tangage - килевая качка) - угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной (горизонтальной) поперечной оси инерции . Угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью. Угол тангажа обозначается буквой θ (тета) . В авиации различают:

• положительный тангаж, с увеличением угла (подъём носа) - кабрирование , штурвал на себя;
• отрицательный, с уменьшением угла (опускание носа) - пикирование , штурвал от себя.

Это один из трёх углов (крена , тангажа и рыскания), которые задают наклон летательного средства относительно его центра инерции по трём осям. По отношению к морским судам используется термин «дифферент » с таким же значением. Примечательно, что дифферент имеет обратные представления о положительности/отрицательности.

См. также

Напишите отзыв о статье "Тангаж"

Примечания

Ссылки

• Каталог фигур высшего пилотажа Арести ФАИ = FAI Aresti Aerobatic Catalogue. - Federation Aeronautique Internationale, 2002.

Отрывок, характеризующий Тангаж

«О господи, народ то что зверь, где же живому быть!» – слышалось в толпе. – И малый то молодой… должно, из купцов, то то народ!.. сказывают, не тот… как же не тот… О господи… Другого избили, говорят, чуть жив… Эх, народ… Кто греха не боится… – говорили теперь те же люди, с болезненно жалостным выражением глядя на мертвое тело с посиневшим, измазанным кровью и пылью лицом и с разрубленной длинной тонкой шеей.
Полицейский старательный чиновник, найдя неприличным присутствие трупа на дворе его сиятельства, приказал драгунам вытащить тело на улицу. Два драгуна взялись за изуродованные ноги и поволокли тело. Окровавленная, измазанная в пыли, мертвая бритая голова на длинной шее, подворачиваясь, волочилась по земле. Народ жался прочь от трупа.
В то время как Верещагин упал и толпа с диким ревом стеснилась и заколыхалась над ним, Растопчин вдруг побледнел, и вместо того чтобы идти к заднему крыльцу, у которого ждали его лошади, он, сам не зная куда и зачем, опустив голову, быстрыми шагами пошел по коридору, ведущему в комнаты нижнего этажа. Лицо графа было бледно, и он не мог остановить трясущуюся, как в лихорадке, нижнюю челюсть.
– Ваше сиятельство, сюда… куда изволите?.. сюда пожалуйте, – проговорил сзади его дрожащий, испуганный голос. Граф Растопчин не в силах был ничего отвечать и, послушно повернувшись, пошел туда, куда ему указывали. У заднего крыльца стояла коляска. Далекий гул ревущей толпы слышался и здесь. Граф Растопчин торопливо сел в коляску и велел ехать в свой загородный дом в Сокольниках. Выехав на Мясницкую и не слыша больше криков толпы, граф стал раскаиваться. Он с неудовольствием вспомнил теперь волнение и испуг, которые он выказал перед своими подчиненными. «La populace est terrible, elle est hideuse, – думал он по французски. – Ils sont сошше les loups qu"on ne peut apaiser qu"avec de la chair. [Народная толпа страшна, она отвратительна. Они как волки: их ничем не удовлетворишь, кроме мяса.] „Граф! один бог над нами!“ – вдруг вспомнились ему слова Верещагина, и неприятное чувство холода пробежало по спине графа Растопчина. Но чувство это было мгновенно, и граф Растопчин презрительно улыбнулся сам над собою. „J"avais d"autres devoirs, – подумал он. – Il fallait apaiser le peuple. Bien d"autres victimes ont peri et perissent pour le bien publique“, [У меня были другие обязанности. Следовало удовлетворить народ. Много других жертв погибло и гибнет для общественного блага.] – и он стал думать о тех общих обязанностях, которые он имел в отношении своего семейства, своей (порученной ему) столице и о самом себе, – не как о Федоре Васильевиче Растопчине (он полагал, что Федор Васильевич Растопчин жертвует собою для bien publique [общественного блага]), но о себе как о главнокомандующем, о представителе власти и уполномоченном царя. „Ежели бы я был только Федор Васильевич, ma ligne de conduite aurait ete tout autrement tracee, [путь мой был бы совсем иначе начертан,] но я должен был сохранить и жизнь и достоинство главнокомандующего“.

В этой статье мы рассмотрим основные принципы захода на посадку на больших реактивных самолетах применительно к нашим условиям. Хотя за основу рассмотрения выбран Ту-154, следует учитывать, что на других типах ВС применяются, в общем, сходные принципы пилотирования. Информацию взята из расчета на реальную технику, а испытывать судьбу мы будем пока в MSFS98-2002, есть у фирмы "Микрософт" такой компьютерный симулятор, возможно, вы даже слышали...

Посадочная конфигурация самолета

Конфигурация самолета - сочетание положений механизации крыла, шасси, частей и агрегатов ВС, определяющих его аэродинамические качества.

На транспортном самолете, еще до входа в глиссаду, должна быть выпущена механизация крыла, шасси и переложен стабилизатор. Кроме того, по решению командира воздушного судна, экипаж может включить автопилот и/или автомат тяги для захода в автоматическом режиме.

Механизация крыла

Механизация крыла - комплекс устройств на крыле, предназначенных для регулирования его несущей способности и улучшения характеристик устойчивости и управляемости. Механизация крыла включает закрылки, предкрылки, щитки (интерцепторы), активные системы управления пограничным слоем (например, его сдув, отбираемым от двигателей воздухом) и т.д.

Закрылки (flaps)

В целом, закрылки и предкрылки предназначены для повышения несущей способности крыла на взлетно-посадочных режимах.

Аэродинамически, это выражается в следующем:

1. закрылки увеличивают площадь крыла, что приводит к увеличению подъемной силы.
2. закрылки увеличивают кривизну профиля крыла, что приводит к более интенсивному отклонению воздушного потока вниз, что также увеличивает подъемную силу.
3. закрылки увеличивают аэродинамическое сопротивление самолета, а значит вызывают уменьшение скорости.

Увеличение подъемной силы крыла позволяет снизить скорость до более низкого предела. Например, если при массе 80 т скорость сваливания Ту-154Б без закрылков составляет 270 км/ч, то после выпуска закрылков полностью (на 48 град) она уменьшается до 210 км/ч. Если уменьшить скорость ниже этого предела, самолет выйдет на опасные углы атаки, возникнет срывная тряска (бафтинг, buffeting) (особенно при убраных закрылках) и, в конце концов, произойдет сваливание в штопор .

Крыло, оборудованное закрылками и предкрылками, образующими в нем профилированные щели, называют щелевым . Закрылки также могут состоять из нескольких панелей и иметь щели. Например, на Ту-154М применяются двухщелевые , а на Ту-154Б трехщелевые закрылки (на фото Ту-154Б-2). На щелевом крыле воздух из области повышенного давления под крылом с большой скоростью поступает через щели на верхнюю поверхность крыла, что приводит к уменьшению давления на верхней поверхности. При меньшей разности давлений, обтекание крыла получается более плавным и тенденция к формированию срыва уменьшается.

Угол атаки (УА), Angle of Attack (AoA)

Основное понятие аэродинамики. Углом атаки профиля крыла называется угол, под которым профиль обдувается набегающим потоком воздуха. В нормальной ситуации УА не должен превышать 12-15 град, в противном случае возникает срыв потока , т.е. образование турбулентных “бурунчиков” за крылом, как в быстром ручье, если поставить ладонь не вдоль, а поперек потока воды. Срыв приводит к потере подъемной силы на крыле и сваливанию самолета.

На "небольших" самолетах (включая Як-40, Ту-134) выпуск закрылков обычно приводит к “вспуханию” - самолет немного увеличивает вертикальную скорость и задирает нос. На "больших" самолетах стоят системы улучшения устойчивости и управляемости , которые автоматически парируют возникающий момент опусканием носа. Такая система есть на Ту-154 поэтому там "вспухание" невелико (кроме того, там момент выпуска закрылков совмещено с моментом перекладки стабилизатора, который создает противоположный момент). На Ту-134 пилоту приходится гасить увеличение подъемной силы вручаную отклоняя штурвальную колонку от себя. В любом случае, для уменьшения "вспухания", закрылки принято выпускать в два или три приема - обычно сначала на 20-25, потом на 30-45 градусов.

Предкрылки (slats)

Кроме закрылков, почти все транспортные самолеты также имеют предкрылки , которые установлены в передней части крыла, и автоматически отклоняются вниз одновременно с закрылками (пилот о них почти не думает). Принципиально они выполняет ту же функцию, что и закрылки. Отличие состоит в следующим:

1. На больших углах атаки, отклоненные вниз предкрылки как крючком цепляются за набегающий поток воздуха, отклоняя его вниз вдоль профиля. В результате, предкрылки уменьшают угол атаки остальной части крыла и откладывают момент сваливания на большие углы атаки.
2. Предкрылки обычно имеют меньший размер, а значит и меньшее лобовое сопротивление.

В целом, выпуск как закрылков так и предкрылков сводится к увеличению кривизны профиля крыла, что позволяет сильнее отклонять вниз набегающий поток воздуха, а значит увеличивать подъемную силу.

Насколько до сих пор известно, предкрылки отдельно в аir-файле не выделены.

Чтобы понять, на фига на самолетах применяется такая сложная механизация, понаблюдайте за приземлением птиц. Часто можно обратить внимание, как голуби и им подобные вороны садятся сильно распушив крылья, поджимая хвост и стабилизатор под себя, пытаясь получить профиль крыла большой кривизны и создать хорошую воздушную подушку. Это и есть выпуск закрылков и предкрылков.

Механизация B-747 на посадке

Интерцепторы (spoilers)

Интерцепторы , они же спойлеры представляют собой отклоняемые тормозные щитки на верхней поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъемную силу (в отличие от закрылков и предкрылков). Поэтому интерцепторы (особенно на "илах") также называют гасителями подъемной силы .

Интерцепторы - это очень широкое понятие, в которое напичкано много всяких разновидностей гасителей, и на разных типах они могут называться по-разному и располагаться в разных местах.

В качестве примера рассмотрим крыло самолета Ту-154, на котором применяются три типа интерцепторов:

1) внешние элерон-интерцепторы (spoilerons, roll spoilers)

Элерон-интерцепторы представляют собой дополнение к элеронам. Они отклоняются несимметрично. Например на Ту-154, при отклонении левого элерона вверх на угол до 20 град, левый элерон-интерцептор автоматически отклоняются вверх на угол до 45 град. В результате подъемная сила на левом полукрыле уменьшается, и самолет кренится влево. То же самое для правого полукрыла.

Почему нельзя обойтись только одними элеронами?

Дело в том, что чтобы создать момент крена на большом самолете, нужна большая площадь отклоняемых элеронов. Но, поскольку реактивные самолеты летают на скоростях близких к звуковым, они должны иметь тонкий профиль крыла, который бы не создавал слишком большого сопротивления. Применение больших элеронов приводило бы к его скручиванию и всяким нехорошим явлениям типа реверса элеронов (такое, например, может иметь место быть на Ту-134). Поэтому нужен способ распределить нагрузку на крыло более равномерно. Для этого и используются элерон-интерцепторы.- щитки, установленные на верхней поверхности, которые при отклонении вверх, уменьшают подъемную силу на данном полукрыле, и "топят" его вниз. Скорость вращения по крену при этом значительно возрастает.

Пилот не задумывается об элерон-интерцепторах, с его точки зрения, все происходит автоматически.

В air-файле элерон-интерцепторы, в принципе, предусмотрены.

2) средние интерцепторы (spoilers, speed brakes)

Средние интерцепторы это то, что обычно понимают под просто "интерцепторами" или "спойлерами" - т.е. "воздушные тормоза". Симметричное задействование интерцепторов на обеих половинах крыла приводит к резкому уменьшению подъемной силы и торможению самолета. После выпуска "воздушных тормозов" самолет сбалансируется на большем угле атаки, начнет тормозиться за счет возросшего сопротивления и плавно снижаться.

На Ту-154 средние интерцепторы отклоняются на произвольный угол до 45 град с помощью рычага на среднем пульте пилотов. Это к вопросу, где у самолета стоп-кран.

На Ту-154 внешние и средние интерцепторы это конструктивно разные элементы, но на других самолетах "воздушные тормоза" могут быть конструктивно совмещены с элерон-интерцепторами. Например, на Ил-76 интерцепторы обычно работают в элеронном режиме (с отклонением на угол до 20 град), а при необходимости - в тормозном (с отклонением на угол до 40 град).

Выпускать средние интерцепторы при заходе на посадку не надо. Вообще-то, выпуск интерцепторов после выпуска шасси обычно запрещен. В нормальной ситуации, интерцепторы выпускаются для более быстрого снижения с эшелона с вертикальной скоростью до 15 м/c и после после приземления самолета. Кроме того, они могут применяться при прерванном взлете и экстренном снижении.

Бывает, что "виртуальщики" при заходе на посадку забывают убрать газ, и держат режим чуть ли не на взлетном, пытаясь вписаться в схему посадки с очень высокой скоростью, вызывая гневные вопли диспетчера в стиле “Maximum speed below ten thousand feet is 200 knots!” В таких случаях можно кратковременно выпустить средние интерцепторы, но в реальности, это вряд ли приведет к чему-нибудь хорошему. Лучше пользоваться таким грубым методом гашения скорости заблаговременно - только на снижении, причем не всегда обязательно выпускать интерцепторы на полный угол.

3) внутренние интерцепторы (ground spoilers)

Также "тормозные щитки"

Расположены на верхней поверхности во внутренней (корневой) части крыла между фюзеляжем и гондолами шасси. У Ту-154 автоматически отклоняются на угол 50 град после приземления при обжатии основных аморстоек шасси, скорости более 100 км/ч и РУД-ах в положении "малый газ" или "реверс". Одновременно отклоняются и средние интерцепторы..

Внутренние интерцепторы предназначены для гашения подъемной силы после приземления или при прерваном взлете. Как и другие типы интерцепторов, они не столько гасят скорость, сколько гасят подъемную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колеса и улучшению сцепления колес с поверхностью. Благодаря этому после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колес.

На Ту-134 тормозные щитки - это единственный тип интерцепторов.

В симуляторе внутренние интерцепторы либо отсутствуют, либо воссоздаются достаточно условно.

Балансировка по тангажу

Большие самолеты имеют ряд особенностей управления по тангажу, о которых нельзя не упомянуть. Триммирование, центровка, балансировка, перекладка стабилизатора, расход штурвальной колонки. Рассмотрим эти вопросы более подробно.

Тангаж (pitch)

Тангаж (pitch) - угловое движение летательного аппарата относительно поперечной оси инерции, а проще говоря "задир". У моряков эта фигня называется "дифферент". Тангаж противопоставлен крену (bank) и рысканию (yaw) , которые соответственно характеризуют положения ЛА при его вращении вокруг продольной и вертикальной оси. Соответственно различают углы тангажа, крена и рысканья (иногда их называют углы Эйлера). Термин "рысканье" можно заменять словом "курс", например говорят "в канале курса".

Отличие угла тангажа от угла атаки, надеюсь объяснять нет необходимости... Когда самолет падает совершенно плашмя, как утюг, угол атаки у него будет 90 град, а угол тангажа будет близок к нулю. Наоборот, когда истребитель идет в наборе, на форсаже, с хорошей скоростью, у него угол тангажа может быть 20 град, а угол атаки, скажем, всего 5 град.

Триммирование

Чтобы обеспечить нормальное пилотирование, усилие на штурвале должно быть ощутимым, в противном случае, любое случайное отклонение могло бы ввести самолет в какой-нибудь нехороший штопор. Собственно говоря, именно поэтому на тяжелых самолетах, не предназначенных для выполнения резких маневров, обычно применяются штурвалы, а не ручки - их не так просто случайно отклонить по крену. (Исключение составляет Airbus, который предпочитает джойстики.)

Понятно, что при затяжеленном управлении бицепсы у пилота будут постепенно развиваться довольно приличные, более того, если самолет разбалансирован по усилиям его трудно пилотировать, т.к. любое ослабление усилия толкнет штурвальную колонку (ШК) не туда, куда надо. Поэтому, чтобы в процессе выполнения полета, летчики могли иногда хлопнуть стюардессу Катьку по заднице, на самолетах устанавливают триммеры.

Триммер - устройство, которое тем или иным способом фиксирует штурвал (ручку управления) в заданном положении, дабы папелац мог снижаться, набирать высоту и лететь в горизонтальном полете и т.д. без приложения усилий к штурвальной колонке.

В результате триммирования, точка, в которую тянет штурвал (ручку), будет не совпадать с нейтральным положением для данного руля. Чем дальше от положения триммирования, тем большие усилия приходится прикладывать, чтобы удержать штурвал (ручку) в заданном положении.

Чаще всего, под триммером имеют в виду триммер в канале тангажа - т.е. триммер руля высоты (РВ). Тем не менее, на больших самолетах триммеры на всякий случай, ставят во всех трех каналах - там они обычно выполняют вспомогательную роль. Например, в канале крена триммирование может применятся при продольной разбалансировки самолета из-за несимметричной выработки топлива из крыльевых баков, т.е. когда одно крыло перетягивает другое. В канале курса - при отказе двигателя, чтобы самолет не рыскал в сторону, когда один двигатель не работает. И т.д.

Триммирование можно технически реализовать следующими способами:

1) с помощью отдельного аэродинамического триммера , как на Ту-134- т.е. маленького "рулька" на руле высоты, который удерживают основной руль в заданном положении с помощью аэродинамической компенсации, т.е. используя силу набегающего потока. На Ту-134 для управления таким триммером используется колесо триммера , на которое наматывается трос, идущий к РВ.

2) с помощью МЭТ (механизма эффекта триммирования) , как на Ту-154 - т.е. просто регулируя затяжку в системе пружин (правильнее сказать, пружинных загружателей ), которые чисто механически удерживает штурвальную колонку в заданном положении. Когда шток МЭТ перемещается вперед-назад, загружатели то ослабляются, то натягиваются. Для управления МЭТ используются небольшие нажимные переключатели на рукоятках штурвалов, при включении которых, шток МЭТ, а за ним и штурвальная колонка медленно перемещаются в заданное положение. Аэродинамические триммеры как на Ту-134, на Ту-154 отсутствуют.

3) с использованием переставного стабилизатора , как на большинстве западных типов (см ниже)

В симуляторе трудно воссоздать настоящий триммер руля высоты, для этого придется использовать навороченный джойстик с эффектом триммирования, потому что, то, что в MSFS называется триммером, по сути, не стоит воспринимать как таковой - правильнее было бы замазать джойстик пластилином или жевачкой или просто положить мышь на стол (в FS98) - вот вам и триммер. Надо сказать, что управление это вообще больное место всех симуляторов. Даже если купить самый навороченный штурвал и систему педалей, оно все равно, скорее всего, будет далековато от реального. Имитация она и есть имитация, потому что, чтобы получить абсолютно точную копию настоящего самолета нужно затратить столько же усилий и переработать столько же информации, сколько и для того, чтобы построить настоящий самолет...

Центровка (CG)

Центровка воздушного судна (Center of Gravity (CG) position) - положение центра тяжести, измеряемое в процентах длины так называемой средней аэродинамической хорды (САХ, Mean Aerodynamic Chord, MAC) - т.е. хорды условного прямоугольного крыла, равноценного данному крылу, и имеющее с ним одинаковую площадь.

Хорда - отрезок прямой, соединяющий переднюю и заднюю кромку профиля крыла.

положение центра тяжести 25% САХ

Длину средней аэродинамической хорды находят интегрированием по длинам хорд вдоль всех профилей полукрыла. Грубо говоря, САХ характеризуют наиболее распространенный, наиболее вероятный профиль крыла. т.е. предполагается, что все крыло со всем его разнобоем профилей можно заменить одним единственном усредненным профилем с одной единственной усредненной хордой - САХ.

Чтобы найти положение САХ, зная его длину, нужно пересечь САХ с контуром реального крыла и посмотреть, где находится начало полученного отрезка. Эта точка (0% САХ) и будет служить точкой отсчета для определения центровки.

Разумеется, транспортный самолет не может иметь постоянную центровку. Она будет меняться от вылета к вылету из-за перемещений грузов, изменения количества пассажиров, а также в процессе полета по мере выработки топлива. Для каждого самолета определен допустимый диапазон центровок, при котором обеспечивается его хорошая устойчивость и управляемость. Обычно различают переднюю (для Ту-154Б - 21-28%), среднюю (28-35%) и заднюю (35-50%) центровки - для других типов цифры будут несколько отличаться.

Центровка пустого самолета сильно отличается от центровки заправленного самолета со всеми грузами и пассажирами, и для ее расчета перед вылетом заполняется специальный центровочный график .

Пустой Ту-154Б имеет центровку порядка 49-50% САХ, при том, что при 52,5% он уже опрокидывается на хвост (двигатели на хвосте перетягивают). Поэтому под хвостовой частью фюзеляжа в некоторых случаях необходимо устанавливать страховочную штангу.

Балансировка в полете

У самолета со стреловидным крылом центр приложения подъемной силы на крыле расположен в точке примерно 50-60% САХ, т.е. позади центра тяжести, который в полете обычно располагается в районе 20-30 % САХ.

В результате, в горизонтальном полете на крыле возникает рычаг подъемной силы , который хочет опрокинуть самолет на нос, т.е. в нормальной ситуации самолет находится под действием пикирующего момента .

Чтобы избежать всего этого, в течении всего полета придется парировать возникающий пикирующий момент балансировочным отклонением РВ , т.е. отклонение руля высоты не будет равно нулю даже в горизонтальном полете.

В основном, чтобы удержать самолет от "клевка" нужно будет создавать кабрирующий момент , т.е. РВ нужно будет отклоняться вверх.

Кабрировать - от фр. cabrer , "ставить на дыбы".

Всегда только вверх? Нет, не всегда.

При увеличении скорости, скоростной напор увеличится, а значит пропорционально возрастет суммарная подъемная сила на крыле, на стабилизаторе и на руле высоты

F под = F под1 – F под2 – F под3

Но сила тяжести останется прежней, а значит самолет перейдет в набор. Чтобы снова сбалансировать папелац в горизонтальном полете, придется опустить руль высоты пониже (отдать штурвал от себя), т.е. уменьшить слагаемое F под3 . Тогда нос опустится, и самолет снова сбалансируется в горизонтальном полете, но уже на меньшем угле атаки.

Таким образом, для каждой скорости у нас будет свое балансировочное отклонение РВ - мы получим ажно целую балансировочную кривую (зависимость отклонения РВ от скорости полета). На больших скоростях, придется отдавать штурвальную колонку от себя (РВ вниз), чтобы удержать самик от кабрирования, на малых скоростях придется брать штурвальную колонку на себя (РВ вверх), чтобы удержать самик от пикирования . Штурвал и руль высоты будут находится в нейтральном положении только на какой-то одной определенной приборной скорости (около 490 км/ч для Ту-154Б).

Стабилизатор (Horizontal Stabilizer)

Кроме того, как видно из приведенной схемы, самолет можно балансировать не только рулем высоты, но и переставным стабилизатором (слагаемое Fпод2). Такой стабилизатор с помощью специального механизма может целиком устанавливаться на новый угол. Эффективность такой перекладки будет примерно в 3 раза выше - т.е. 3 град отклонения РВ будут соответствовать 1 град отклонения стабилизатора, т.к. его площадь горизонтального стабилизатора у "тушки" примерно в 3 раза больше площади РВ.

В чем преимущество использования переставного стабилизатора? Прежде всего в том, что при этом уменьшается расход руля высоты . Дело в том, что иногда из-за слишком передней центровки для удержания самолета на определенном угле атаки приходится использовать весь ход штурвальной колонки - пилот выбрал управление полностью на себя, и дальше самолет уже не заманишь вверх никакой морковкой. Это особенно может иметь место на посадке с предельно передней центровкой, когда при попытке ухода на второй круг, руля высоты может не хватить. Собственно говоря, значение предельно передней центровки и устанавливаются из расчета, чтобы располагаемого отклонения руля высоты хватало на всех режимах полета.

Поскольку РВ отклоняется относительно стабилизатора, то нетрудно видеть, что применение переставного стабилизатора уменьшит расход штурвала и увеличит доступный диапазон центровок и доступных скоростей . А значит можно будет взять больше грузов и расположить их более удобным способом.

В горизонтальном полете на эшелоне стабилизатор Ту-154 находится под углом -1.5 град на кабрирование по отношению к фюзеляжу, т.е. почти горизонтально. На взлете и на посадке , он перекладывается дальше на кабрирование на угол до -7 град относительно фюзеляжа, чтобы создать достаточный угол атаки для поддержания самолета в горизонтальном полете на малой скорости.

Особенностью Ту-154 является то, что перестановка стабилизатора осуществляется только на взлете и на посадке , а в полете он убирается в положение -1.5 (которое считается нулевым), и самолет тогда балансируется одним рулем высоты.

При этом, для удобства экипажа и по ряду других причин, перекладка совмещена с выпуском закрылков и предкрылков, т.е. при переводе рукоятки закрылков из положения 0 в положение на выпуск, автоматически выпускаются предкрылки и стабилизатор перекладывается в согласованное положение. При уборке закрылков после взлета - то же самое, в обратном порядке.

Приведем таблицу, которая висит в кабине экипажа, чтобы постоянно ему напоминать, что у них там блин на фиг выпускается...

Таким образом, все происходит само собой. На круге перед посадкой на скорости 400 км/ч экипаж только должен проверить соответствует ли балансировочное отклонение РВ положению задатчика стабилизатора и, если нет, то устанавить задатчик в нужное положение. Скажем, стрелка указателя положения РВ в зеленом секторе, значит задатчик ставим на зеленое "П" - все достаточно просто и не требует значительных умственных усилий...

При отказах автоматики все выпуски и перекладки механизации можно проделать и в ручном режиме. Например, если речь идет о стабилизаторе, нужно откинуть колпак слева на фото и переставить стабилизатор в согласованное положение.

На других типах ВС, эта система работает иначе. Например на Як-42, MD-83, B-747 (затрудняюсь сказать за всю Одессу, но так должно быть на большинстве западных самолетов) стабилизатор отклоняется в течение всего полета и полностью заменяет собой триммер . Такая система более совершенна, т.к позволяет уменьшить сопротивление в полете, поскольку стабилизатор из-за большой площади отклоняется на меньшие углы, чем РВ.

На Як-40, Ту-134 стабилизатор также обычно регулируется независимо от механизации крыла.

Теперь об MSFS. В симуляторе мы имеем ситуацию "триммирующего стабилизатора", как на западных типах. Отдельного виртуального триммера в МSFS нет. Та прямоугольная штучка (как на "цесссне"), которая у микрософт называется "триммером" на самом деле является стабилизатором, что заметно, по независимости ее работы от РВ.

Почему так? Вероятно, все дело в том, что изначально (в конце 80-х) FS использовался как программная база для полнофункциональных тренажеров, на которых стояли реальные штурвальные колонки и реальные МЭТ-ы. Когда МS купила (сперла?) FS, она не стала глубоко вникать в особенности его работы (а возможно, даже не имела к нему полного описания), поэтому стабилизатор стал называться триммером. По крайней мере, такое предположение хочется сделать, изучая MS+FS, ведь описание к air-файлу так и не было опубликовано, а по качеству дефолтных моделей и ряду других признаков можно сделать вывод, что микрософт и само в нем не особо разбирается.

В случае Ту-154, вероятно, следует установить микрософтовский триммер один раз перед посадкой в горизонтальном полете, чтобы индикатор руля высоты был приблизительно в нейтральном положении, и больше к нему не возвращаться, а работать только триммером джойстика, которого ни у кого нет... Или работать c "прямоугольной штучкой", закрывать глаза и повторять про себя: "Это не стабилизатор, это не стабилизатор...."

Автомат тяги (Auto Throttle)

В штурвальном режиме КВС или 2П управляет двигателями с помощью РУД-ов (рычагов управления двигателями) на среднем пульте или подавая команды бортинженеру: "Режим такой-то"

Иногда бывает удобно управлять двигателями не вручную, а с помощью автомата тяги (auto throttle, АТ) , который старается удержать скорость в допустимых пределах, автоматически регулируя режим двигателей.

Включите АТ (клавиша Shift R), задайте нужную скорость на УС-И (указатель скорости), и автоматика будет пытаться выдерживать ее без вмешательства пилота. На Ту-154 скорость при включенном АТ-6-2 можно регулировать двумя способами 1) вращая кремальеру на левом либо на правом УС-И 2) вращая регулятор на ПН-6 (=пультик СТУ и автомата тяги).

Разновидности систем посадки

Различают визуальный заход и заход по приборам .

Чисто визуальный заход на посадку на больших самолетах применяется редко и может вызвать трудности даже у опытного экипажа. Поэтому обычно заход осуществляется по приборам , т.е. с применением радиотехнических систем под управлением и контролем диспетчера УВД .

Управление воздушным движением (УВД, Air Traffic Control, ATC) - управление движением воздушных судов в полете и на площади маневрирования аэродрома.

Радиотехнические системы посадки

Рассмотрим заходы с применением радиотехнических систем посадки. Их можно подразделить на следующие типы:

“по ОСП” , т.е. с использованием ДПРМ и БПРМ

“по РМС” , т.е. с использованием ILS

“по РСП” , т.е. по локатору.

Заход по ОСП

Также известен как "заход по приводам" .

ОСП (оборудование системы посадки) - комплекс наземных средств, включающих две приводных радиостанции с маркерными радиомаяками, а также светотехническое оборудование (СТО) , установленное на аэродроме по утвержденной типовой схеме.

Конкретно, ОСП включает в себя

"дальний" (приводной радиомаяк) (ДПРМ, Outer Marker, OM) - дальнюю приводную радиостанцию со своим маркером, которая располагается в 4000 (+/- 200) м от торца ВПП. При пролете маркера в кабине срабатывает световая и звуковая сигнализация. Морзянка cигнала в системе ILS имеет вид “тире-тире-тире...“.

"ближний" (приводной радиомаяк) (БПРМ, Middle Marker, MM) - ближнюю приводную радиостанцию тоже со своим маркером, которая располагается в 1050 (+/- 150) м от торца ВПП. Морзянка в системе ILS имеет вид “тире-точка-...“

Приводные радиостанции работают в диапазоне 150-1300 кГц.

При полете по кругу, первый и второй комплекты автоматического радиокомпаса (АРК, Automatic Direction Finder, ADF) настраиваются на частоты ДПРМ и БПРМ- при этом одна стрелка на указателе АРК будет показывать на ДПРМ, вторая на БПРМ.

Напомним, что стрелка указателя АРК всегда показывает на радиостанцию подобно тому, как стрелка магнитного компаса, всегда показывает на север. Следовательно, при полете по схеме, момент начала четвертого разворота можно определить по курсовому углу радиостанции (КУР) . Скажем, если ДПРМ радиостанция точно слева, то КУР=270 град. Если мы хотим развернуться на нее, то разворот нужно начинать на 10-15 град раньше (т.е. при КУР=280...285 град). Пролет над радиостанцией будет сопровождаться разворотом стрелки на 180 град.

Таким образом, при полете по кругу курсовой угол ДПРМ помогает определить моменты начала выполнения разворотов на круге. В этом плане ДПРМ представляет собой что-то вроде точки отсчета, относительно которой рассчитываются многие действия при заходе на посадку.

К радиостанции также присобачен маркер , или маркерный радиомаяк - передатчик, посылающий вверх узконаправленный сигнал, который при пролете над ним воспринимается самолетными приемниками и заставляет срабатывать индикаторную лампочку и электрозвонок. Благодаря этому, зная на какой высоте следует проходить ДПРМ и БПРМ (обычно это 200 и 60 м соответственно) можно получить две точки, по которым можно построить предпосадочную прямую.

На западе, на аэродромах категории II и III cо сложным рельефом местности на расстоянии 75..100 м от торца ВПП устанавливают еще и внутренний радиомаркер (Inner Marker, IM) (c морзянкой “точка-точка-точка....“), который используется как дополнительное напоминание экипажу о приближении к моменту начала визуального наведения и необходимости принятия решения о посадке.

Комплекс ОСП относится к упрощенным системам посадки, он должен обеспечивать экипажу воздушного судна привод в район аэродрома и маневр снижения до высоты визуального обнаружения ВПП. На практике он играет вспомогательное значение и обычно не отменяет необходимость использования системы ILS или посадочного радиолокатора. Чисто по ОСП заходят только при отсутствии более совершенных систем посадки.

При заходе только по ОСП горизонтальная видимость должна составлять не менее 1800 м, вертикальная не менее 120 м. Если этот метеоминимум не соблюдается, необходимо уйти на запасной аэродром .

Обратите внимание, что ДПРМ и БПРМ на разных концах полосы имеют одну и ту же частоту. В нормальной ситуации, радиостанции на другом конце должны быть выключены, но в симе это не так, поэтому при полете по кругу, АРК часто начинает глючить, цепляя то одну радиостанцию, то другую.

Заход по РМС

Также говорят "заход по системе" . В общем-то, это то же самое, что и заход по ILS. (см.также статью Дмитрия Просько на этом сайте)

В русскоязычной терминологии радиомаячная система посадки (РМС) используется как обобщающий термин, который включает в себя различные разновидности систем посадки- в частности, ILS (Instrument Landing System) (как западный стандарт) и СП-70, СП-75, СП-80 (как отечественные стандарты).

Принципы захода по РМС достаточно просты.

Наземная часть РМС состоит из двух радиомаяков - курсового радиомаяка (КРМ) и глиссадного радиомаяка (ГРМ) , которые излучают два наклонных луча (равносигнальные зоны) в вертикальной и горизонтальной плоскости. Пересечение этих зон образует траекторию захода на посадку. Самолетные приемные устройства определяют положение самолета относительно этой траектории и выдают управляющие сигналы на командно-пилотажный прибор ПКП-1 (проще говоря, на авиагоризонт) и планово-навигационный прибор ПНП-1 (проще говоря, на указатель курса).

Если частота настроена правильно, то при подходе к полосе пилот увидит на большом авиагоризонте две перемещающихся линии - вертикальную командную стрелку курса и горизонтальную командную стрелку глиссады , а также два треугольных индекса, обозначающих положение ВС относительно расчетной траектории.

Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.

Значение слова тангаж

тангаж в словаре кроссвордиста

Энциклопедический словарь, 1998 г.

тангаж

ТАНГАЖ (франц. tangage - килевая качка) угловое движение летательного аппарата или судна относительно поперечной (горизонтальной) оси.

Тангаж

(франц. tangage ≈ килевая качка), угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной поперечной оси инерции. Угол Т. ≈ угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью. В авиации различают Т. с увеличением угла (кабрирование) и с уменьшением угла (пикирование); вызывается отклонением руля высоты.

Википедия

Тангаж

Танга́ж - угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной поперечной оси инерции. Угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью. Угол тангажа обозначается буквой θ . В авиации различают:

• положительный тангаж, с увеличением угла - кабрирование , штурвал на себя;
• отрицательный, с уменьшением угла - пикирование , штурвал от себя.

Вызывается отклонением руля высоты.

Это один из трёх углов (крена, тангажа и рыскания), которые задают наклон летательного средства относительно его центра инерции по трём осям. По отношению к морским судам используется термин « дифферент » с таким же значением. Примечательно, что дифферент имеет обратные представления о положительности/отрицательности.

Примеры употребления слова тангаж в литературе.

Причем, если выдерживание курса выполняется практически без особого труда, то выдерживание глиссады связано с решением сложной задачи продольной балансировки самолета по скорости, режиму работы двигателей и тангажу , однако, ввиду меньшего отвлечения на подбор и выдерживание курса, задача эта решается легче.

Если при этом не берется во внимание вертикальная скорость, а также обычно сопутствующие ее скачкам размахи тангажа , то, при формальном выдерживании курса и глиссады, при постоянстве приборной скорости - все же перед торцом вполне возможна нерасчетно большая вертикальная скорость, исправление которой вносит корректив в выдерживание глиссады, а исправление ошибки выдерживания глиссады может сложиться с и так уже нерасчетной вертикальной скоростью.

По мере накопления опыта я понял, что основа мягкой посадки -- строгое выдерживание курса, а значит, освобождение мыслительных способностей для анализа поведения машины по продольному каналу: тангаж , глиссада, тяга, вертикальная скорость.

Чуткие гироскопические датчики улавливают колебания самолета вокруг трех условных осей и подают сигналы на отклонение тех или иных рулей для исправления крена, тангажа или курса.

Пока идут все эти манипуляции, я по авиагоризонту фиксирую угол тангажа , слежу за скоростью и вариометром и краем глаза замечаю погасание красных лампочек сигнализации шасси.

При этом будет весьма проблематично разогнать машину до такой скорости, на которой можно снять режим двигателей с номинального, а самолет уменьшит тангаж до приемлемого лобового сопротивления.

Очень низкое и очень четкое выравнивание, с четкой фиксацией посадочного тангажа , притирает к бетону неслышно.

Внезапное отключение автопилота с накопившейся ошибкой несбалансированных усилий по крену и тангажу может привести к энергичному броску самолета в сторону стремления освободившихся рулей.

Если же увеличение вертикальной скорости связано с подсосом под глиссаду, то директорная стрелка энергично уйдет вверх при том же тангаже и на той же скорости.

Уверенность эта - в том, что тяжелая машина приближается к бетону с небольшой, обеспечивающее мягкое приземление вертикальной скоростью и что уменьшение этой вертикальной на выравнивании обеспечивается достаточной управляемостью по тангажу .

По достижении скорости 550 устанавливается постоянная скороподъемность, самолет триммируется по тангажу , и дальше приборная скорость выдерживается легкими нажатиями триммера.

Так вдолби же, вдобавок, ученику, что лучше уж самому повеситься и раскачиваться в петле, чем раскачивать тангаж перед землей.

Едва убрались предкрылки, скорость скакнула за 500, и дальнейший набор, с сотней пассажиров в салоне, производился лежа на спине: тангаж 20 градусов, вариометр, прокрутив стрелкой круг, застыл на 33.

Убрал интерцепторы, снова стал балансировать триммерами: тангаж , крен.

Именно взлетный тангаж и - краем глаза - вариометр определяют прекращение взятия штурвала на себя.

Вопрос задан неспроста. Самолет, о котором сейчас не говорит только немой, потерпел катастрофу после ухода на второй круг. То есть, он заходил на посадку, снизился до определенной высоты (не очень низко, пишут про 400м), после чего перешел в набор (т.е., по-нашему, "ушел на второй круг"), набрал высоту около 900м, после чего...

Как происходит уход на второй круг?

Примерно так же, как происходит взлет. Пилот устанавливает повышенную тягу двигателям, переводит самолет в набор. В процессе этого маневра самолет разгоняется, пилоты убирают механизация крыла и шасси.

Если уход на второй круг связан с попаданием в сдвиг ветра (это должен быть очень чувствительный сдвиг, а не просто ветер поменялся), то процедура несколько усложняется, а положение механизации и шасси не изменяются до достижения безопасной для этого высоты.

В самом уходе на второй круг нет ничего сверхсложного . Таких уходов в один отдельно взятый день по всему миру, я думаю, никак не меньше сотни, если не больше - у меня просто нет статистики. Если у вас есть, поделитесь.

Но иногда что-то идет не так. И катастрофы, схожие с тем, что случилось в Ростове, случаются.

Почему?

Вернемся к заданному вопросу. Автор вопроса предполагает, что при уходе на второй круг по какой-то причине был допущен очень большой тангаж (исх. - "чрезмерно задрался нос" ). Что ж, чем не вариант.

"Очень большой тангаж" - это сложное пространственное положение. В нашем случае под таким таковым подразумевается значение тангажа более 25 градусов, либо менее этого, но на скорости, неадекватной условиям полета (например, ты летишь в посадочной конфигурации, на скорости, менее, чем положено - в такой ситуации и тангаж 10 будет "очень большим").

Такое положение чревато быстрым падением скорости и сваливанием. Правда, в спокойной атмосфере, если не мешать этому самолету, в большинстве подобных ситуаций он просто опустит нос, разгонится и, если достаточно высоты, снова будет вполне управляемым.

Тем не менее, очень большой тангаж может привести к ОЧЕНЬ быстрому падению скорости, а прочие факторы (порывистый ветер, обледенение самолета) - к сваливанию не на нос, а в глубокий крен (при уже очень малой скорости), в-общем, перейдем в штопор, поэтому пилот должен сделать все возможное , чтобы не допустить такой ситуации, в которой самолет свалится.

Отмечу, если критические поверхности самолета значительно обледенели, то сваливание может наступить на такой скорости, на которой пилот этого просто не ждет. Тем более в условиях неспокойной атмосферы.

Возвращаясь к истории. Катастроф по причине попадания в сложное пространственное положение было, к сожалению, достаточно много.

Wikipedia:
A Boeing-compiled list determined that 2,051 lives were lost in 22 accidents in the years 1998-2007 due to LOC accidents. NTSB data for 1994-2003 count 32 accidents and more than 2,100 lives lost worldwide

С другой стороны, если не быть готовым к уходу на второй круг, то нарваться на проблему можно и при хорошей погоде, при уходе на второй круг. Одна очень известная в недалеком прошлом авиакомпания допустила "почти катастрофу" в одном крупном российском городе, но пилот вовремя распознал положение UPSET и падение скорости, и сумел выполнить необходимые действия, вытащив самолет у самой земли.

Об этой процедуре расскажу совсем скоро.

Почему может возникнуть такая ситуация при уходе на второй круг?

При всех работающих двигателях максимальная располагаемая тяга двигателей для обычного ухода на второй круг избыточна. Особенно для легкого самолета.

То есть, если сунуть РУД полностью до упора вперед, самолет начнет очень интенивно разгоняться, и для выдерживания нужной скорости потребуется большой тангаж. В большинстве случаев ухода такая тяга просто-напросто не нужна, и сам мистер Боинг предусмотрел это конструктивно - при работающем автомате тяги, одно нажатие кнопки TOGA (Takeoff/Go Around) командует установку такого режима работы двигателям, которое обеспечит набор высоты с вертикальной скоростью от 1000 до 2000 футов в минуту (5-10 м/с). Второе нажатие - установит полную тягу, а там, как получится.

В ручном режиме управления тягой, то, что установит пилот, то и будет. В большинстве случаев, повторюсь, совать рычаги до упора не требуется . Это может лишь усугубить ситуацию, особенно, если после ухода надо набрать совсем немного высоты к той, что имеется.

FCTM (Flight Crew Training Manual), о котором пойдет речь ниже, дает достаточно подробные рекомендации на этот счет.

Наверное, следует сказать, что история знает случаи, когда пилоты, замученные длительным ночным перелетом и выполнением захода на посадку по приводам, приступали к уходу на второй круг, нажимали TOGA, что выдавало необходимые индикации на пилотажном приборе... но, отключенный (!) к этому моменту автомат тяги, конечно же, не двигался. Пилот увеличивал тангаж, а скорость падала. Вплоть до срабатывания системы предупреждении о скором сваливании, которая возвращала экипаж к реальности.

Были и совсем уникальные случаи , которые к счастью, законились без трагедии. Они сегодня вызывают улыбку, хотя, надо бы краснеть, наверное.

Все же, я еще раз отдельно напишу - в мире за неделю происходит тысячи уходов на второй круг, за год - десятки, а может быть и сотни тысяч. Так что, не надо лишний раз демонизировать эту процедуру. Правильно выполненные уходы на второй круг в передовицы не попадают.

Есть так же и нюансы

Так вот, давайте вернемся к большим тангажам и как с ними бороться.

В идеале, чтобы не бороться, надо не допускать такую ситуацию. Тем не менее, люди не роботы, и условия полета далеко не всегда "айс", поэтому, на тот случай, когда ситуация все же наступила, совместными усилиями производителей западных ВС были разработаны рекомендации по выводу из нее.

Конкретно для ситуации NOSE HIGH, процедура UPSET RECOVERY предлагает пилоту следующее:

0. Определить, что самолет попал в эту ситуацию

1. Отключить автопилот и автомат тяги

2. Отклонить штурвал "от себя" (если потребуется, вплоть до полного отклонения)

Следует быть осторожным с интенсивность. вывода. Если перегрузка при этом достигнет отрицательных значений, это может дезориентировать пилотов, которые не являются мастерами спорта по высшему пилотажу. Считается, что подобный эффект стал важным фактором в катастрофе в Казани.

3. Если требуется - переложить стабилизатор на пикирование (с этим надо быть осторожнее, т.к. чрезмерная перекладка на пикирование может при выводе усугубить ситуацию до еще более сложной)

4. Уменьшить тягу (низкорасположенные двигатели дают кабрирующий момент, уменьшение тяги его уменьшает)

Если эти действия не помогли, то продолжить маневр вывода:

5. Ввести самолет в крен

Тут надо сделать ремарку - Quick Reference Handbook (QRH, скрин из которой приведен выше) не пишет конкретные значения крена. Но пишет FCTM. Как инструктор, я от своих пилотов требую изучения этих документов параллельно - если в QRH (или SOPs) написаны процедуры "что сделать", то в FCTM очень много текста "как это сделать и почему". Например, рекомендации и разъяснения по сваливанию ВС и сложному пространственному положению занимают несколько страниц.

Так вот, FCTM предлагает крен от 45 до 60 градусов. Немало? Да. Такой крен будет способствовать интенсивному уменьшению угла тангажа, то есть то, что нам нужно.

Кроме того, FCTM предлагает (если все вышесказанное не помогло) еще один шаг - осторожную дачу ноги в сторону "земли", но только чуть-чуть. Резкая, глубокая дачи педали может сломать хребет тому верблюду. Маневр QRH этого пункта не содержит.

Когда в далеком 2005м мы учились полетам на В737CL в United Airlines, инструкторы очень любили ставить такие ситуации на тренажере, в которой без дачи ноги вывести лайнер было проблематично.

6. Когда угол тангажа уменьшен до приемлемого - вывести самолет из крена, увеличить тягу, стриммировать самолет, в-общем, возвращаем все в нормальное состояние.

Но.

Все это красиво звучит тогда, когда самолет не находится в штопоре.

Или пилот хотя бы находится в постоянном контуре управления и не был отвлечен в момент развития ситуации. Учитывая тот цирк, что творился вокруг самолета в ту ночь, да еще и усталость экипажа... это очень негативные факторы, значительно усложняющие ситуацию.

Или все это вместе.

Вот, что пишут на буржуйском портале:

"I hope they will have a look into the fatigue reports. Pilots filled dozens of ASR regarding fatigue, nothing happened.... Flying 3 nights in a row then 2 days off and you start again 3 nights. Pilots have been complaining about being exhausted and fatigued last couple of months, and the morning of the accident Chief Pilots starts in the office that this accident has nothing to do with fatigue...

And one more thing I had 2 flights in flydubai last 4 years when the operations tried to force me to go back to the original destination after being decided to divert.... So you fly the aircraft in very bad wx conditions and from Dubai OPS calls you on SATCOM or Stockholm radio and all they want you go back hold and "try another approach as they say it"... It just happened so many guys but people don"t dare to speak up, as they are afraid of losing their jobs...."

--==(о)==--

Итого. Возвращаемся к изначальному вопросу:

Можно ли представить себе такой вариант: при уходе на второй круг чрезмерно задрался нос

Да, можно

(может, заклинило рули или стабилизатор)

Весь заход не клинило, а тут заклинило? - 99.99%, что нет.

-> пилоты, отчаянно пытаясь опустить нос, дали большой крен -> не смогли вывести из такого положения?

Не знаю, как насчет "дали большой крен". К сожалению, да, не смогли.

--==(о)==--

Напоследок, хочу еще кое-что важное сказать про нюансы ухода на второй круг, что никаким образом к данному случаю не относится.

Уход на второй круг после попытки захода с двумя подключенными автопилотами с высоты менее 300 футов таит в себе очень большую каверзу. Как известно, к этой высоте автоматика перекладывает стабилизатор на кабрирование, и перебалансировка очень значительна. Под управлением автопилота внешне это никак не ощутимо, т.к. он компенсирует эту перебалансировку отклонением РВ на пикирование.

Если по какой-то причине (обычно - просто машинально) при этом уходе Вы отключите автопилот в момент нажатия TOGA, то поимеете NOSE HIGH практически на 100% гарантированно. В голове ведь заложено - "уход на второй круг - штурвал на себя!" То есть, имеем стабилизаторо "на себя", штурвал в привычном темпе "на себя" и... закрылки после уборки с посадочного положения (особенно с 40, которое рекомендуют при заходах в условиях CATII/III) в положение 15 дают чувствительный вклад в общий кабрирующий момент самолета .

Не успеешь сказать "мама", как тангаж уже "там", а скорость падает.

Очень важно - быть всегда готовым к уходу на второй круг. Всегда. "Посадка - это прерванный уход на второй круг" (с)

Отношение пилота к предстоящей посадке должно строится из следующей мысли:

"Мы будем заходим на посадку в постоянной готовности уйти на второй круг и уйдем при первой возможности. Однако, если к высоте принятия решения мы установим необходимый визуальный контакт и самолет будет стабилизирован, то мы можем попытаться произвести посадку, оставаясь готовыми к уходу на второй круг даже после касания"

Летайте безопасно!

Основные динамические силы

Прыжок – это комплексное понятие: результат взаимодействия двух или более переменных величин, действие законов физики и человека. Чтобы понять, как происходит такое взаимодействие, надо рассмотреть каждую величину по отдельности.

«Магнит под столом»

Если бы я разбросал металлические опилки по столу, вы бы, наверное, посмотрели на меня с удивлением. Но если бы я разместил под поверхностью стола магнит и стал бы двигать его, вы бы подумали, что я волшебник. Конечно, здесь нет никаких чудес. Это простое действие законов физики. Очевидная реальность – это движение металлических опилок по поверхности стола без всякой видимой причины. На самом же деле магнит действует на опилки так, как он и должен действовать без какого-либо вмешательства потусторонних сил. Приблизительно то же самое происходит и с полетом. Пока мы не разберемся с основными динамическими силами, мы будем считать, что происходит какое-то чудо. Чтобы научиться летать, вы должны понять, как действуют эти силы.

Необходимо научиться понимать ситуацию в целом. Возьмем, например, птиц. Они считаются не самыми умными в мире. Они не посещали даже детские сады, однако, у них есть комплексное понимание основных принципов полета, что позволяет им летать безопасно и более грациозно, чем это делает человек. Может быть, мы слишком много думаем? Однако, человек может летать. Мы можем научиться разбираться в ситуациях и взаимоотношениях. Именно наше рациональное понимание принципов полета делает его возможным. Мы никогда не доберемся туда, где еще не побывали наши мысли. Когда вы все обдумали и проанализировали, вы понимаете, что существует огромное количество деталей, которые управляют летящим телом. Мы должны изучить каждую составляющую часть прыжка, рассмотреть его под микроскопом, чтобы понять, как из отдельных частей образуется целое. Предлагаю начать с изучения языка полета.

Язык пространственной ориентации

Различные переменные величины, относящиеся к полету, требуют разъяснения (определения), что можно сделать с помощью языка. Такой язык является очень специфическим для авиации, когда обычные и знакомые всем слова обретают иной смысл в зависимости от конкретной ситуации.

Крен, тангаж и рыскание

Ориентирование или местоположение должно пониматься только по отношению к чему-либо. Это «что-либо» – ближайшее к нам небесное тело, т.е Земля. Когда мы начнем прыгать с парашютом на другие небесные тела с меньшей гравитацией, чем, у земли, мы будем определять свое местоположение по отношению к ближайшим планетам. При системе, которую мы применяем для определения нашего местоположения, требуется построение трех осей ориентации. Давайте упростим себе задачу, приняв человеческое тело за летящее тело. Если вы разведете руки в стороны, ваши руки будут представлять собой «Ось тангажа». Отклонение от оси можно продемонстрировать, наклоняя тело вперед и назад. «Ось Крена» – это шест, проходящий через вашу грудь. Отклонением от этой оси будут наклоны в стороны. Третья ось – «Ось Рыскания» (ось поворота в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси). Ее можно представить как шест, проходящий через ваше тело от макушки до ног. Отклонением от этой оси будет поворот-пируэт вправо или влево.

Давайте проверим правильность понимания вами этих терминов на конкретных примерах. Представьте, что вы – самолет, летящий на определенной высоте. Если вас попросят отклониться от оси тангажа вниз, вы заставите самолет опустить нос. Увеличение оси заставит вас поднять нос вверх по отношению к хвосту. Если надо сделать крен вправо, вы опустите правое крыло и поднимите левое. «Рыскание» вправо будет простым поворотом вправо в горизонтальной плоскости.

Внимание! Данный сайт не обновляется. Новая версия: shatalov.su

Преобразования: Последняя битва

Дата создания: 2009-10-20 03:43:37
Последний раз редактировалось: 2012-02-08 09:36:52

Предварительные уроки:
1. Тригонометрия. Перейти.
2. Векторы. Перейти.
3. Матрицы. Перейти.
4. Координатные пространства. Перейти.
5. Преобразования координатных пространств. Перейти.
6. Перспективная проекция. Перейти.

Что-то мы давненько не вспоминали о преобразованиях! Наверное, мой дорогой читатель, ты уже соскучился по ним? Как показывает практика, преобразования — самая любимая тема у изучающих трёхмерное программирование.

На данный момент вы уже должны хорошо разбираться в преобразованиях.

45. Принцип действия каналов крена, тангажа и рыскания автопилота.

Если же нет, то смотрите предварительные уроки.

Когда мы только начинали изучать преобразования, я писал, что с помощью матриц можно манипулировать предметами в пространстве: перемещать, вращать, увеличивать. Если вы изучили все предыдущие уроки и попытались применить полученные знания на практике, то скорее-всего вам пришлось столкнуться с определёнными трудностями: как передвигать предметы в произвольном направлении, как же всё-таки составить матрицу для преобразования в пространство камеры, как вращать предметы в произвольном направлении?

Рассмотрением этих вопросов мы и займёмся сегодня.

Перемещение в пространстве

Небольшое замечание : мировое пространство координат мы будем обозначать осями x,y,z. Базисные векторы, образующие локальное (объектное, камеры) пространство мы будем обозначать как i =(1,0,0), j =(0,1,0), k =(0,0,1) (названия векторов читаются как: и , жи , ка ). Вектор i — параллелен оси x, вектор j — оси y, вектор k — оси z.

Напоминаю, что с помощью линейной комбинации (суммы) базисных векторов можно выразить любой вектор пространства. Также не забываем о том, что длина базисных векторов равна единице.

Теперь смотрим на картинку:

Для простоты мы отбросили одно измерение — вертикальное. Соответственно на картинках изображён вид сверху.

Допустим мы находимся в какой-то точке мирового пространства. В данном случае под местоимением «мы» можно подразумевать что угодно: объект в игровом мире, персонаж, камеру. В данном случае (рис.а ) мы смотрим в сторону точки A . Откуда мы знаем, что «взгляд» направлен в сторону точки A ? Ну, когда мы обсуждали камеры, то договорились, что вектор k указывает направление взгляда.

От центра мира (мирового пространства координат) нас отделяет вектор v . И вдруг! Нам страшно захотелось подойти к точке A . Первая мысль: снять со стрелочки «вперёд» значение (dz) и прибавить к третьей компоненте вектора v . Результат этого недоразумения можно увидеть на рис.б . Казалось бы, всё пропало — прощайте мечты о собственном квейке. Отставить панику! Нужно просто тщательно обдумать сложившуюся ситуацию.

Представим, что мы уже находимся в точке A — посмотрим на рис.в . Как видно из рисунка, после перемещения векторы k и i не изменились. Соответственно мы их трогать и не будем.

Смотрим на оставшуюся часть картинки: вектор v после перемещения — это сумма двух векторов: вектора v до перемещения и неизвестного нам вектора, совпадающего по направлению с вектором k … А ведь мы теперь можем легко найти неизвестный вектор!

Если вы внимательно изучали урок про векторы, то вы помните, что умножение скаляра на вектор увеличивает (если скаляр больше единицы) вектор. Поэтому неизвестный вектор равен k *dz. Соответственно вектор v после перемещения можно найти по формуле:

Ну разве не просто?

Вращение вокруг осей

Мы уже знаем формулы вращения вокруг осей. В этом разделе я просто более наглядно их поясню. Рассмотрим вращение двух векторов вокруг центра координат в двухмерном пространстве.

Так как мы знаем угол поворота (угол альфа ), то координаты базисных векторов пространства можно легко вычислить с помощью тригонометрических функций:

i.x = cos(a); i.z = sin(a); k.x = -sin(a); k.y = cos(a);

Теперь посмотрим на матрицы вращения вокруг осей в трёхмерном пространстве и на соответствующие иллюстрации.

Вращение вокруг оси x:

Вращение вокруг оси y:

Вращение вокруг оси z:

На рисунках показано какие именно векторы меняют свои координаты.

Небольшое замечание : неверно говорить о вращении вокруг осей. Вращение происходит вокруг векторов. Мы не умеем представлять прямые (оси) в памяти компьютера. А вот векторы — запросто.

И ещё одно: как определяется положительный и отрицательный угол вращения? Это легко: нужно «встать» в центр координат и смотреть в сторону положительного направления оси (прямой). Вращение против часовой стрелки — положительное, по часовой — отрицательное. Соответственно на рисунках выше углы вращения вокруг x и y — отрицательные, а угол вращения вокруг оси z — положительный.

Вращение вокруг произвольной прямой

Представьте такую ситуацию: вы поворачиваете камеру с помощью матрицы вокруг оси x (наклоняете камеру) на двадцать градусов. Теперь вам нужно повернуть камеру на двадцать градусов вокруг оси y. Да без проблем, скажете вы… Стоп! А вокруг чего теперь нужно поворачивать объект? Вокруг оси y, которая была до предыдущего поворота или после? Ведь это две совершенно разные оси. Если вы просто создадите две матрицы вращения (вокруг оси x и вокруг оси y) и перемножите их, то второй поворот будет осущетсвлён вокруг первоначальной оси y. А что если нам необходим второй вариант? В данном случае нам нужно будет научиться вращать объекты вокруг произвольной прямой. Но сначала небольшой тест:

Сколько векторов на следующей картинке?

Правильнй отвект — три вектора. Помните: векторы — это длина и направление. Если в пространстве два вектора имеют одинаковую длину и направление, но находятся в разных местах, то можно считать, что это один и тот же вектор. Кроме того, на рисунке я изобразил сумму векторов. Вектор v = v 1 + v 2 .

В уроке по векторам мы кратко рассмотрели скалярное и векторное произведение векторов. К сожалению, мы не изучили эту тему более подробно. В формуле ниже будет использоваться и скалярное, и векторное произведение. Поэтому буквально пару слов: значение скалярного произведение — это проекция первого вектора на второй. При векторном произведении двух векторов: a x b = c , вектор c перпендикулярен векторам a и b .

Смотрим на следующий рисунок: в пространстве определён вектор v . И данный вектор нужно повернуть вокруг прямой l (эль):

Мы не умеем представлять прямые в программах. Поэтому прямую мы представим в виде единичного вектора n , который совпадает по направлению с прямой l (эль). посмотрим на более подробный рисунок:

Что у нас есть:
1. Прямая l представленная вектором единичной длины n . Как уже писалось выше, вращение вектора v будет осуществляться вокруг вектора, а не прямой.
2. Вектор v , который нужно повернуть вокруг вектора n . В результате вращения у нас должен получиться вектор u (читается как у ).
3. Угол, на который нужно осуществить вращение вектора v .

Зная эти три величины, мы должны выразить вектор u .

Вектор v можно представить как сумму из двух векторов: v = v ⊥ + v || . При этом вектор v || — параллелен вектору n (можно даже сказать: v || — проекция v на n ), а вектор v ⊥ перпендикулярен n . Как несложно догадаться, поворачивать нужно только перпендикулярную вектору n часть вектора v . То есть — v ⊥ .

На рисунке присутствует ещё один вектор — p . Этот вектор перпендикулярен плоскости образованной векторами v || и v ⊥ , |v ⊥ | = |p | (длины этих векторов равны) и p = n x v .

u ⊥ = v ⊥ cosa + p sina

Если непонятно почему u ⊥ вычисляется именно так, вспомните что такое синус и косинус и что представляет собой умножение скалярного значения на вектор.

Теперь нужно из последнего уравнения убрать v ⊥ и p . Делается это с помощью простых подстановок:

v || = n (v · n ) v ⊥ = v — v || = v — n (v · n ) p = n x v u || = v || u ⊥ = v ⊥ cosa + p sina = (v — n (v · n ))cosa + (n x v )sina u = u ⊥ + v || = (v — n (v · n ))cosa + (n x v )sina + n (v · n )

Вот такая вот загогулина!

Это формула поворота вектора v на угол a (альфа) вокруг вектора n . Теперь с помощью этой формулы мы можем вычислить базисные векторы:

Упражнения

1. Обязательное: подставьте базисные векторы в формулу вращения вектора вокруг произвольной прямой. Посчитайте (с помощью карандаша и листка бумаги). После всех упрощений у вас должны получиться базисные векторы как на последней картинке. Упражнение займёт у вас минут десять.

Вот и всё.

Роман Шаталов 2009-2012

Введение.
Кватернион
Основные операции над кватернионами.
Кватернионы единичной длины
Интерполяция
Преобразование из двух направлений
Композиция вращений
Физика

Введение.

Давайте коротко определимся с терминологией. Каждый представляет себе, что такое ориентация объекта. Термин "ориентация" подразумевает, что мы находимся в некоторой заданной системе отсчета. Например, фраза "он повернул голову влево" осмыслена только тогда, когда мы представляем, где находится "лево" и где находилась до этого голова. Это важный для понимания момент, ведь если бы это был монстр с головой на животе макушкой вниз то фраза "он повернул голову влево" уже не покажется такой однозначной.

Трансформацию, которая определенным образом вращает из одной ориентации в другую, назовем поворотом. С помощью поворота можно описать и ориентацию объекта, если ввести некую ориентацию по умолчанию как точку отсчета. Например, любой объект, описанный с помощью набора треугольников, уже имеет ориентацию по умолчанию. Координаты его вершин описываются в локальной системе координат этого объекта. Произвольную ориентацию этого объекта можно описать матрицей поворота относительно его локальной системы координат. Также можно выделить такое понятие как "вращение". Под вращением будем понимать изменение ориентации объекта заданным образом во времени. Чтобы однозначно задать вращение, надо, чтобы в любой момент времени мы могли определить точную ориентацию вращаемого объекта. Другими словами вращение задает "путь", пройденный объектом при изменении ориентации. В такой терминологии поворот не задает однозначного вращения объекта. Важно понимать что, к примеру, матрица не задает однозначного вращения тела, одну и ту же матрицу поворота можно получить, повернув объект на 180 градусов вокруг фиксированной оси и на 180 + 360 или 180 — 360. Эти термины я применяю для демонстрации различий в понятиях, и ни в коей мере не настаиваю на использовании. В дальнейшем оставлю за собой право говорить "матрицы вращения".

При слове ориентация часто возникают ассоциация с направлением. Часто можно услышать фразы подобные "он повернул голову в сторону приближающегося локомотива". Например, ориентацию автомобиля можно было бы описать направлением, в котором смотрят его фары. Однако направление задается двумя параметрами (например, как в сферической системе координат), а объекты в трехмерном пространстве имеют три степени свободы (вращения). В случае с автомобилем он может смотреть в одном направлении как стоя на колесах, так и лежа на боку или на крыше. Ориентацию действительно можно задать направлением, но их потребуется два. Давайте рассмотрим ориентацию на простом примере головы человека.

Договоримся про исходное положение, в котором голова ориентирована по умолчанию (без вращения). За исходное примем положение, в котором голова смотрит лицом по направлению оси "z", а вверх (макушкой) смотрит по направлению оси "y". Назовем направление, в котором повернуто лицо "dir" (без вращения совпадает с "z"), а направление, куда смотрит макушка "up" (без вращения совпадает с "y"). Теперь у нас есть точка отсчета, есть локальная координатная система головы "dir", "up" и глобальная с осями x, y, z. Произвольно повернем голову и отметим, куда смотрит лицо. Глядя в этом же направлении можно вращать голову вокруг оси, совпадающей с направлением взгляда "dir".

Например, наклонив голову на бок (прижавшись щекой к плечу) мы будем смотреть в том же направлении, но ориентация головы поменяется. Чтобы зафиксировать поворот вокруг направления взгляда, используем еще и направление "up" (направленно к макушке). В этом случае мы однозначно описали ориентацию головы и не сможем ее повернуть, не изменив направления осей "dir" и "up".

Мы рассмотрели достаточно естественный и простой способ задания ориентации с помощью двух направлений. Как же описать наши направления в программе, чтобы ими было удобно пользоваться? Простой и привычный способ хранить эти направления в виде векторов. Опишем направления с помощью векторов длиной в единицу (единичных векторов) в нашей глобальной системе координат xyz. Первый важный вопрос, как бы наши направления передать в понятном виде графическому API? Графические API работают в основном с матрицами. Нам бы хотелось получить матрицу поворота из имеющихся векторов. Два вектора описывающие направление "dir" и "up" и есть та самая матрица поворота, а точнее два компонента матрицы поворота 3×3. Третий компонент матрицы мы можем получить из векторного произведения векторов "dir" и "up" (назовем его "side"). В примере с головой вектор "side" будет смотреть в направлении одного из ушей. Матрица поворота это и есть координаты трех векторов "dir", "up" и "side" после поворота. Эти вектора до поворота совпадали с осями глобальной системы координат xyz. Именно в виде матрицы поворота очень часто и хранят ориентацию объектов (иногда матрицу хранят в виде трех векторов). Матрицей можно задать ориентацию (если известна ориентация по умолчанию) и поворот.

Похожий способ представления ориентации, называется углы Эйлера (Euler Angles), с тем лишь отличием, что направление "dir" задается в сферических координатах, а "up" описывается одним углом поворота вокруг "dir". В итоге получим три угла вращения вокруг взаимно перпендикулярных осей. В аэродинамике их называют Крен, Тангаж, Рысканье (Roll, Pitch, Yaw или Bank, Heading, Attitude). Крен (Roll) - это наклон головы вправо или влево (к плечам), поворот вокруг оси проходящей через нос и затылок. Тангаж (Pitch) - это наклон головы вверх и вниз, вокруг оси проходящей через уши. И Рысканье (Yaw) - это повороты головы вокруг шеи. Надо помнить, что повороты в трехмерном пространстве не коммутативны, а значит, на результат влияет порядок поворотов. Если мы повернем на R1 а потом на R2, ориентация объекта не обязательно совпадет с ориентацией при повороте на R2 и затем на R1. Именно поэтому при использовании Углов Эйлера важен порядок поворотов вокруг осей. Обратите внимание, что математика углов Эйлера зависит от выбранных осей (мы использовали только один из возможных вариантов), от порядка поворота вокруг них, а также от того в какой системе координат совершаются повороты, в мировой или локальной объекта. В углах Эйлера можно хранить и вращение и поворот.

Огромный недостаток такого представления, отсутствие операции комбинации поворота. Не пытайтесь складывать покомпонентно углы Эйлера. Итоговый поворот не будет комбинацией исходных поворотов. Это одна из самых распространенных ошибок начинающих разработчиков. Чтобы повернуть объект, храня вращение в углах Эйлера, нам придется перевести вращение в другую форму, например в матрицу. Затем перемножить матрицы двух поворотов и из итоговой матрицы извлечь углы Эйлера. Проблема усложняется еще и тем что в частных случаях прямое сложение углов Эйлера работает. В случае комбинации вращений вокруг одной и той же оси, этот метод математически верен. Повернув на 30 градусов вокруг оси X, а затем еще раз вокруг X на 40 градусов мы получим поворот вокруг X на 70 градусов. В случае вращений по двум осям простое сложение углов может давать некий "ожидаемый" результат.

Крен, тангаж и рыскание

Но как только появляется поворот по третьей оси, ориентация начинает вести себя непредсказуемо. Многие разработчики тратят месяцы труда чтобы заставить работать камеру "правильно". Рекомендую обратить пристальное внимание к этому недостатку, особенно если вы уже решили использовать углы Эйлера для представления вращений. Начинающим программистам кажется что, использовать углы Эйлера проще всего. Позволю себе высказать личное мнение, что математика углов Эйлера намного сложнее и коварнее чем математика кватернионов.

Углы Эйлера это комбинация (композиция) вращений вокруг базовых осей. Существует еще один, простой, способ задания вращения. Этот способ можно назвать "смесь" вращений вокруг базовых координатных осей, или просто вращение вокруг произвольной фиксированной оси. Три компоненты описывающие вращение образуют вектор, лежащий на оси, вокруг которой и поворачивается объект. Обычно хранят ось вращения в виде единичного вектора и угол поворота вокруг этой оси в радианах или градусах (Axis Angle). Выбрав подходящую ось и угол можно задать любую ориентацию объекта. В некоторых случаях удобно хранить угол вращения и ось в одном векторе. Направление вектора в этом случае совпадает с направлением оси вращения, а длина его равна углу поворота. В физике, таким образом, хранят угловую скорость. Вектор, совпадающий направлением с осью вращения и длиной представляющей скорость в радианах в секунду.

Кватернион

После краткого обзора о представлениях ориентации можно перейти к знакомству с кватернионом.

Кватернион - это четверка чисел, которые ввел в обращение (как считают историки) Уильям Гамильтон в виде гиперкомплексного числа. В этой статье я предлагаю рассматривать кватернион как четыре действительных числа, например как 4d вектор или 3d вектор и скаляр.

q = [ x, y, z, w ] = [ v, w ]

Существуют и другие представления кватерниона, которые я не буду рассматривать.
Как же хранят вращение в кватернионе? Практически также как и в "Axis Angle" представлении, первые три компонента представляют вектор, лежащий на оси вращения, причем длина вектора зависит от угла поворота. Четвертый компонент зависит только от величины угла поворота. Зависимость довольно простая - если взять единичный вектор V за ось вращения и угол alpha за вращение вокруг этой оси, тогда кватернион представляющий это вращение
можно записать как:

q = [ V*sin(alpha/2), cos(alpha/2) ]

Для понимания того, как хранит вращение кватернион, вспомним про двумерные вращения. Вращение в плоскости можно задать матрицей 2×2, в которой будут записаны косинусы и синусы угла поворота. Можно представить, что кватернион хранит комбинацию оси вращения и матрицы половины поворота вокруг этой оси.

Страницы: 123Следующая »

#кватернионы, #математика