2.4. Полёты при отказе двигателя: мультиротор, самолёт, частичная потеря тяги #

• Рамы: квадрокоптер — sim_vehicle.py -v ArduCopter; гексакоптер — sim_vehicle.py -v ArduCopter -f hexa; самолёт — sim_vehicle.py -v ArduPlane.
• Отказ двигателя: SIM_ENGINE_FAIL — маска отказавших двигателей (бит 0 — двигатель 1: отказ двигателя 3 задаётся значением 4); совместно с SIM_ENGINE_MUL = 0 (полное снятие тяги отказавших двигателей).
• Частичная потеря тяги: SIM_ENGINE_MUL = 0,7 при SIM_ENGINE_FAIL, охватывающей все двигатели, — тяга всех двигателей снижается до 70 %.
• Отмена сценария: SIM_ENGINE_FAIL = 0, SIM_ENGINE_MUL = 1.
• Подготовить тренажёр по статье 2.0: записать в карточку число двигателей, тягу висения, схему рамы.

• Вывести на индикатор: обороты или выходные значения каналов двигателей, ток, вертикальную скорость, высоту.
• Для самолёта дополнительно: скорость относительно воздуха, траекторию на карте — для измерения фактической дальности планирования и сравнения с расчётом.
• После каждого сценария выгружать журнал: проверить, какой двигатель отказал (по каналам двигателей), как изменились токи и вертикальная скорость.
• Результаты заносить в протокол занятия (статья 0.6).

• Запустить раму гексакоптер; до ввода назвать вслух: располагаемая тяга после отказа — 83 %, запас над тягой висения 55 % — около 28 пунктов (задача 2), ожидаемое поведение — сохранение управления, компенсация момента остальными двигателями.
• Выполнить висение на 40 м; инструктор вводит SIM_ENGINE_FAIL = 4 (двигатель 3), SIM_ENGINE_MUL = 0.
• Пилот распознаёт отказ (сообщение, рост оборотов оставшихся двигателей, просадка высоты), объявляет вслух, переходит к немедленному снижению.
• Выполнить посадку в ближайшем подходящем месте с вертикальной скоростью не более 1,5 м/с; не выполнять разворотов и набора высоты.
• Повторить три раза подряд с отказом разных двигателей (маски 1, 4, 32).

Критерий: распознавание не более 3 с; потеря высоты при просадке не более 5 м; посадка в выбранном месте с вертикальной скоростью не более 1,5 м/с; задание прекращено немедленно.

• Запустить раму квадрокоптер; до ввода назвать вслух: располагаемая тяга — 75 %, висение на пределе, управление рысканием утрачено, аппарат вращается.
• Выполнить висение на 30 м (минимальная высота ввода); инструктор вводит SIM_ENGINE_FAIL = 2 (двигатель 2), SIM_ENGINE_MUL = 0.
• Пилот объявляет отказ и потерю рыскания, не пытается удержать курс, переходит к немедленному снижению, выбирает место посадки с учётом вращения и сноса.
• Выполнить посадку; оценить по журналу угловую скорость вращения и траекторию снижения.
• Повторить три раза подряд; сравнить с поведением гексакоптера из элемента 1.

Критерий: пилот не парирует вращение рысканием; снижение начато не более 3 с после отказа; посадка выполнена без опрокидывания; траектория снижения разобрана по журналу.

• Запустить ArduPlane; выполнить набор 100 м и полёт по прямой на удалении 400–600 м; до ввода рассчитать дальность планирования с высоты ввода и сектор площадок (задача 1).
• Инструктор вводит SIM_ENGINE_FAIL = 1, SIM_ENGINE_MUL = 0.
• Пилот немедленно устанавливает скорость наилучшего планирования, объявляет доступную дальность, выбирает площадку в секторе с учётом ветра и выполняет заход и посадку.
• Разобрать по журналу: фактическую дальность и вертикальную скорость планирования, отклонение от расчётных.
• Повторить три раза подряд; один раз — с встречным ветром 5 м/с для проверки поправки (задача 1).

Критерий: скорость планирования установлена не более 5 с после отказа; площадка выбрана в пределах расчётного сектора с запасом 30 %; посадка выполнена в выбранной зоне.

• Выполнить полёт по маршруту; до ввода назвать вслух признаки частичной потери: рост тока при прежней скорости, снижение скороподъёмности, просадка при развороте.
• Инструктор вводит SIM_ENGINE_MUL = 0,7 (тяга всех двигателей 70 %) без объявления сценария.
• Пилот обнаруживает деградацию по приборам, объявляет вслух, выполняет расчёт: хватает ли тяги на возврат (задача 3), и принимает решение — возврат или посадка на месте.
• Выполнить принятое решение; разобрать по журналу ток, вертикальную скорость и фактическую скороподъёмность.
• Повторить три раза подряд.

Критерий: деградация обнаружена не более 15 с после ввода; решение обосновано расчётом тяги, а не субъективной оценкой; выбранное действие выполнено в пределах допусков.

Задача. Самолёт потерпел отказ двигателя на высоте 50 м. Аэродинамическое качество — 8, скорость планирования — 12 м/с. Требуется определить вертикальную скорость снижения, время планирования, дальность в штиль и дальность относительно земли при встречном ветре 5 м/с, а также запас по дальности до площадки на удалении 250 м.

Заданные параметры:

Искомые параметры: вертикальная скорость снижения (м/с); время планирования (с); дальность в штиль (м); дальность при встречном ветре (м); запас до площадки.

Решение.

1. Вертикальная скорость: \( v_{сн} = V_{пл} / K = 12 / 8 = 1{,}5\ \text{м/с} \).
2. Время планирования: \( t = H / v_{сн} = 50 / 1{,}5 = 33\ \text{с} \).
3. Дальность в штиль: \( 12 \cdot 33 = 400\ \text{м} \) (эквивалентно \( K \cdot H = 8 \cdot 50 = 400\ \text{м} \)).
4. При встречном ветре путевая скорость: \( 12 - 5 = 7\ \text{м/с} \); дальность относительно земли: \( 7 \cdot 33 = 231\ \text{м} \).
5. Площадка на 250 м при встречном ветре недостижима: 231 м меньше 250 м; запас отрицательный. Требуется выбрать площадку ближе либо выполнить заход с попутным ветром.

Ответ: снижение 1,5 м/с; время планирования 33 с; дальность в штиль 400 м; при встречном ветре 5 м/с — 231 м; площадка на 250 м недостижима.

Вывод. Ветер изменяет доступный сектор площадок почти вдвое: при встречном ветре дальность относительно земли падает на 40 %. Выбор площадки выполняется по расчёту с поправкой на ветер и запасом 30 %, а не по приблизительной оценке карты — разница между 400 и 231 м решает исход полёта.

Задача. Тяга висения аппарата составляет 55 % суммарной максимальной тяги. Требуется определить располагаемую тягу и запас над тягой висения после отказа одного двигателя для квадрокоптера, гексакоптера и октокоптера и сформулировать действия пилота для каждой схемы.

Заданные параметры:

Искомые параметры: располагаемая тяга для каждой схемы (%); запас над тягой висения (пунктов); действия пилота.

Решение.

1. Квадрокоптер: \( 3/4 = 75\ \% \); запас \( 75 - 55 = 20 \) пунктов; висение возможно на пределе, управление рысканием утрачено.
2. Гексакоптер: \( 5/6 = 83{,}3\ \% \); запас \( 83{,}3 - 55 = 28 \) пунктов; висение и управляемое снижение сохраняются, рыскание компенсируется.
3. Октокоптер: \( 7/8 = 87{,}5\ \% \); запас \( 87{,}5 - 55 = 32{,}5 \) пункта; сохраняется почти полный диапазон управления.
4. Действия: для всех схем — немедленное прекращение задания и посадка; различие — в технике: квадрокоптер садится с вращением без парирования рысканием, гексакоптер и октокоптер — штатным снижением с малой вертикальной скоростью.

Ответ: располагаемая тяга 75 / 83 / 87,5 %; запас 20 / 28 / 32,5 пункта; у квадрокоптера дополнительно утрачено рыскание. Действия — немедленная посадка на всех схемах.

Вывод. Тяга висения 55 % — граница: при большей массе аппарата квадрокоптер после отказа двигателя не удерживает даже висение и переходит в неконтролируемое снижение. Запас тяги закладывается на этапе выбора аппарата (статья 0.4), а пилот обязан знать запас своей схемы до полёта — от него зависит техника посадки после отказа.

Задача. Аппарат выполняет маршрут; тяга всех двигателей снизилась до 70 % от максимальной. Тяга висения — 55 %, тяга, потребная для возврата против ветра 3 м/с, — 65 %. Требуется определить запас тяги в висении, возможность возврата с требуемым запасом 15 % и решение пилота.

Заданные параметры:

Искомые параметры: запас тяги в висении (пунктов); возможность возврата с запасом (да или нет); решение.

Решение.

1. Запас в висении: \( 70 - 55 = 15 \) пунктов — висение сохраняется, набор высоты и энергичный манёвр ограничены.
2. Возврат: потребно 65 %, располагаемо 70 % — формальный запас 5 пунктов при требуемых 15: возврат против ветра не обеспечен.
3. Проверка попутного варианта: возврат с попутным ветром требует около 58 % — запас 12 пунктов, также меньше требуемых 15.
4. Решение: посадка в ближайшем подходящем месте (статья 1.2.05); продолжение маршрута и возврат исключены.

Ответ: запас тяги в висении 15 пунктов; возврат не обеспечен требуемым запасом ни против ветра (5 пунктов), ни с попутным ветром (12 пунктов); решение — посадка на месте.

Вывод. Частичная потеря тяги оставляет аппарат «на первый взгляд работоспособным»: висение сохраняется, и только расчёт показывает, что запас на возврат исчерпан. Решение о продолжении полёта принимается по числам — располагаемой и потребной тяге, а не по факту «аппарат ещё летит».