Пілотування літальних апаратів вимагає особливих навичок, спільних як для комерційних, так і для військових льотчиків. Однак, попри схожість у керуванні літаками з нерухомим крилом, комерційні лайнери та винищувачі є абсолютно різними машинами, створеними для різних цілей. Для пасажирського літака, що виконує роль “робочої конячки”, надзвичайно важливо, щоб польоти були максимально ефективними, надійними та передбачуваними. У цьому випадку стабільність у повітрі відіграє вирішальну роль.
Натомість, для найсучасніших винищувачів все навпаки. Їх проєктують легкими та надзвичайно маневреними, аби полегшити керування. Акробатичні трюки, які ми спостерігаємо на авіашоу, це саме ті рухи, що можуть врятувати життя пілота в бойовій ситуації. Щоб зробити ці літаки здатними до таких маневрів, їх проєктують за принципом нестабільності. Це надає винищувачам значні переваги, забезпечуючи неймовірну чутливість до керування.
Деякі винищувачі спеціально розробляються з негативною стійкістю. Це означає, що літак рухається в напрямку зовнішнього збурення, замість того, щоб стабілізуватися. Така особливість значно ускладнює ворожим пілотам передбачення його рухів. Водночас, це також означає, що власному пілоту може бути вкрай важко контролювати літак, коли він відхиляється від курсу. Що ж робить цей підхід практичним і дозволяє безпечно літати на таких винищувачах? Система, яка здатна компенсувати цю непередбачуваність. Система “fly-by-wire” (електронна система керування) у поєднанні з бортовими комп’ютерами швидко перетворює команди пілота на електронні сигнали, одночасно відстежуючи політ літака та вносячи необхідні корективи.
Складне питання стабільності в авіації
Літаки можуть мати негативну, нейтральну або позитивну стійкість. Ці терміни описують, як зовнішні сили впливають на конкретний літак і, своєю чергою, як вони впливають на його політ. Літак із позитивною стійкістю повернеться до свого попереднього стану після впливу, на відміну від літака з негативною стійкістю. Нейтральна стійкість означає, що літак змінить своє положення у відповідь на збурення, але потім налаштується на нове “нейтральне” положення.
Складність цих термінів полягає в тому, що необхідно враховувати рухи по трьох різних осях. Крен (roll), тангаж (pitch) та рискання (yaw) – це терміни, що використовуються для опису руху по кожній осі.
- Крен – обертання навколо поздовжньої осі (від носа до хвоста).
- Тангаж – обертання навколо поперечної осі (від крила до крила), що призводить до підняття або опускання носа літака.
- Рискання – обертання навколо вертикальної осі, що призводить до повороту носа літака вліво або вправо.
З огляду на це, легко зрозуміти, наскільки складним може бути контроль над положенням авіалайнера та його корекцією – або її відсутністю. Що ще більше ускладнює ситуацію, так це те, що літаки можуть мати статичну або динамічну стійкість. Різниця полягає в тому, що статична стійкість визначається поведінкою літака у відповідь на силу, що впливає на нього зараз, тоді як динамічна стійкість – це питання того, як він поводиться після впливу.
Як зазначив колишній професор Массачусетського технологічного інституту (MIT) Гюнтер Штайн у журналі “IEEE Control Systems Magazine” у 2003 році: “літак є відкрито-петлево нестабільним, коли його центр тиску знаходиться попереду його центру ваги”. Таким чином, статична нестабільність “навмисно закладається в конструкцію літака шляхом відповідного розташування підйомних поверхонь та розподілу маси”. За словами Штайна, маневреність та чутливість значно покращуються завдяки притаманній нестабільності, але до того, як автоматизовані системи управління польотом стали достатньо досконалими та поширеними, літаки були дуже залежні від позитивної стійкості.
Система “fly-by-wire” приходить на допомогу
Те, що робить ці літаки практичними для польотів, зберігаючи при цьому необхідну маневреність, – це система “fly-by-wire”, яку вони використовують. Військово-повітряні сили США пояснюють, що ця система, на прикладі F-16 Fighting Falcon, використовує електричні дроти для передачі команд. Коли пілот натискає на бічний джойстик керування, він надсилає електричні сигнали до актуаторів поверхонь керування польотом, таких як елерони на крилах літака або його кермо напрямку.
У польоті літака залучено багато автоматизації, що зменшує навантаження на пілота та екіпаж. “Fly-by-wire” є продовженням цієї ідеї, хоча вона не є винятковою для винищувачів і також застосовується в комерційних літаках, таких як новаторський пасажирський літак Airbus A320. Airbus A320 – це сімейство коротко- та середньомагістральних, вузькофюзеляжних, комерційних пасажирських двомоторних реактивних авіалайнерів. Це був перший комерційний літак, який впровадив повну цифрову систему управління польотом “fly-by-wire”.
Система “fly-by-wire” здатна моніторити продуктивність літака та підтримувати його стабільність. Таким чином, винищувач може скористатися перевагами підвищеної маневреності, продовжуючи при цьому безпечно функціонувати. Винищувач, який не відповідав би обом цим вимогам, був би надзвичайно ненадійним.
Сучасним пілотам винищувачів значно допомагає ця комп’ютеризована система, яка моніторить та вносить коригування під час польоту. Пілотування винищувача вимагає величезної майстерності, але без цих комп’ютеризованих сигналів, що забезпечують усі рухи, вони часто не змогли б виконувати спритні та захоплюючі маневри, які ми бачимо на авіашоу. Деякі з найвідоміших моделей ВПС США також покладаються на цю технологію.
