Proteção de envelope de voo - Flight envelope protection
A proteção do envelope de vôo é uma extensão da interface homem-máquina do sistema de controle de uma aeronave que impede o piloto de uma aeronave de fazer comandos de controle que forçariam a aeronave a exceder seus limites operacionais estruturais e aerodinâmicos. É usado de alguma forma em todas as aeronaves comerciais fly-by-wire modernas . A vantagem declarada dos sistemas de proteção de envelope de vôo é que eles restringem as entradas de controle excessivas do piloto, seja em reação surpresa a emergências ou de outra forma, de se traduzir em movimentos de superfície de controle de vôo excessivos . Teoricamente, isso permite que os pilotos reajam rapidamente a uma emergência enquanto atenua o efeito de uma entrada de controle excessiva resultante de "sobressalto", limitando eletronicamente os movimentos excessivos da superfície de controle que poderiam sobrecarregar a estrutura da aeronave e colocar em risco a segurança da aeronave.
Na prática, essas limitações às vezes resultam em erros não intencionais de fatores humanos e acidentes próprios.
Função
As aeronaves têm um envelope de voo que descreve seus limites de desempenho seguro em relação a coisas como velocidades de operação mínima e máxima e sua resistência estrutural operacional. A proteção de envelope de vôo calcula esse envelope de vôo (e adiciona uma margem de segurança) e usa essa informação para impedir que os pilotos façam entradas de controle que colocariam a aeronave fora desse envelope de vôo. A interferência do sistema de proteção do envelope de vôo com os comandos do piloto pode ocorrer de duas maneiras diferentes (que também podem ser combinadas):
- Ignorar parte ou a totalidade de uma entrada de controle que traria o estado de vôo de uma aeronave para mais perto ou mesmo fora de suas fronteiras operacionais. Este método é aplicado na maioria das aeronaves fly-by-wire controladas por sidestick com comando de taxa .
- Informar ao piloto que o respectivo comando está aproximando a aeronave das fronteiras operacionais calculadas; essa comunicação pode acontecer por meio de alarmes simples ou feedback tátil . Este método é frequentemente aplicado em aeronaves com controles convencionais.
Por exemplo, se o piloto utiliza a retaguarda lateral-stick a passo o nariz do avião para cima, os computadores de controle criando a proteção do envelope de vôo pode impedir que o piloto lançando a aeronave além da estagnação ângulo de ataque :
- No primeiro caso, se o piloto tentar aplicar ainda mais controle para trás, a proteção do envelope de vôo faria com que a aeronave ignorasse esse comando. A proteção do envelope de vôo pode, desta forma, aumentar a segurança da aeronave, permitindo que o piloto aplique forças máximas de controle em uma emergência, ao mesmo tempo que não coloca a aeronave inadvertidamente fora das margens de sua segurança operacional. Exemplos de onde isso pode parar acidentes aéreos são quando permite que um piloto faça uma manobra evasiva rápida em resposta a um aviso do sistema de alerta de proximidade do solo ou em resposta rápida a uma aeronave se aproximando e uma potencial colisão no ar . Neste caso, sem um sistema de proteção de envelope de vôo, "você provavelmente evitaria manobrar o máximo que pudesse, com medo de cair fora de controle, ou pior. Você teria que se esgueirar por aí [2,5 G, o limite do projeto] , e quando você chegasse lá, não seria capaz de dizer, porque muito poucos pilotos comerciais já voaram 2,5 G. Mas no A320 , você não teria que hesitar: você poderia simplesmente bater o controlador até o para o lado e saia imediatamente de lá o mais rápido que o avião o levar. " Assim, os fabricantes do Airbus argumentam: "a proteção de envelope não restringe o piloto. Ela libera o piloto da incerteza - e, portanto, aumenta a segurança".
- No segundo caso, por exemplo, ao usar um sistema de feedback de força para se comunicar com o piloto, se o piloto tentar aplicar ainda mais o controle da retaguarda, a proteção de envelope de vôo apresentaria contraforças crescentes nos controles de modo que o piloto tenha que aplicar força para continuar a entrada de controle que é percebida como perigosa pela proteção do envelope de vôo.
Enquanto a maioria dos projetistas de aeronaves fly-by-wire modernas aderem a qualquer uma dessas duas soluções ('controle lateral e sem feedback' ou 'controle convencional e feedback', veja também abaixo), também há abordagens científicas para combinar ambos deles: Como um estudo demonstrou, o force-feedback aplicado ao side-stick de uma aeronave controlada via taxa de função e g-load (como por exemplo, uma aeronave Airbus moderna) pode ser usado para aumentar a aderência a um envelope de salvamento de vôo e, assim, reduzir o risco de os pilotos entrarem em estados perigosos de voos fora das fronteiras operacionais, mantendo a autoridade final dos pilotos e aumentando sua consciência da situação .
Airbus e Boeing
O Airbus A320 foi a primeira aeronave comercial a incorporar proteção total de envelope de vôo em seu software de controle de vôo. Isso foi instigado pelo ex-vice-presidente sênior da Airbus para engenharia, Bernard Ziegler . No Airbus, a proteção do envelope de vôo não pode ser completamente substituída, embora a tripulação possa voar além dos limites do envelope de vôo selecionando uma "lei de controle" alternativa. A Boeing fez uma abordagem diferente com o 777 , permitindo que a tripulação ultrapassasse os limites do envelope de vôo usando força excessiva nos controles de vôo.
Incidentes
Voo 006 da China Airlines
Uma objeção levantada contra a proteção do envelope de voo é o incidente que aconteceu com o voo 006 da China Airlines, um Boeing 747SP-09 , a noroeste de São Francisco em 1985. Neste incidente de voo, a tripulação foi forçada a sobrecarregar (e danificar estruturalmente) a cauda horizontal superfícies a fim de se recuperar de um mergulho roll e quase vertical. (Isso tinha sido causado por uma desconexão automática do piloto automático e pelo manuseio incorreto de uma guinada provocada por uma falha do motor). O piloto recuperou o controle com cerca de 10.000 pés de altitude restantes (de seu cruzeiro original de alta altitude). Para fazer isso, o piloto teve que puxar a aeronave com uma estimativa de 5,5 G, ou mais do que o dobro de seus limites de projeto. Se a aeronave tivesse incorporado um sistema de proteção de envelope de vôo, essa manobra excessiva não poderia ter sido realizada, reduzindo muito as chances de recuperação.
Contra essa objeção, a Airbus respondeu que um A320 na situação do vôo 006 "nunca teria caído do ar em primeiro lugar: a proteção do envelope o teria mantido automaticamente em vôo nivelado, apesar do arrasto de um motor estagnado "
FedEx Flight 705
O vôo 705 da FedEx, em abril de 1995, um McDonnell Douglas DC-10 -30, foi o caso de um engenheiro de vôo da FedEx que, enfrentando uma demissão, tentou sequestrar o avião e colocá-lo na sede da FedEx para que sua família pudesse recolher o seu Apólice de seguro de vida. Depois de ser atacada e gravemente ferida, a tripulação de vôo foi capaz de lutar e pousar o avião com segurança. Para manter o atacante desequilibrado e fora da cabine, a tripulação teve que realizar manobras radicais, incluindo uma rotação de barril e um mergulho tão rápido que o avião não conseguia medir sua velocidade no ar .
Se a tripulação não tivesse excedido o envelope de vôo do avião, a tripulação poderia não ter tido sucesso.
Voo 587 da American Airlines
O vôo 587 da American Airlines, um Airbus A300 , caiu em novembro de 2001, quando o estabilizador vertical quebrou devido a movimentos excessivos do leme pelo piloto.
Um sistema de proteção de envelope de vôo poderia ter evitado esse acidente, embora ainda possa ser argumentado que um botão de cancelamento deve ser fornecido para contingências quando os pilotos estão cientes da necessidade de exceder os limites normais.
Voo 1549 da US Airways
O voo 1549 da US Airways, um Airbus A320 , sofreu uma falha de motor duplo após um colisão com um pássaro e, posteriormente, pousou com segurança no rio Hudson em janeiro de 2009. O relatório do acidente do NTSB menciona o efeito da proteção do envelope de voo: "A velocidade do avião nos últimos 150 pés de descida foram baixos o suficiente para ativar o modo de proteção alfa dos recursos de proteção de envelope fly-by-wire do avião ... Por causa desses recursos, o avião não conseguiu atingir o ângulo máximo de ataque (AoA) atingível em inclinação normal lei para o peso e configuração do avião; no entanto, o avião forneceu desempenho máximo para o peso e configuração naquele momento ...
As proteções do envelope de vôo permitiram que o capitão puxasse a ré na lateral sem o risco de estolar o avião. "
Voo 72 da Qantas
Qantas 72 sofreu um pitch-down não comandado devido a dados errados de um de seus computadores ADIRU .
Voo 447 da Air France
O voo 447 da Air France, um Airbus A330 , entrou em uma tenda aerodinâmica da qual não se recuperou e caiu no Oceano Atlântico em junho de 2009, matando todos a bordo. A inconsistência temporária entre as velocidades medidas, provavelmente resultado da obstrução dos tubos pitot por cristais de gelo, causou a desconexão do piloto automático e a reconfiguração para a lei alternativa; uma segunda consequência da reconfiguração em lei alternativa foi que a proteção de estol não funcionou mais.
A tripulação deu informações de controle inadequadas que causaram o estol da aeronave e não reconheceu que a aeronave havia estolado.
MCAS no Boeing 737 MAX
Em outubro de 2018 e novamente em março de 2019, a ativação errônea do sistema de proteção de vôo MCAS empurrou dois aviões Boeing 737 MAX em mergulhos irrecuperáveis, matando 346 pessoas e resultando no encalhe mundial do avião.