パイロットによる振動

^{MIL-HDBK-1797A [1]}で定義されているパイロット誘起振動(PIO) は、パイロットが航空機を制御しようとする努力の結果として生じる持続的または制御不能な振動です。これは、航空機のパイロットが、前の入力に対する航空機の反応を反対方向への過剰な修正でカバーしようとする試みである、反対方向への一連の修正を不注意に頻繁に増加させるように指示したときに発生します。このような状態の航空機は、上方向と下方向を切り替える「ポーポイジング」しているように見える場合があります。したがって、これはパイロットの入力の周波数と航空機自体の周波数の結合です。振動が必ずしもパイロットのせいであるという仮定を避けるために、パイロット誘起振動に代わる新しい用語が提案されています。これには、航空機パイロット結合、パイロットインザループ振動、パイロット支援 (または増強) 振動が含まれます。^[2]

飛行の物理的性質上、このような振動は自動車の運転手よりもパイロットの方が起こりやすい。例えば、上昇エレベーターをかけて航空機を上昇させようとすると、対気速度も低下する。

もう 1 つの要因は、航空機自体の応答速度と比較した飛行計器の応答速度です。たとえば、出力が増加しても指示対気速度がすぐに増加するわけではなく、上昇率の増加が垂直速度計にすぐに現れるわけでもありません。たとえば、毎分 500 フィートの降下を目標とするパイロットは、意図したよりも急速に降下していることに気付く場合があります。パイロットは、垂直速度計が毎分 500 フィートを示すまでエレベーターを上げ始めます。しかし、垂直速度計は実際の垂直速度より遅れるため、航空機は実際には毎分 500 フィートよりはるかに低い速度で降下しています。次にパイロットは、垂直速度計が毎分 500 フィートを示すまでエレベーターを下げ始め、サイクルを最初からやり直します。このように、対気速度が常に変動するため、垂直速度を安定させることが困難になることがあります。制御の観点から見ると、この振動は、パイロットの応答の遅れによって引き起こされる位相マージンの低下の結果です。この問題は、たとえば、上昇率の表示が現在の上昇率を反映するだけでなく、上昇率の変化率にも敏感になるように、計器に遅延項を追加することで、場合によっては軽減されています。

パイロットによる振動は、航空機、パイロット、またはその両方の原因である可能性があります。これは、経験の浅いパイロット、特にパイロット訓練生によく見られる問題ですが、 NASAの リフティング ボディプログラムのトップ レベルの研究テスト パイロットにとっても問題でした。この問題は、いわゆる「ショート カップルド」航空機で、主翼と尾翼が互いに接近している場合に最も深刻です。飛行テスト中、パイロットによる振動は、分析される操縦品質要因の 1 つであり、航空機は確立されたスケール (右のグラフ) で等級付けされます。

パイロットによって引き起こされる最も危険な振動は、着陸時に発生する可能性があります。フレア中にエレベーターを上げすぎると、飛行機が危険なほど遅くなり、失速する恐れがあります。これに対する自然な反応は、機首を上げるよりも強く機首を下げることですが、そうするとパイロットは地面を見つめることになります。エレベーターをさらに大きく上げると、サイクルが再び始まります。

パイロット誘起振動は、多くの場合、かなり低い振幅から始まり、小さな摂動の線形理論で適切に処理できますが、いくつかのPIOは振幅が徐々に増加します。^[3]

1974年1月20日、YF-16（ジェネラル・ダイナミクスのF-16ファイティング・ファルコンの開発試作機）が高速タクシーテスト中、PIOにより機体が滑走路の左に逸れてしまった。テストパイロットは離陸を決断し、6分後に無事着陸した。^{[4]この意図しない初飛行の後、開発チームは}フライバイワイヤ・コンピューター のロールゲインを減らし、離陸時や着陸時の同様のPIOを排除した。

1989 年 2 月、JAS 39 グリペンの試作機がスウェーデンのリンシェーピングに着陸する際に墜落しました。原因は、過敏でありながら応答が遅い飛行制御システムによるパイロット誘発振動であると判明しました。その後、飛行制御システムは再設計されました。

1992年にカリフォルニア州のエドワーズ空軍基地に着陸したロッキード YF-22試作機の墜落事故は、操縦士による振動が原因であるとされた。この墜落事故はアクチュエータの速度制限に関連しており、操縦士のトム・モーゲンフェルドがピッチ変動を過剰に補正したことが原因だった。

• フゴイド

• リード、リスター、イェーガー、「翼のない飛行：揚力体の物語」、p. xvii、2002年、ケンタッキー大学出版局、ISBN 0-8131-9026-6 

• スペースシャトルエンタープライズがテスト飛行中にPIOとともに着陸するビデオ（NASA）
• PIO による F-8 着陸のビデオ (NASA)
• 航空機所有者およびパイロット協会によるバウンス、バルーン、イルカ