Скачать приложение можно, нажав СЮДА!!!

АВИАКАТАСТРОФЫ МОЖНО ПРЕДУПРЕДИТЬ

С.Н. Шмидт

22.08.2006г. на Украине потерпел крушение самолет Ту-154М авиакомпании "Пулково", выполнявший рейс 612 из Анапы в Санкт-Петербург. Катастрофа унесла жизни всех 10 членов экипажа и 160 пассажиров, среди которых было 45 детей.

В журнале "Эксперт" (Взято с сайта Новости / 28.08.06)) опубликована наиболее вероятная версия причины катастрофы:

«Самолет попал в мощный турбулентный поток, в котором произошел так называемый сдвиг ветра - неожиданное асимметричное изменение скоростей вертикальных воздушных потоков. Бортовые системы почти всех гражданских самолетов обнаружить это явление не в состоянии. Зато технологии предупреждения и парирования сдвига ветра, работающие на основе лазерно-дальномерного способа идентификации вида ветрового явления и определения его параметров, есть у военных. Но они стоят около 3 млн. рублей и многим авиакомпаниям не по карману. Не было такой системы и на борту пулковского Ту-154М. Между тем, по одной из версий, именно из-за сдвига ветра лайнер вышел на закритические углы атаки (для Ту-154М это примерно 25 градусов), после чего потерял управление и свалился в плоский штопор. Это состояние, при котором самолет падает хвостом вниз, вращаясь вокруг своей оси. Именно такую картину наблюдали жители поселка Сухая Балка Донецкой области, где и разбился Ту-154М. По свидетельству очевидцев катастрофы, лайнер падал "как мельница", но при этом был цел, а его двигатели работали. Спасти самолет в подобной ситуации пока еще никому не удавалось.» 

Обязательным элементом любой авиакатастрофы является потеря управления.

Разрушение, отказ или неправильное поведение  любого элемента системы управления приводят к полной или частичной потере управления и могут закончиться  катастрофой.

Самолет очень сложная механическая система, элементы которой вступают между собой и атмосферой в самые «непредсказуемые» динамические связи. Если послушать специалистов, то любой полет самолета непредсказуем в принципе. Поведение самолета может быть «предсказано» только с определенной степенью вероятности, если «достоверно» известны параметры атмосферы, распределение и геометрия масс, и тяга двигателей.

Если рассматривать самолет, как нелинейную динамическую систему, то любые обвинения пилотов в «неправильности» действий будут безосновательны.

Кто вправе устанавливать правила поведения пилотов в нештатной ситуации?

Суть нештатной ситуации как раз и заключается в ее непредсказуемости.

Другое дело, что «непредсказуемость» поведения самолета зачастую обусловлена самым настоящим человеческим фактором. Во многих нестандартных ситуациях пилоту просто не хватает информации, хотя современный самолет увешан датчиками, как новогодняя елка игрушками. Очень часто к нестандартным ситуациям ведут отказы систем контроля и управления.

Разве имеет реальную власть пилот над современным самолетом? Нет, это самолет и его системы управляют действиями пилота.

Как и почему современный самолет может вмешиваться в действия пилота?

Во-первых, бортовым системам может быть представлена недостоверная информация о параметрах окружающей среды. Непосредственного и точного контроля атмосферы на самолете в принципе не может быть. Может ли пилот знать достоверно скорость и направление ветра, давление и температуру воздуха? К сожалению, пока нет таких приборов.

Во-вторых, недостоверные данные о параметрах атмосферы обязательно приведут к неправильным действиям систем управления для выполнения нужного маневра.

В-третьих, системы управления могут вести себя в нештатной ситуации совершенно не так, как на это может рассчитывать пилот.

Что может происходить с системами управления самолетом?

Неавтоматизированные механическая (а) и гидромеханическая (б) системы основного управления самолетом

Корпус + гидропривод + элементы управления можно представить в виде
элементарной цепочки осцилляторов, поведение которых определяется упругими,
массовыми и энергетическими свойствами элементов и воздушного потока.
Зададим вопрос. Как изменяется поведение отдельных элементов этой цепочки
при изменении скорости полета?
Как соотносятся между собой аэродинамические и инерционные силы в этих
цепочках?
Датчиком таких силовых воздействий является (являлась) ручка и педали
управления, через которые пилот "фибрами своей души" мог чувствовать
самолет, то есть ощущать весь спектр вибраций. Компьютер человека (его мозг)
на подсознательном уровне раскладывал этот спектр на отдельные гармоники и
выделял критические, а руки и ноги "автоматически" приводили все в нужное
положение.
Теперь человека заменили компьютером или системой автоматического управления
и безопасности.
И самолеты посыпались, как яблоки. Почему?

Попробуем рассмотреть одну из возможных версий.

Теоретическая механика "дозволяет" нам представить самолет, как
двухэлементный осциллятор, состоящий из корпуса и рулевого элемента,
соединенные между собой упругой связью. На этот осциллятор действует
переменная внешняя возбуждающая сила аэродинамического давления среды.
Теоретическая механика и принцип эквивалентности "дозволяют" нам проводить
"модельные" экспериментальные исследования в аэродинамической трубе и
"автоматически" переносить результаты на движение самолета в атмосфере.
На основании таких теоретических и экспериментальных исследований
определяются критические режимы устойчивой работы осциллятора (самолета) -
скорость, угол атаки, направление и скорость потока и т.д.
А вот когда, самолет взлетает в воздух, то все происходит далеко не так.
И тут начинают выдумывать "страшилки" про всякого рода турбулентности
атмосферы, хотя методов прямого и достоверного контроля состояния атмосферы
до сих пор не существует.
Мы не будем обсуждать атмосферные явления и будем считать атмосферу
однородной и "неподвижной".
Как будет вести себя осциллятор в этом случае?
Как будет влиять относительная скорость потока и самолета на поведение
элементов системы?
Можно ли применять принцип эквивалентности систем отсчета и заменять
натуральный полет испытаниями в аэродинамической трубе?
Какие параметры мы можем контролировать в таком осцилляторе?
Начнем с того, что осциллятор из двух тел не может дать нам нужной
информации. Его контролируемые параметры будут очень хорошо согласованы с
теорией.
Представим теперь самолет в виде осциллятора из трех тел - это примерно
соответствует работе гидроцилиндра - два поршня бегают относительно
фюзеляжа.
Теоретическая механика и в этом случае утверждает, что система из трех тел,
соединенных пружинками в цепочку, будет вести себя, как осциллятор из двух
тел - не реагируя на изменение скорости перемещения его центра масс относительно неподвижной системы отсчета (Земля).
А кто проводил подобные эксперименты, что и как измеряли?
Не нашел я таких данных.
Зато нашел описание множества "побочных" и "непонятных" явлений, наблюдаемых
в экспериментах.
На самом деле осциллятор из трех тел очень хорошо реагирует на изменение
скорости и это почти не противоречит законам теоретической механики.

Основой теории в авиации является уравнение Бернулли, а оно как раз отражает процесс движения трех тел и постоянную гравитационную связь с естественной системой отсчета - Землей. Гравитация действует на все элементы самолета и в нем никогда не будет замкнутой системы. Другое дело, что о влиянии гравитации на инерционные свойства материи мы знаем еще очень мало.

Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что помимо общеизвестных сил в элементах конструкции самолета существуют «неизвестные силы инерции», пропорциональные квадрату скорости полета относительно Земли.

Ни конструкторы, ни пилоты современных самолетов, ни бортовая автоматика этих сил не учитывают при определении параметров резонанса самовозбуждающейся системы. В авиации эти колебания называются флаттером.

К чему приводит флаттер известно не только авиаторам. В лучшем случае самолет теряет частично или полностью управление на какое-то время, в худшем – происходит катастрофа.

Если на старых самолетах пилот мог почувствовать эти вибрации через ручку управления и подсознательно принять правильное решение, то современная автоматика ему не позволит это сделать. Примеров катастроф, в которых виновата именно автоматика безопасности, можно привести очень много, хотя это высказывание соответствующие службы будут опровергать.

Так есть ли практическая возможность предупреждения катастроф при «нештатной» ситуации?

Есть, конечно.

Во-первых, можно всех пересадить на маленькие самолетики, управляемые мускульной силой человека и положиться на интуицию пилота с мощнейшими возможностями человеческого мозга. Хоть я и поддерживаю развитие малой авиации, но не до таких пределов.

Во-вторых, ввести в бортовые компьютеры современных самолетов «неизвестные силы инерции», вызывающие при определенных условиях катастрофические вибрации и потерю управления.

Компьютерная модель наглядно демонстрирует возможность создания такой системы.

Для этого потребуется пара простеньких датчиков и соответствующий алгоритм обработки сигнала.

Вероятно, в современном самолете присутствуют  датчики, которые можно использовать для этих целей.

Следует добавить, что кроме компьютерного моделирования проведены довольно серьезные экспериментальные и теоретические исследования этих процессов.

Главная трудность не в техническом воплощении «способа определения скорости движения самолета», а в преодолении косности мышления отдельных чиновников.

Решить самую невероятную техническую задачу гораздо проще, чем убедить в этом чиновника, в том числе и от науки.

1 сентября 2006 г.