Question:
Un avion peut-il voler sans le stabilisateur vertical?
Gabriel Brito
2014-09-16 23:00:28 UTC
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Que se passerait-il si un avion (pour répondre à la question disons que l'avion est un Airbus A380) perdait son stabilisateur vertical?

Vertical Stabilizer

Dix réponses:
#1
+38
fooot
2014-09-16 23:18:17 UTC
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L'avion va probablement s'écraser.

Le stabilisateur vertical offre une stabilité en lacet aux avions conventionnels. Des aéronefs tels que le B-2 parviennent à assurer la stabilité grâce à un contrôle informatique, et des aéronefs tels que les ailes volantes Northrop sont conçus pour voler sans un. Mais si un aéronef conçu pour être stable à l'aide d'un stabilisateur vertical perd cette surface, il sera très difficile pour les pilotes de se stabiliser manuellement avec les systèmes restants. Bien que le roulis et la poussée différentielle affectent tous les deux le lacet, ils seront tous deux plus lents à réagir qu'un gouvernail, en particulier dans un gros avion comme un A380. Cela peut également endommager les systèmes hydrauliques, rendant plus difficile le contrôle des surfaces restantes.

Si des pilotes expérimentés sont aux commandes (comme dans l'incident du B-52 ci-dessous), ou si la panne est anticipée et formé pour, il est possible que l'avion soit suffisamment contrôlable pour atterrir en toute sécurité. Cependant, comme le montrent les incidents ci-dessous, ce type d'échec ne se produit pas souvent et peut facilement dépasser la capacité de l'équipage à contrôler l'avion.

Exemples où cela s'est produit:

Le vol 123 de Japan Airlines a perdu la majeure partie de son stabilisateur vertical lorsque la cloison de pression arrière est tombée en panne. Malgré la perte des systèmes hydrauliques, les pilotes ont réussi à maintenir l'avion en l'air pendant un certain temps, mais ont fini par s'écraser sur une montagne.

Le vol 587 d'American Airlines a perdu son stabilisateur vertical lorsque les commandes du gouvernail du pilote ont surchargé la structure. Il s'est écrasé peu de temps après.

En 1964, un B-52 a perdu la majeure partie de son stabilisateur vertical en raison de turbulences extrêmes. Les pilotes ont pu étendre les aérofreins sur les extrémités des ailes pour assurer une certaine stabilité. L'armée de l'air a envoyé un avion de poursuite pour aider à guider les pilotes et a fourni des conseils techniques depuis le sol. L'équipage a pu ramener l'avion pour un atterrissage en toute sécurité ( voir une vidéo). Il y a eu au moins trois autres cas où le stabilisateur vertical a échoué sur les B-52, tous se terminant par la perte de l'avion. Ce vol particulier a été effectué avec des pilotes d'essai pour voler intentionnellement à travers la turbulence, enregistrant des données pour aider à comprendre les pannes de l'autre avion. Cependant, le vol a rencontré des turbulences inattendues, entraînant la séparation du stabilisateur vertical.

À titre de référence, vous n'avez pas besoin d'ordinateurs pour se stabiliser sans stabilisateur horizontal, la N9-M, une aile volante, n'en utilisait pas lorsqu'elle a été développée au début des années 40 (http: // en. wikipedia.org/wiki/Northrop_N-9M)
Je ne pense pas que Japan Airlines soit un bon exemple. Dans ce cas, ils ont perdu toute l'hydraulique, il est donc impossible de déterminer l'influence du stabilisateur vertical dans l'ensemble.
Jay Carr - Je pense que vous vouliez dire un stabilisateur vertical.
Je me demande si Airbus a conçu cette défaillance dans son système fly by wire, si c'est le cas, les ordinateurs pourront peut-être maintenir l'avion en vol en utilisant les ailerons comme des elvons.
@GdD J'espère qu'ils ont catégorisé la perte du stabilisateur vertical comme «extrêmement improbable», et donc ne vaut pas la peine de dépenser de l'argent pour programmer.
@GreatTurtle Oups ... Bien que techniquement, le N9-M prouve tout autant ce que j'ai dit que ce que je n'ai pas dit ... 0_0
D'accord, juste en le soulignant.
@GdD et fooot: Probablement ils ne peuvent pas et ne devraient pas (la complexité est dangereuse de plusieurs manières) inclure chaque panne dans les systèmes fly-by-wire. Pour cela, nous avons deux pilotes et les lois normale, alternative, directe et mécanique d'Airbus et les modes normal et secondaire de Boeing. Alors appliquez * espérons pour le meilleur *. Parce que * ne peut pas arriver * est faux, tout * arrivera *, juste une question de temps.
#2
+26
Peter Kämpf
2014-09-17 00:48:02 UTC
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Comme toujours, cela dépend. Il y a plusieurs choses qui assurent la stabilité directionnelle:

  • Le stabilisateur, évidemment,
  • Balayage positif de l'aile,
  • Palmes et
  • propulseurs pousseurs.

Ils doivent travailler contre les pièces déstabilisantes:

  • Le fuselage,
  • Réservoirs et réserves externes,
  • Hélices de tracteur et
  • Nacelles de moteur orientées vers l'avant.

Si la verticale est la seule partie stabilisatrice, la perdre signifie s'écraser peu de temps après. Les avions doivent faire face à l'avant pour créer une portance suffisante. Les exceptions momentanées ne comptent pas: les avions de combat de la Première Guerre mondiale avaient de très petites queues verticales et, par conséquent, une faible stabilité directionnelle. Plusieurs pilotes allemands de la Première Guerre mondiale ont perfectionné une technique dans laquelle une entrée soudaine du gouvernail pousserait l'avion au-delà du régime stable des angles de lacet, et l'avion ferait une rotation rapide et complète autour de son axe vertical. Cela effrayerait les pilotes d'avions à la poursuite, car maintenant les mitrailleuses de leur adversaire les pointeraient du doigt. Mais il n'y avait pas de réelle possibilité de viser, et la vitesse de rotation était si élevée que très peu de tirs iraient réellement en direction de l'avion poursuivant.

La taille de la queue verticale d'un avion multimoteur est motivé par la nécessité de contrer le moment de lacet dû à un moteur en panne. Si tous les moteurs fonctionnent, la queue verticale n'a besoin que d'être 1/3 de la taille. Si une faible stabilité de roulis hollandais est tolérée, elle pourrait être réduite encore plus. Par conséquent, si les autres pièces peuvent apporter une stabilité suffisante, une perte partielle de la surface verticale peut être survécue. Avec une aile en flèche, l'essentiel est de voler dans un régime de vol où cela aide le plus, c'est-à-dire à basse vitesse. Dans le cas du B-52H 61-023, ce qui lui est arrivé le 10 janvier 1964, une aide supplémentaire a été fournie en abaissant le train d'atterrissage arrière qui a contribué à un petit effet d'aileron et en déplaçant le centre de gravité vers l'avant par pompage carburant.

enter image description here

De plus, si un autre stabilisateur s'était cassé, la stabilité longitudinale aurait été perdue. Ces gars-là étaient à la fois chanceux et des pilotes très qualifiés.

Le 61-023 a été réparé et a volé pendant plus de 40 ans après cet incident. Il a été retiré en 2008.

Si je demande comment les hélices pousseuses du N9-M ont contribué à la stabilité globale de cet avion (dans une autre question), pourriez-vous donner une réponse détaillée? J'adorerais voir ça :).
@JayCarr: Je ne peux que vous référer à [NACA TN 2585: Hélices en tangage et lacet] (http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1952/naca-tn-2585.pdf). Cela signifie essentiellement qu'une hélice fonctionne comme une aile de taille égale. J'imagine que le balayage a eu plus d'effet, mais les hélices ne doivent pas être négligées, surtout sous puissance.
Voulez-vous dire le balayage des ailes (je suppose?). Peut-être que je vais plutôt poser des questions à ce sujet.
@JayCarr: Oui, balayage des ailes. L'ampleur de l'effet dépend de la vitesse; à un angle d'attaque élevé, l'effet stabilisant est plus important. Les planeurs à ailes volantes Horten ont montré une stabilité directionnelle marginale à grande vitesse.
@PeterKämpf «déplacer le centre de gravité vers l'avant en pompant du carburant» quel était le but de faire avancer encore plus le CG en pompant du carburant? la perte d'un vstab ne ferait-elle pas déjà avancer le cg? ou un CG plus avancé contribue-t-il à la stabilité en général?
@erich: Oui, la perte de la queue verticale a déplacé le cg vers l'avant, mais il a fallu plus de déplacement vers l'avant pour retrouver une stabilité latérale positive. La stabilité longitudinale et latérale augmente avec un décalage vers l'avant du cg - pensez-y comme si l'avion était articulé autour du cg et tournait autour de lui en vol, à la fois latéralement et longitudinalement.
#3
+16
Jay Carr
2014-09-16 23:07:00 UTC
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Il existe plusieurs avions conçus pour voler sans stabilisateurs verticaux (comme le bombardier B-2, par exemple). Mais ils ont des volets divisés très intelligents qui compensent le manque de stabilité / contrôle généralement fourni par une configuration de stabilisateur / gouvernail horizontal. Fondamentalement, un volet divisé s'ouvrira et créera plus de traînée sur l'aile sur laquelle l'aileron est placé, tirant ce côté de l'avion vers l'arrière. Ainsi, ces avions utilisent ce système pour la stabilité horizontale.

Si un avion n'est pas conçu pour fonctionner sans le stabilisateur vertical, il aurait des problèmes s'il le perdait. Sur les bateaux équipés de stabilisateurs horizontaux, en général, si l'avion se déplace un peu sur le côté, le flux d'air poussera contre le stabilisateur et ramènera ainsi l'avion en ligne. Si vous perdez ce système, vous trouverez un autre moyen de compenser l'instabilité du lacet.

Il est théoriquement possible que vous puissiez utiliser une poussée différentielle entre les moteurs pour maintenir l'avion en ligne. Certes, la réponse serait très lente et difficile à contrôler (surtout sur un gros jet comme l'A380), mais il est possible que cela puisse être fait avec le bon avion (un avec des moteurs à réponse rapide) et les bonnes conditions (air doux, en gros).

#4
+15
Emil
2014-09-16 23:19:35 UTC
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Probablement pas. Un triste exemple est le Vol 587 d'American Airlines. Si l'avion ne perd qu'une petite partie de l'aileron, ça peut aller, mais s'il perd complètement l'aileron, deux choses majeures se produisent:

  1. L'avion devient instable en lacet. Si l'avion avait besoin d'une si grande surface derrière son centre de gravité (CG) pour être stable, il n'y a presque aucune chance de voler sans lui.
  2. Il y a une perte de masse significative à une grande distance du CG. Cela entraînera un déplacement soudain du centre de gravité vers l'avant de l'avion qui fera plonger l'avion, peut-être au-delà de toute chance de récupération.

Ce qui aggrave ce qui précède est le fait que la plupart il est probable que les pilotes ne sauraient pas ce qui s'est réellement passé et il leur serait très difficile de prendre les mesures nécessaires.

#5
+3
Florian F
2014-09-17 14:27:08 UTC
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Je suis à peu près sûr qu'un avion qui a volé par fil ne tombera pas en panne. Fly by wire contrôle la stabilité d'un avion en ajustant les surfaces de contrôle. Lorsque les volets sont sortis, il équilibrera les deux côtés pour éviter le lacet. Je ne vois aucune raison pour laquelle la défaillance du stabilisateur vertical ne peut être compensée par le contrôle des volets. Un pilote ne pouvait pas faire ça. Un ordinateur oui.

Edit: je n'en suis plus si sûr. Perdre tout le stabilisateur vertical est bien pire que de ne perdre que le gouvernail. Mais je dirais qu'il y a encore de l'espoir.

Un ordinateur ne fera quelque chose que s'il a été programmé pour le faire. Si l'éventualité de voler sans le stabilisateur n'était pas prévue et d'une manière ou d'une autre codée et calibrée, le fly by wire peut en fait être contre-productif.
Au moment de la sortie de l'A320, j'ai lu que cette fonctionnalité était en cours d'expérimentation. Un logiciel expérimental a pu traduire les commandes standard en commandes de vol alternatives, remplaçant précisément le gouvernail par les volets. L'avion s'est comporté correctement, même si la réponse était plutôt lente. Le problème était que ce logiciel prenait des libertés avec la spécification très stricte de ce qu'un ordinateur de vol était autorisé à faire. Mais je serais surpris si, après 25 ans, il n'y avait pas eu de progrès et que cela ne soit pas devenu une solution de basculement standard.
En relisant la réponse d'Emil, il y a une grande différence entre perdre le contrôle du gouvernail et perdre tout le stabilisateur vertical. J'imagine que le deuxième cas est en dehors des situations pour lesquelles l'ordinateur de vol est programmé.
La question concernait cependant le deuxième cas que vous avez mentionné: la perte totale du stabilisateur vertical.
#6
+3
Kris
2014-09-18 03:19:28 UTC
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Bien sûr (aérodynamiquement parlant). Comme mentionné précédemment, cela nécessite à peu près un système de contrôle de vol numérique (aka `` fly by wire '').

Lockheed Martin X-44 Manta est à peu près le F-22 sans gouvernes de vol verticales.

Cependant, il y a une grande différence entre concevoir un avion pour ne pas avoir besoin d'un stabilisateur vertical et en perdre un sur un avion conçu pour en avoir besoin. Un A380 serait en grande difficulté si le stabilisateur vertical se séparait ... tout comme l'A300 qui s'est écrasé dans le Queens en 2001. Soit dit en passant, c'était le dernier incident aérien sur un vol opéré par un grand transporteur américain à entraîner la mort de passagers. .
Pourquoi utiliser un avion hypothétique comme preuve? Le [X-36] (http://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_X-36) pourrait faire à peu près la même chose et a déjà volé. Cependant, la vectorisation de la poussée n'aide que tant que les moteurs tournent et ont leur échappement à l'arrière du fuselage, et dans une descente d'un avion de ligne, ils produisent très peu de poussée. En outre, certifier cela serait une entreprise majeure. Pour l'instant, ce n'est pas une option pour les avions commerciaux. Les ailerons séparés pourraient cependant fonctionner (voir [B-2] (http://en.wikipedia.org/wiki/Northrop_Grumman_B-2_Spirit))
#7
+3
orko
2014-09-19 01:04:25 UTC
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Il peut effectuer un atterrissage d'urgence s'il n'y a plus de dommages à la section arrière, comme les ascenseurs. Lors du crash du JAL 123, le stabilisateur vertical était manquant, mais ce n'était pas la raison pour laquelle il s'est écrasé. Un crash JAL s'est produit en raison d'une défaillance des commandes d'ascenseur.

#8
+2
athyon
2015-02-02 16:38:58 UTC
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Le vol 587 subissait de violentes rotations de lacet avant que le coup de couteau vertical ne se brise. Une fois qu'il a été perdu, rien n'a arrêté la rotation de l'avion et il a simplement continué à lacet jusqu'à ce qu'il entame une vrille. Si le stabilisateur vertical s'était simplement détaché pendant que l'avion était en vol normal, alors qui sait s'il aurait survécu pour atterrir, mais il n'aurait probablement pas instantanément perdu le contrôle.

Autres cas où des avions s'est écrasé après avoir perdu le coup vertical: le XB-70, où il a perdu ses deux coups verticaux après une collision, et le Vol DHL 611, également perdu son coup vertical en raison d'un collision. Le vol 611 a survécu plus longtemps que l'avion qu'il a heurté, mais s'est rompu peu de temps après en raison des contraintes exercées sur l'avion par le lacet violent et la plongée. Il convient de noter qu'un avion de ligne moderne perdrait son système hydraulique crucial si l'aileron se détache, rendant toutes les gouvernes inutilisables.

#9
+1
quiet flyer
2018-10-27 13:30:22 UTC
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Il n'est pas difficile de concevoir un avion à aile en flèche pour voler correctement sans queue verticale. Par exemple, une aile volante "Zagi" comme celle-ci

volera toujours bien si les ailerons verticaux sont retirés, bien que le lacet défavorable soit plus prononcé et le CG doit être plus en avant que le CG le plus à l'arrière qui peut être toléré si une queue ou des ailerons verticaux sont présents, ou bien l'avion fera un mouvement de lacet hors de contrôle puis "basculera" violemment. De même, la plupart des deltaplane n'ont pas de queues verticales. Cependant, si un avion de ligne selon la question initiale pouvait voler correctement sans queue verticale, la queue verticale ne serait pas là. La conception a été optimisée pour la configuration en queue et le retrait complet de l'ensemble de la queue verticale aurait probablement des conséquences désastreuses. La perte d'une partie seulement de l'empennage vertical pourrait être tolérée pour autant que des conditions défavorables, telles qu'une panne d'un ou de plusieurs moteurs, soient évitées. En ce qui concerne le célèbre exemple de B-52, notez que cet avion a beaucoup de zone de fuselage à côtés plats à l'arrière du CG.
#10
+1
Sergi Lopez
2020-06-09 13:39:43 UTC
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Certains avions des années 1920 n'ont pas de stabilisateur vertical parce que la forme rectangulaire de leur fuselage offrait une stabilité verticale suffisante. Ils étaient moins maniables mais suffisants pour l'époque. Un exemple est le Fokker FII.

Le Fokker FII avait un stabilisateur vertical. Certains diront peut-être qu'il était relativement petit, mais il était néanmoins là. https://flughafenbb.files.wordpress.com/2012/04/fokker-fii-d-742-bc3b6blingen_.jpg


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