home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Amiga Collections: MegaDisc / MegaDisc 27 (1992-03)(MegaDisc Digital Publishing)(AU)(Disk 1 of 2)[WB].zip / MegaDisc 27 (1992-03)(MegaDisc Digital Publishing)(AU)(Disk 1 of 2)[WB].adf / Flight_Sims / Flight_Sim_Theory / Flight_Sim_Theory
Text File  |  1992-03-30  |  16KB  |  288 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.                    COMING TO GRIPS WITH FLIGHT SIMULATOR 11  
  5.  
  6.  
  7.                               by Ben Campbell
  8.  
  9.  
  10.    Ed: This is the first in a series of articles by Ben on the technical
  11.   aspects of using Flight Simulators - ie, he goes into the details of flying
  12.   from a background of real flying, and if you follow it, you'll learn plenty
  13.   about flying as well as get a lot more out of your digital loop-de-looping.
  14.   Let us know if you like this piece, because it's a lot of work for Ben and
  15.   a bit of feedback wouldn't go astray. See the accompanying graphics where
  16.   they're referred to in the article - either by just double-clicking on the
  17.   icons or via the menu of Fullview.
  18.  
  19.  
  20.    (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 ))
  21.  
  22.  
  23.    Are you one of the countless number of computer pilots who departed Runway
  24.   27 only to become another Oakland Airport Crash Statistic? Whilst I don't
  25.   claim to be any sort of expert, maybe the following observations and
  26.   deductions might be of help, interest, or at least a catalyst for some
  27.   thoughts of your own.
  28.  
  29.    Probably all young boys dream of flying and I was no exception. My
  30.   childhood dreams were realised when, as a 17 year old (over 20 years ago
  31.   now), I would make a weekly pilgrimage to Archerfield and, for one glorious
  32.   hour or so, rise above the worries of the world to join with the sun and
  33.   the clouds.
  34.  
  35.    In those days the cost was only $17 per hour. Still, that represented a
  36.   goodly portion of my wage at the time. Sadly, those halcyon days are long
  37.   past, and flying costs have not been spared from the ravages of inflation
  38.   (Nowdays costing something more like $100 per hour). But, old aviators
  39.   never die and I, and probably many others, owe eternal gratitude to a
  40.   gentleman by the name of Bruce Artwick for providing a cost effective
  41.   substitute with FS11.
  42.  
  43.    The Romance of Flight
  44.  
  45.    I imagine that aviators experience another dimension with FS2 simply
  46.   because they can relate to what FS2 is all about. It's not just a 'go
  47.   where you point it' device. Seemingly it has some logic of its own and
  48.   can be unforgiving of unskilled, careless or impatient handling. Just like
  49.   real aircraft, one has to learn its seemingly peculiar ways and work in
  50.   harmony. Finally the reward will come when, just as with real aircraft,
  51.   you undergo a new experience - the airplane is no longer a separate entity,
  52.   it's simply an extension of yourself (or perhaps you become part of of it,
  53.   a birdlike creature with the freedom of the skies.)
  54.  
  55.    So much for the romance of flight, what about the reality of all those
  56.   aircraft that never returned safely to Runway 27!
  57.  
  58.  
  59.    Training Scenario
  60.  
  61.    Let's go through a training scenario. I'll presume that you have had a
  62.   read of the program manual and have gained a basic understanding of the
  63.   aircraft controls and the mouse and keyboard interaction. For the purpose
  64.   of this exercise we will rely on keyboard flight control. (Using '9' and
  65.   '3' of the numeric keypad to control throttle and '8' and '2' to control
  66.   nose up and nose down.)
  67.  
  68.    On commencement, FS11 defaults to Oakland Runway 27R, and the engine is
  69.   idling over at 650RPM. For the sake of instruction, it will help if you
  70.   open up an auxiliary window with a 'Spot Plane' view looking side on to
  71.   your aircraft. Resize this auxiliary window smaller and move it over to
  72.   the side of your main window so you can still get a clear view of the
  73.   runway. Using keypad controls hold down '9' until the throttle is fully
  74.   open at 2500RPM. So far so good, the aircraft starts to roll forward and
  75.   progressively increases speed. Takeoff speed for a Cessna 182 is in the
  76.   order of 65kts but to do this you will need to apply some 'nose up'
  77.   control. Commencing at about 50kts, tap the '2' key about 15 times with a
  78.   short interval between each tap. It doesn't matter if the speed at which
  79.   we lift off is far in excess of 65kts, what's more important is the ongoing
  80.   effect of the 'nose up' application after the aircraft has been given a
  81.   chance to fully respond. Finally we become airborne, and depending on how
  82.   much 'nose up' we applied, the airspeed should settle down somewhere about
  83.   80kts. (It is important to note that two keystrokes applied in very rapid
  84.   succession will register far greater that two keystrokes with a short
  85.   interval between). Now, using the '8' and '2' keys, lets try to trim up
  86.   for a 70kts climb. Don't be too hasty. Apply only 2 or 3 keystrokes at a
  87.   time (with short intervals between) and then give the aircraft 15 seconds
  88.   or so to fully respond. Remember our aircraft is operating in a 'f luid'
  89.   medium, namely Air, and things might not happen quite as fast as, say,
  90.   applying the brakes when driving a car. Notice how the '8' key causes a
  91.   'nose down' reaction and this increases our airspeed. The '2' key causes
  92.   the reverse to happen.
  93.  
  94.    Finally we achieve a stable airspeed of 70 kts. All the while the engine
  95.   has been operating at full throttle - 2500 RPM. Note the position of the
  96.   horizon - about 1/5 the way up the aircraft's windscreen. A pilot gets as
  97.   much, if not more, information from the outside world than from his
  98.   instruments. Just the same as you don't drive around with your eyes glued
  99.   to your car instruments, good pilots soon learn not to fly with their head
  100.   'buried in the cockpit'. With FS11 we're a bit lucky. We don't have to
  101.   contend with other aircraft (which can be very difficult to spot in the
  102.   air) so we can be a little bit more indulgent until we've picked up the
  103.   general feel of things. But, as with a real aircraft, we'll soon see the
  104.   value of continually using the view of the outside horizon in addition to
  105.   regularly monitoring the instruments.
  106.  
  107.  
  108.    Now hopefully we're at an altitude over 1000ft - let's close (shut off)
  109.   the throttle but DON'T change the pitch (Nose up/down) setting. Notice
  110.   how initially our aircraft remains pointed in the same direction while the
  111.   airspeed washes off. Then, all by itself, the nose starts to sink and the
  112.   airspeed increases until finally the aircraft settles into a glide with the
  113.   airspeed very close to what we had before. A similar phenomenon occurs
  114.   when full power is applied while our aircraft is in a glide. Initially
  115.   our aircraft will speed up, the nose subsequently rises, and finally the
  116.   aircraft settles down to a steady climb with the airspeed close to what we
  117.   originally had. With small incremental power changes the aircraft
  118.   generally doesn't have any significant intermediate airspeed changes. It
  119.   simply automatically changes pitch and maintains something close to the
  120.   original airspeed... And this is the drill that pilots use in real
  121.   aircraft. Aircraft are designed for optimum performance in a number of
  122.   part icular flying configurations - climbing, cruising straight & level and
  123.   gliding.
  124.  
  125.    PAT & PATC
  126.  
  127.    To change from one configuration to another, pilots follow a
  128.   drill called 'PAT'. Power, Attitude and, Trim. First the POWER setting is
  129.   changed. A slick pilot then usually momentarily adjusts the pitch so that
  130.   the intermediate airspeed change does not occur while the aircraft is
  131.   adopting a changed ATTITUDE. (Naturally, when close to the ground, it's
  132.   not too healthy to apply power with the nose pointing in any way
  133.   downwards). Finally a pilot will fine tune the T‚r‚i‚m‚ to make sure he is
  134.   flying at the precisely intended airspeed (and then he usually checks
  135.   things a minute or so later to see that things haven't varied.) I remember
  136.   being taught the drill as PATC - Power, Attitude, Trim, Check. In either
  137.   case, a tidy pilot generally keeps things 'in check' every minute or so
  138.   anyway - And that's part of the challenge of FS11 - not just to be able
  139.   'walk away' from every landing, but to be a 'tidy pilot', taking pride in
  140.   being able to work with the aircraft to fly consistently and keep within
  141.   personal tolerances. A bit like a golfer with his handicap, I guess.
  142.  
  143.  
  144.    Plane's Brain - Some Theory
  145.  
  146.    But how does the aircraft have a 'brain' of its own to keep the airspeed
  147.   so consistent? Well like all things in life, we have to bear with a little
  148.   theory, but once learned and inwardly digested, it's amazing how much
  149.   easier things are to understand.
  150.  
  151.    Aircraft become, and remain, airborne by utilising the movement of air
  152.   over their wings to overcome the Force due to Gravity. This Force due to
  153.   Gravity is commonly referred to as 'Weight'. Movement of air over the
  154.   wings is achieved by forward movement of the aircraft. Should forward
  155.   movement cease or fall below a critical speed, the aircraft will literally
  156.   fall from the skies. To use the technical term, the aircraft will 'Stall".
  157.  
  158.    Forward movement can be achieved by two means:-
  159.  
  160.  1. By having the aircraft thrust forward either by a propeller or jet, or
  161.  
  162.  2. By gliding. With the nose pointed downwards, the Lift from the wings
  163.   is inclined forwards. The Lift and the Weight oppose each other and the
  164.   residual Force is what keeps our aircraft moving along.  The diagram (FS2
  165.   Fig 1) shows our primary Forces and how they can be combined to produce a
  166.   resultant.
  167.  
  168.  
  169. So far I've mentioned Three Forces:-
  170.  
  171.  1. Weight. The Force due to Gravity acting upon the Mass of the Aircraft
  172.   (This Force can be imagined to operate through one particular point called
  173.   the 'Centre of Gravity').
  174.  
  175.  2. Lift. The Force caused by the movement of air over the wings. This
  176.   Force, under normal sober flying practice, opposes the Weight. Lift can
  177.   also be imagined to operate through a particular point, called the 'Centre
  178.   of Lift'.
  179.  
  180.    As we shall see later, the Centre of Lift and the Centre of Gravity don't
  181.   necessarily coincide.
  182.  
  183.  3. Thrust. The Force exerted by a propeller or jet. Again, we can
  184.   imagine this Force to operate through a particular point called the 'Centre
  185.   of Thrust'.
  186.  
  187.    Drag
  188.  
  189.    There is still one other Force to come into the equation. This one is
  190.   called Drag. Like Weight, Drag is also provided courtesy of Mother Nature.
  191.   However, unlike Weight, which generally remains constant (Unless we drop a
  192.   bomb or two) Drag varies according to the Velocity of our aircraft. In
  193.   fact, Drag varies in proportion to the Velocity squared, ie, at 140 kts
  194.   (the cruising speed of our Cessna 182 with underecarriage retracted and
  195.   flaps up) the Drag is 4 times greater than it is at 70 kts.  As with the
  196.   other forces, Drag might also be considered as a Nett Force acting through
  197.   a particular point.
  198.  
  199.    We've seen how these forces operate on an aircraft in a glide. Let's now
  200.   see what the situation is when we're cruising along flying straight and
  201.   level.  (Refer FS2 Fig 2)
  202.  
  203.    Just a Moment
  204.  
  205.    Notice in the above Fig 2 I've chosen to show the Forces of Lift and
  206.   Weight being of equal magnitude but operating through different points such
  207.   that an anticlockwise Couple (or Bending Moment) results. I've also chosen
  208.   to show Thrust and Drag with much smaller but again equal magnitudes but
  209.   with points of application which cause a clockwise Moment. Without getting
  210.   into complex mathematics, let's imagine that the clockwise and
  211.   anticlockwise Moments cancel each other out. In summary, no residual (ie
  212.   unbalanced) Forces or Moments. This particular state of affairs is
  213.   referred to as 'Equilibrium'. Now Isaac Newton was a man who knew his
  214.   apples (including what happens when the influence of gravity on them is
  215.   unopposed). Long before the days of Cessna 182s and FS11, Sir Isaac gave
  216.   deep thought to this blissful state of affairs called Equilibrium and
  217.   thence proclaimed his First Law of Motion - 'A body continues in its state
  218.   of rest or uniform motion unless an unbalanced force acts on it'. Our
  219.   airplane is not at rest but it is in a state of uniform motion. ie It is
  220.   moving with constant velocity - no acceleration - the airspeed is steady.
  221.   Why do I refer to Equilibrium as a state of bliss? Well basically when we
  222.   and Mother Nature sort out our differences and establish Equilibrium, we
  223.   can sit back, relax and our airplane will fly itself. (Until a gust of
  224.   wind or something else comes along to upset the applecart.)
  225.  
  226.    Decreasing Power
  227.  
  228.    Now imagine the situation we have when we reduce power. First the Thrust
  229.   is reduced. For the present, Inertia keeps our aircraft going. The Drag
  230.   Force (a product of Velocity) still remains, and the imbalance between Drag
  231.   and Thrust causes our airplane to decelerate. (The airspeed 'washes off'
  232.   and, when Drag and Thrust are again in balance, we we will get back to a
  233.   situation of flying at constant velocity). As a result of power being
  234.   reduced, there also occurs a significant rearrangement of things due to an
  235.   inbalance in the Moments. The Clockwise Moments caused by Drag & Thrust
  236.   are considerably reduced because the magnitude of both these Forces was
  237.   reduced. The Weight Moment remains unchanged and the Moment produced by
  238.   the Lift Force is in fact reduced slightly (for reasons I won't pursue
  239.   here), but overall the combined Anticlockwise Moments of Weight and Lift
  240.   'overpower' the Clockwise Moments of Thrust and Drag. So the nose sinks
  241.   until a point is reached where, once again, the Moments balance. Due to
  242.   the resulting change in attitude, the airspeed is affected (it increases
  243.   back to roughly where it was originally) and guess what happens as a
  244.   result? Yes, finally the imbalance between Thrust and Drag, and Lift and
  245.   Weight as well as the Moments pr oduced by these Forces gets sorted out,
  246.   and we settle back to Equilibrium.
  247.  
  248.    Increasing Power
  249.  
  250.    Naturally,the reverse happens when we increase power - initially airspeed
  251.   is increased and subsequently the nose will rise and the airspeed will
  252.   finally settle down near to what it was originally.... Now it all starts
  253.   to add up.... and we can only sit back and marvel at the aeronautical
  254.   engineer who spent countless hours over a slide rule (probably all that was
  255.   around when Cessna 182s first came off the drawing board) and came up with
  256.   such a finely balanced work of art - and also marvel how Bruce Art wick has
  257.   faithfully incorporated this behavior in FS2.
  258.  
  259.    Real Life Situations
  260.  
  261.    Let's imagine some real life situations. We've carefully trimmed our
  262.   aircraft cruising along say at 2000RPM in Straight & Level flight.
  263.   Suddenly without warning we have an engine failure. Yes, the aircraft is
  264.   naturally sinking into a slightly nose down g lide, and all by itself
  265.   avoiding a dreaded 'Stall' while we desperately try to locate the source of
  266.   the power failure, put out a 'Mayday' call, quoting Greenwich Mean Time by
  267.   the way, and hopefully spot and line up a suitable paddock to put down in.
  268.   I well remember those 'fun days', cruising at 3000ft over Loganlea,
  269.   savoring my $17 an hour worth, when unexpectedly my flying instructor would
  270.   rip off the throttle and gleefully announce a simulated engine
  271.   failure!!!*#@&.
  272.  
  273.    When doing landing approaches you also appreciate a bit of assistance
  274.   while you're very busy looking out for other aircraft on the ground and in
  275.   the air, as well as judging your approach hoping to come in over the
  276.   threshold at the right height despite variable headwinds and pockets of
  277.   rising and decending air.
  278.  
  279.    So, aircraft are not such uncontrollable brutes after all. In fact they
  280.   can be downright friendly when you have a little patience to come to a
  281.   working arrangement to share some of the jobs between you!
  282.  
  283.    Good luck & happy landings.
  284.  
  285.  
  286.    (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 )) (( 27 ))
  287.  
  288.