Según el informe de la NTSB sobre el accidente del vuelo 160 de Pan Am en 1973 , el 707-300C 1 tiene características de control lateral que van desde "mínimas" hasta "ninguna" si los flaps y los spoilers se extienden con el amortiguador de guiñada inactivo:
Los datos de rendimiento del Boeing 707-321C [2] muestran que la capacidad de control lateral puede ser extremadamente limitada, si no imposible, con un amortiguador de guiñada inoperativo, spoilers extendidos y flaps bajos. [ NTSB-AAR-74-16 , pág. 31 (marcado como 29).]
En la mayoría de las aeronaves, el amortiguador de guiñada, aunque útil, aún puede quedar inoperativo en todos los regímenes de vuelo sin que la aeronave se vuelva incontrolable. Lo cual tiene sentido: de los dos usos principales para el amortiguador de guiñada (minimizando el balanceo holandés y ayudando a contrarrestar la guiñada adversa), el primero tiene pocas consecuencias en las altitudes bajas donde es más probable que los flaps y los spoilers se desplieguen simultáneamente (como Dutch el balanceo es fuertemente amortiguado por el aire espeso y denso a baja altitud), y generalmente no es una amenaza para la capacidad de control incluso cuando está débilmente amortiguado a gran altitud 3 (aunque es excelente para hacer que los ocupantes del avión se mareen), mientras que la guiñada adversa puede contrarrestarse igual de bien con las entradas manuales del timón (algo que todo piloto de avión habrá aprendido a hacer hace mucho tiempo)., siendo necesario el uso manual del timón para hacer giros coordinados en los pequeños aviones de aviación general en los que los pilotos aprenden a volar por primera vez) como por el amortiguador de guiñada. Por supuesto, la muy alta resistencia inducida generada por el despliegue de flaps y spoilers (principalmente este último) agravaría considerablemente la tendencia de guiñada adversa de la aeronave, 4 pero, suponiendo que el timón del 707 tuviera el tamaño adecuado para comenzar, la aeronave aún debería permanecer completamente controlable. con las entradas de timón manuales adecuadas .
De hecho, si el 707-300C (y posiblemente también las otras variantes) es realmente incontrolable en el eje lateral, o casi, con los flaps y spoilers desplegados y el amortiguador de guiñada inactivo, es algo difícil ver cómo la aeronave podría alguna vez volar con seguridad sin un amortiguador de guiñada funcional; el despegue y el crucero no supondrían demasiado problema, pero el aterrizaje , por regla general, implica una cantidad considerable de aleteo debido a la disminución resultante en las velocidades de aterrizaje, con la extensión del spoiler que se utiliza para reducir la velocidad de la aeronave durante el descenso, y , si el amortiguador de guiñada es realmente necesario para que el 707(-300C) sea controlable con flaps y spoilers extendidos, se esperaría una pérdida de control en algún punto durante la secuencia de descenso/aproximación/aterrizaje si volaba sin una guiñada operativa apagador.
¿Por qué es tan difícil controlar el 707 con el amortiguador de guiñada inactivo y los alerones y alerones extendidos?
1 : El 707-300C fue la variante civil del 707 más producida; las otras variantes (-100, -100B, -200, -300, -300B y -400), que diferían principalmente en la longitud del fuselaje y la selección del motor, presumiblemente se comportan de manera similar al 707-300C a los efectos de esta pregunta.
2 : Un Boeing 707-300C construido para Pan Am (código de cliente de Boeing *21).
3 : Solo tengo conocimiento de un caso en el que el rollo holandés realmente causó un accidente (y el avión aún no se habría estrellado si no fuera por un generoso error del piloto). Este fue un vuelo de entrenamiento 707-200 en 1959 , realizado con el amortiguador de guiñada desactivado, donde los movimientos de la aeronave se amplificaron enormemente por entradas de control de vuelo inadecuadas y excesivas por parte de los pilotos, lo que provocó una pérdida de control; la aeronave finalmente se recuperó de una inmersión invertida, pero tres de los cuatro motores se arrancaron en algún momento del proceso, y la aeronave se estrelló antes de un sitio de aterrizaje de emergencia previsto cuando el daño del control de vuelo por el fuego resultante obligó al resto. reducir el motor para mantener el control.
4 : El despliegue de los flaps aumenta directamente la resistencia inducida de las alas; sin embargo, esto por sí solo no debería causar un gran aumento en la tendencia a la guiñada adversa, ya que los flaps están ubicados en las partes internas de las alas (habiendo más espacio para ellos y su parafernalia asociada en las anchas y gruesas raíces de las alas). que más cerca de las puntas delgadas y estrechas, y hay menos momento adicional de flexión del ala si el aumento de sustentación de las aletas se agrega lo más cerca posible del fuselaje), mientras que los alerones (el aumento de la resistencia inducida por la desviación hacia abajo de los cuales es la causa de la guiñada adversa) están ubicados en las partes exteriores de las alas sin aletear, lo más lejos posible de la línea central de la aeronave, para lograr la máxima autoridad de control de balanceo posible. 5El despliegue del spoiler aumenta indirectamente la resistencia inducida de las alas, al obligar a la aeronave en su conjunto, incluidos los alerones, a volar en un ángulo de ataque más alto para mantener el vuelo, lo que provoca un aumento de la guiñada adversa.
5 : De hecho, el despliegue de los flaps podría (dependiendo de la aeronave y las condiciones de vuelo exactas) incluso ayudar en este sentido, ya que la mayor sustentación de los flaps desplegados permite que la aeronave en su conjunto vuele con un ángulo de ataque más bajo, lo que reduce la capacidad de la aeronave. tendencia a la guiñada adversa; el 737, un avión Boeing posterior, muestra un ejemplo de esto .
El rollo holandés está rodando, guiñando y cabeceando juntos en una especie de patrón Lazy 8, y si es divergente o realmente severo, hay muy pocos humanos que puedan hacer las entradas en fase perfectamente sincronizadas necesarias para no empeorar los movimientos, sin mucho entrenamiento avanzado para que el piloto entre en el ciclo de respuesta, lo que nadie hace, por lo que no es un caso de mal pilotaje cuando un avión se estrella debido a un evento de rollo holandés.
Dado que la DR está relacionada con el muy potente acoplamiento balanceo/guiñada de los aviones de ala en flecha, el acoplamiento es peor con los flaps hacia abajo que con los flaps hacia arriba, ya que el ala batida que se presenta más recta en el flujo de aire por la guiñada obtiene un impulso de sustentación aún mayor en comparación con el ala trasera. que con las solapas levantadas; quiere rodar aún más fuerte con el mismo ángulo de guiñada y velocidad (lo aprendes bastante rápido la primera vez que haces una simulación de corte de motor en una vuelta completa con flaps y llegas tarde con el timón). Además de todo eso, la amortiguación de guiñada natural que existe se ve reducida por la reducción de la velocidad aerodinámica.
Creo que la mayoría de los aviones de ala en flecha con tendencia al balanceo holandés son peores con los flaps hacia abajo que con los flaps hacia arriba, aunque no necesariamente lo suficientemente malos como para volverse incontrolables. Sé que la línea CRJ Regional Jet tiene un modo de balanceo holandés estable con flaps hacia arriba (puede excitar un DR y, si no hace nada, se calmará por sí solo ... eventualmente) pero es levemente inestable con flaps hacia abajo, aunque esto no lo es. lo suficientemente malo como para evitar que sea despachable durante 10 días con un canal Y/D inoperativo sin restricciones (un canal funcionando y la falla de eso no se considera un riesgo excesivo durante un período de exposición de 10 días). Otras aeronaves pueden tener MEL que permitan la operación de un solo canal Y/D solo con una restricción de extensión de flaps. Sería interesante ver qué dice el MEL del 707.
Además, la guiñada adversa es solo un modo de excitación potencial. La turbulencia también puede provocar un movimiento de guiñada que puede hacer que se mueva un rollo holandés y probablemente sea más grande que AY.
En el caso del 707, sus flaps hacia abajo en modo holandés eran claramente divergentes y lo suficientemente severos como para ser considerados incontrolables por un piloto normal, y estoy bastante seguro de que no es el único.
¿Por qué es tan difícil controlar el 707 con el amortiguador de guiñada inactivo y los alerones y alerones extendidos?
Es una cuestión de constantes de tiempo y estabilidad de las respuestas:
Un controlador activo, como un piloto detrás de los controles de vuelo, puede generar entradas de control que devuelvan una respuesta incontrolada al equilibrio más rápidamente. Lo fácil que les resulte hacer eso depende de la cantidad de amortiguamiento en el propio sistema: demasiado amortiguamiento, y sus entradas deben ayudar al sistema a regresar más rápido. Muy poca amortiguación, y deben contrarrestar lo que hace el sistema, pero el sistema oscila, por lo que sus entradas también deben oscilar.
Los seres humanos, como todos los sistemas de control, tienen un cierto retraso de tiempo entre detectar un movimiento y poder generar una entrada de control efectiva. Si el período de balanceo es demasiado rápido, este retraso hace que la entrada llegue en un momento en el que no contrarresta el movimiento. Hasta cierto punto, los humanos pueden aprender a cronometrar y dosificar sus entradas para controlar un sistema inestable, si el período de tiempo es lo suficientemente largo; un helicóptero en vuelo estacionario es un ejemplo clásico.
... es algo difícil ver cómo la aeronave podría volar de manera segura sin un amortiguador de guiñada funcional;
Es solo que los pilotos necesitan saber que el amortiguador de guiñada no está operativo y que, por lo tanto, deben adaptar la constante de tiempo de sus respuestas. Si están capacitados para hacerlo en esa situación particular es un asunto diferente...
Si bien cada avión es diferente, especialmente para los que tienen una gran cantidad de barrido, aún se pueden predecir algunas tendencias generales:
La amortiguación del balanceo holandés disminuye con la velocidad decreciente (Ref. Etkins , Dynamics of Flight, Wikipedia ).
El aumento del flap aumenta el efecto diedro (Ref. ESDU 80034), lo que empeora una vez más la amortiguación del balanceo holandés (Ref. Etkins , Dynamics of Flight, Wikipedia ).
La especificación MIL-STD-1797B recomienda al menos una relación de amortiguamiento de al menos 0,02 para todas las fases del vuelo para un nivel de calidad de manejo 2, que suele ser el umbral mínimo para una tarea de aterrizaje (el nivel 3 es el mínimo para un vuelo seguro continuado). Si la amortiguación de balanceo holandés cae demasiado, ciertamente puede ser peligroso.
JZYL