biglebowsky: (Milperra)
[personal profile] biglebowsky
В связи с недавней катастрофой Воеing 737-500 вспомнили две катастрофы похожих самолетов, когда был сбой в работе гидравлического усилитиля привода руля направления.
http://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_737_rudder_issues
http://ru.wikipedia.org/wiki/Катастрофа_Boeing_737_под_Питтсбургом

Поговорим об устройстве усилителей и сервоприводов.

Обычно, усилители устроены по следующей схеме.

Пусть у нас есть какой-то легкий предмет (рычаг, педаль etc.) котрый мы без проблем двигаем вправо-влево. На рисунке обозначем квадратиком.



Пусть нам нужно двигать что-то тяжелое и сопротивляющееся движению (черная штуковина).



Делаем на спине черной штуковины выемку так, чтобы квадратик входил туда с небольшим люфтом, ставим датчик, меряющий зазор из-за люфта, и сигнал от датчика посылаем на исполнительный силовой привод. Этот привод и будет таскать "черную штуковину" вправо-влево.



В "бытовых" системах, рассчитанных на небольшие усилия, если "сдохнет" силовоой привод, то ничего опасного не произойдет. Квадратик дойдет до края выемки, и дальше мы просто потащим "штуковину" своими мышечными усилиями.
К примеру, педаль тормоза будет работать и на автмобиле с выключенным двигателем. Точно так же, при выключенном двигателе, вполне можно вращать руль на автомобиле с гидроусилителем руля.
Однако, если сломается датчик положения так, что этот датчик будет выдавать постояннный сигнал, то ситуация станет очень неприятной. Силовой привод потащит "черную штуковину" в какую-то сторону. Можно, конечно, попытаься ее удержать за белый квадратик, но не всегда получится. Серьезный привод в состоянии развить много большие усилия, чем человек.
На примере автомобильного руля при гипотетическом заклинивании клапанов гидроусилителя: машина сама начнет вращать руль в какую-то сторону, и руль, скорее всего, не удастся удержать, чтобы остановить вращение. Впрочем, параметры авомобильного гидроусилителя не знаю, может, он слабенький, а вот в случае руля Боинга 737 в отчете приведены данные - 3 т.с. на штоке гидроусилителя. Такое, точно, вручную не пересилить.

В случае гидравлики, управляющая система строится очень просто. Изменение зазора должно открывать/закрывать клапана.

Пример системы, поворачивающей переднюю стойку шасси 737 Боинга.


Взято из http://www.bst-tsb.gc.ca/eng/rapports-reports/aviation/2010/a10q0213/a10q0213.asp
Зеленая штуковина называется золотником.

Анимация аналогичного устройства из Википедии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Следящий_гидропривод







Эквивалентая схема: корпус гидравлического устройства остается неподвижным при работе усилителя


1 - шарнир; 2 - тяга; 3 - золотник распределителя; 4 - поршень;
5 - корпус силового цилиндра; 6 - шарнир; 7 - дифференциальный рычаг
http://gidravl.narod.ru/gidrosled.html



В Боинге 737 механический привод от педалей / штурвала идет до хвоста самолета, где стоят гидроусилители, более-менее похожие на рассмотренные.
Точнее, на горизонтальном руле стоит усилитель, имеющий некий дополнительный золотник, коаксиально расположенный со стандартным золотником.


http://www.ntsb.gov/news/events/1999/aliquippa_pa/animation.html

Зачем нужно такое переусложнение конструкции, лично я не понял.
Желающие могут попробовать самостоятельно разобраться на сайте http://lessonslearned.faa.gov/ll_main.cfm?TabID=1&LLID=1&LLTypeID=2 или сразу пройти по двум ссылкам с этого сайта.
1) Компьютерная анимация, как вся эта штуковина должна работать http://lessonslearned.faa.gov/ll_main.cfm?TabID=1&LLID=1&LLTypeID=2
Текствое описание http://lessonslearned.faa.gov/USAir427/PCUAnimation_Transcript_pop_up.htm
2) Флэш-анимация, как, якобы, просходило заклинивание http://lessonslearned.faa.gov/USAir427/PCUAnimation.swf
Текствое описание http://lessonslearned.faa.gov/USAir427/PCURudder_Transcript_pop_up.htm
Термины в этих анимациях:
внутренний золотник - primary(inner) valve(slide);
дополнительный золотник - secondary(outer) valve(slide).

Вкратце, описание такое. Все детали золотникового распределителя металлические, никаких резиновых уплотнителей нет. Зазоры - микронные. Рулем направления на эшелоне почти не пользуются, циркуляции жидкости нет. Механизм остывал до -60С. При заходе на посадку начинали "рулить", в механизм поступала гидравлическая жидкость "комнатной" температуры. От термического расширения "дополниетльный золотник" клинило в некоем промежуточном положении, иногда - очень неудачном.
Потом, когда вся штуковина равномерно прогревалась, заклинивание исчезало. Т.е., на земле, при проверке, техники не могли увидеть этот сбой.

Из (2) якобы следует, что заклинивание может происходить в столь хитром положении, что гидравлические каналы будут скоммутирваны так, что система начнет тянуть не просто постоянно (что тоже хреново), а постоянно аж в противоположном нормальному направлении. Т.е., к примеру, при нажатии на правую педаль, педаль не продавится вперед под нагрузкой, точне, продавится на величину люфтов, а далее гидравлическая система "выжмет" эту педаль навстречу приложенному усилию. Т.е., правая педаль начнет, наоборот, двигаться назад к пилоту.
Анимация http://lessonslearned.faa.gov/USAir427/Manikin_427.swf

Еще одно техническое описание боинговского распределительного устройства с этим дополнительным золотником http://www.ntsb.gov/doclib/reports/1999/AAR9901.pdf страница 31 (лично я, также, не совсем понял).

Когда разобрались с происходящим, абсолютно на всех Boeing-737 заменили гидроусилитель привода руля направления.

На сайте http://airlinesafety.com/faq/B-737Rudder.htm уверяют, что, кроме 2 катастроф, в свое время было около сотни мелких инцидентов с подклиниваем золотников руля направления на обсуждаемом типе самолетов.

Date: 2013-11-21 12:20 pm (UTC)
From: [identity profile] andrey-yurin.livejournal.com
Спасибо за статью. Весьма интересно и познавательно (особенно учитывая тот факт, что с конструированием приходится сталкиваться периодически). Если есть ещё что-нибудь подобной тематики - то буду Вам весьма признателен, если не затруднит выложить их в сеть.

Date: 2013-11-21 12:25 pm (UTC)
From: [identity profile] biglebowsky.livejournal.com
You're welcome!

Date: 2013-11-26 04:30 pm (UTC)
From: [identity profile] vitaliy radoshnov (from livejournal.com)
Вопрос к автору статьи. Как Вы считаете, будет ли зафиксирован такой отказ бортовым самописцем?

Date: 2013-11-26 05:05 pm (UTC)
From: [identity profile] biglebowsky.livejournal.com
Не знаю, самому интересно.

По идее, в черный ящик хорошо бы писать не только отклонения органов управления, но и усилия на органах управления.
Проблема в том, что наборы записываемых параметров отличаются на разных моделях самолетов.
Я, пока что, не сумел нагуглить ни список параметров именно для Boeing 737-500, ни норматива по необходимому минимуму параметров, которые обязаны записываться в любом случае на любом самолете (если такой норматив есть).

Судя по тому, как мучительно расследовали те две катастрофы с Боингами, никаких усилий на педалях не записывали - только отклонения.

Update.
http://www.bea.aero/etudes/use.of.fdr/use.of.fdr.pdf
Усилия на органах управления в обязательный по закону мимнимум параметров не входят.

Update.
https://www.federalregister.gov/articles/2006/09/05/06-7406/revisions-to-digital-flight-data-recorder-regulations-for-boeing-737-airplanes-and-for-part-125
Revisions to Digital Flight Data Recorder Regulations for Boeing 737 Airplanes and for Part 125 Operators
A Proposed Rule by the Federal Aviation Administration on 09/05/2006
Сказано, что усилия не записывали, и это очень затрудняло расследования.
Внесли предложение: обязать записывать усилия на органах управления обсуждаемой модели самолета с временным шагом 1с (при этом премещения пишут с временным шагом 0,5с).
Я не понял, чем дело кончилось. Ну, внесли в 2006г предложение изменить нормативы. Приняли ли это предложение? А с какого времени, если приняли, на самолетах "черные ящики" стали переделывать?
Edited Date: 2013-11-26 06:30 pm (UTC)

Date: 2013-11-26 09:21 pm (UTC)
From: [identity profile] vitaliy radoshnov (from livejournal.com)
Насколько я понимаю, на самолетах с "непрямой" системой управления отклонение органа управления является вторичным параметром. Первичный это отклонение рулевой поверхности. Сначала летчик перемещает орган управления на совсем небольшую величину, сравнимую с люфтом, но все же достаточную для перемещения золотника гидроуилителя от установленного нейтрального положения. Изменив свое положение, золотник открывает путь рабочему давлению в соответствующую полость гидроцилиндра и соединяет со сливом противоположную ей полость. Под действием разницы давлений поршень ползет в нужную сторону и с помощью тяг двигает рулевую поверхность туда, куда ее хотел переместить пилот. Рулевая поверхость при помощи тросов, тяг, качалок и еще чего то там соединена со штурвалом и внешней частью того "непонятного" золотника. И премещаясь сия поверхность тянет за собой штурвал (ну или какой- либо другой орган управления, к которому она относится), информируя летчика о величине своего перемещения, а также внешнюю часть золотника находя новое нейтральное положение (в этом положении работа гидроусилителя прекратится до следующего управляющего воздействия).Таким образом отклонение органа управления пропорциональное отклонению рулевой поверхности не может однозначно свидетельствовать кто произвел это отклонение пилот или "взбесившийся" гидроусилитель (если конечно это не безбустерный режим).

Date: 2013-11-26 09:31 pm (UTC)
From: [identity profile] biglebowsky.livejournal.com
Да, конечно. Именно об этом я и написал свой post.

Date: 2013-11-26 11:14 pm (UTC)
From: [identity profile] vitaliy radoshnov (from livejournal.com)
1 февраля 1990 года упал самолет, экипаж которого нельзя было назвать неопытным. Тренировочный полет. Уход по плану на второй круг. Самолет неожиданно задирает нос значительно больше требуемого. Придавили штурвалом, - не помогает. Еще от себя, - все равно лезет вверх. Еще от себя...., и тут провал. Колонка практически полностью ушла в переднее положение, самолет перешел в пикирование... Взятие штурвала на себя, ...не идет. Доложили об отказе управления в продольном канале. За несколько секунд до столкновения с землей руль высоты сработал, стали выходить из пикирования... Упали в лес почти плашмя со скоростью 510км/ч.
По официальным данным причина не установлена.
Неофициальная версия... связана с гидроусилителями, но чтобы говорить правомерна она или нет нужно действительно иметь данные об усилиях на органах управления.

Date: 2013-11-27 01:00 am (UTC)
From: [identity profile] biglebowsky.livejournal.com
Если не ошибаюсь, американцы в подозрительных случаях поступали следующим образом.
Они изучали тот объемчик гидравлической жидкости, который находился непосредственно внутри золотникового распределителя. При этом часто видели, что жидкость содержит металлическую стружку. Входной сетчатый фильр на входе в распределитель оказывался без повреждений, но при этом размеры частиц стружки были больше ячеек сетки. Американцы предполагали, что эта стружка образовалась непосредственно внутри золотникового распределителя. Разбирали клапан и рассмтаривали его под микроскопом. Часто видели царапины на сопряженных деталях. Делали вывод - хрен же его знает, почему так получилось, но очень походе, что в какой-то момент золотник клинило.

Profile

biglebowsky: (Default)
biglebowsky

May 2014

S M T W T F S
    123
45678910
1112131415 1617
18192021222324
25262728293031

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Jul. 28th, 2017 08:46 am
Powered by Dreamwidth Studios