é exatamente o que você quer. Do Wiki para understeer & oversteer:

When an understeer vehicle is taken to the grip limit of the tires, where it is no longer possible to increase lateral acceleration, the vehicle will follow a path with a radius larger than intended. Although the vehicle cannot increase lateral acceleration, it is dynamically stable.

When an oversteer vehicle is taken to the grip limit of the tires, it becomes dynamically unstable with a tendency to spin out.

Esta configuração auto-estabilizadora é a principal razão pela qual uma aeronave pode ser aterrada com sucesso com um vento cruzado e quando não estiver perfeitamente alinhada com a pista. Nestas situações, a aeronave precisa bater, não aterrissar - transferir o peso para as rodas e a configuração do material rodante faz o resto. As rodas principais são colocadas separadas o suficiente para garantir que a aeronave não possa tombar, mesmo com o centro de gravidade mais à ré e mais alto.

A frenagem ainda empurra a roda do nariz para a pista e aumenta a força de auto-alinhamento. Tudo o que o sistema de travagem tem de fazer é certificar-se de que as rodas não bloqueiam: isso elimina a baixa resistência ao rolamento. E então ele precisa parar a aeronave, é claro.

Para corrigir a aceleração lateral, a direção da roda do nariz é conectada aos pedais após a engrenagem principal ter detectado contato com o solo, o que permite que o piloto continue controlando o guincho da aeronave quando a velocidade se tornou muito baixa. . A direção da roda do nariz do pedal tem um alcance muito menor do que a direção da roda do nariz pelo leme.

Os pilotos têm dois pedais de freio, um para cada lado, e podem corrigir a simetria por meio de frenagem diferencial, se necessário. A estabilidade automática do avião tocado é uma necessidade para aterrissagens bem-sucedidas, como a estabilidade aerodinâmica para vôos bem-sucedidos. As aeronaves nunca dependerão de sistemas fly-by-wire ativos para controlar a estabilidade da aterrissagem - elas podem ser úteis, mas a aeronave também deve ser direcionalmente estável quando os sistemas estiverem inativos, em qualquer emergência, por exemplo.

As superfícies de controle no avião ainda funcionam quando as rodas estão tocando o solo. Além disso, os aviões têm freios do pé esquerdo e direito, ao contrário de um único pedal de freio em um carro. O piloto ainda pode dirigir com as superfícies de controle, o leme de cauda, usando os pedais e também dirigir com os freios, ajustando a quantidade de frenagem do lado esquerdo e direito. Quando o avião está muito lento para que as superfícies de controle sejam eficazes, eles usam apenas os freios para dirigir. Um helicóptero pode usar os pedais para guiar mesmo com pouco ou nenhum movimento de avanço / recuo.