При обсъждане на стабилността на самолетно търкаляне в параграф FAA за двустранния ефект и за ефекта на кила и в Защо самолетите с високо крило са по-стабилни възниква въпросът за ефекта на махалото.

Това обикновено се описва като център на тежестта, изместен странично от центъра на повдигането по време на преобръщане в самолет с високо крило, причиняващ момент на търкаляне, който възстановява крилата до нивото на ориентация.

полета

Във всяко обяснение, което давате, моля, помислете за случая с делтапланер, който зависи от преместването на тежестта за управление на ролката и стъпката. (Не е нужно да обсъждате терена)

3 отговора 3

За правилна дискусия първо трябва да дефинираме какво е махало. Едва тогава може да се установи дали такъв ефект може да съществува в самолетите.

Нека базираме дефиницията на Wikipedia. Пише това

Махалото е тежест, окачена на въртене, така че да може да се люлее свободно.

Може би си струва също да погледнем по-отблизо какво представлява опора: Нещо, върху което нещо се обръща.

Така махалото е фиксирано към опорна точка, която го държи окачено и му позволява да се люлее свободно. Идеалното махало има цялата си маса в масивния си боб и следователно въртенето и центърът на тежестта са не на същото място. Ако центърът на тежестта и въртенето паднат заедно, махалото може само да се върти, но не и да се люлее. И това люлеещо се движение е това, което е махалото.

Сега за самолетите: Тук нямаме опора. Цялото въртене може да се случи само около центъра на тежестта. Това е еквивалентно на махалото без дължина, което вече не е махало. Но какво ще кажете за делтапланери? Използвайки скицата на Pilothead, нека да разгледаме как един делтапланер започва да се търкаля и да го сравним с това как го прави планер. Горните две скици показват всяка в стабилен прав полет, докато долните две скици показват и двете, иницииращи хвърляне вдясно:

И в двата случая е необходим страничен дисбаланс, за да се създаде подвижен момент (червена кръгла стрелка). Докато пилотът на делтапланера премества цялото крило настрани, пилотът на планера командва разлика в повдигането между двете крила с помощта на елерони. Обърнете внимание на изместването на делтапланера надясно и заедно с него центъра на повдигане в долната лява скица: Центърът на тежестта остава там, където се дължи на запазването на инерцията, докато пилотът ще се измести леко наляво. В случай на планер, не се случва такова странично изместване на плавателния съд; вместо това разпределението на асансьора се измества, за да се създаде дисбаланс. Ефектът е същият: странично изместване между тежестта и повдигането, което причинява момент на търкаляне. Валцуването се случва около центъра на тежестта (поради запазване на инерцията отново) и във всички случаи няма изместване между точката на въртене и работната точка на тежестта, тъй като и двете са еднакви: Центърът на тежестта.

Делтапланът се различава само повърхностно от самолет, защото центърът на асансьора се измества активно, измествайки крилото странично, вместо промяна в разпределението на асансьора (пренебрегвайки влиянието на пилотната маса върху такелажа на всяко крило), но във всички случаи превозното средство ще се върти около центъра на тежестта. Теглото няма лостово рамо към този център на тежестта, така че не може да има ефект на махало. Или ефект на кила, за това.

Теоретично ефектът на махалото е наличен при климатик с високо крило, но ефектът е незначителен, тъй като моментното рамо на центъра на масата е толкова кратко спрямо страничния аеродинамичен център. Както при двугранния, за да действа ефектът, трябва да имате странично приплъзване, а центърът на масата трябва да бъде под страничния аеродинамичен център на странично приплъзващия се фюзелаж, така че да се създава момент на търкаляне от гравитацията спрямо страничната сила.

Най-добрият начин да си представите е да стигнете до крайност; представете си твърдо инсталирана тежест върху солиден стълб, простиращ се на 50 фута под фюзелажа. Ако самолетът се плъзга, ще има някаква странична сила на повдигане, генерирана противоположно на посоката на страничното приплъзване, центрирана някъде върху фюзелажа, и с центъра на масата под този под тежестта на полюса, центърът на масата ще иска да слез под фюзелажа. На нормален самолет с високо крило този ефект е незначителен, ако изобщо има.

Не за парасейли обаче. Ефектът на махалото осигурява цялата странична стабилност на парасейла. Ако парасейл започне да се изплъзва, задникът ви иска да слезе под него, защото центърът на масата е долу, където сте вие, а страничният аеродинамичен център е горе в крилото. Ефектът на махалото върху парашута е толкова силен, че те могат да се наклонят, като се плъзгат, въпреки че плъзгането се индуцира от повишаване на повдигнете от вътрешната половина на крилото (това е придружаващото съпротивление, което прави действителното завъртане). С други думи, ефектът на махалото преодолява противоположния момент на търкаляне на спуснатия заден ръб.

При самолет с високо крило основният ефект от конфигурацията е аеродинамичен двустранен, който е диференциалният лифт, създаден от странично приплъзване, където разпръснатият поток е възпрепятстван под крилото, но не и по-горе от конфигурацията Т, което има тенденция да увеличава повдигането на ниското крило. Самолетът с високо крило може да има достатъчен саморазливен ефект от аеродинамичната диедрала, за да може да се измъкне без геометрична двустранност, а крилото е право, въпреки че повечето включват и някои геометрични двустранни.

Добър пример за това е водният бомбардировач CL-215. Крилата са прави и има достатъчен двугранен ефект от разположението на крилото Т, за да задоволи нуждите на стабилността на търкалянето на мисията на самолета. Но когато преобразуването в турбовитлов CL-415 беше направено, плоските гондоли на двигателите PW123 бяха открити, че имат блокиращ ефект върху разпръснатия поток над крилото в странично приплъзване, което е еквивалентно на удължаване на фюзелажа над крилото, убивайки много на аеродинамичния двугранен ефект. Всеки ефект на махалото, който е бил там, не е бил значителен (ако не друго, центърът на масата на 415 е бил по-нисък поради по-леките двигатели спрямо R2800s на 215).

Оправянето за CL415 беше едно от най-големите аеродинамични лепенки, които някога съм виждал, онези странни малки удължения на крилата (те НЕ са крила), които създават точно достатъчно двустранен ефект в страничното приплъзване, за да възстановят загубеното от добавянето на перката -подобни на гондоли.

Виждате обратното при самолети с високо крило с размах, защото има силен диедрален ефект от самото размахване. Комбинацията от T конфигурация и размах създава твърде много двустранни ефекти. И така, почти всички самолети с високо крило с размахани крила имат анхедрал, за да премахнат излишъка.

"Ефектът на махалото", използван в аеродинамичната теория, НЕ включва непременно тежест, която може свободно да се люлее. Може би това е лоша фраза за описване на това, за което говорим, но това е, което стана обичайно. Също така е малко подвеждащо, защото предполага, че самата гравитация по някакъв начин упражнява пряк въртящ момент на самолета. Това всъщност не е така - гравитацията или тежестта действат на CG и следователно не упражняват пряк въртящ момент на търкаляне. И все пак, ниско поставяне на CG ДАВА тенденция да води до стабилизиращ въртящ момент на търкаляне, който е много подобен на въртящия момент на ролката, допринесен от двустранно, размахване и т.н. Всички тези ефекти допринасят за стабилизиращ въртящ момент на въртене при "вятър" при наличие на странично приплъзване. Всички тези ефекти биха могли да кажат, че изместват цялостния „ефективен двуъгълник“ на въздухоплавателното средство - връзката между страничното приплъзване и въртящия момент на въртене при „вятър“ - в по-положителна или по-малко отрицателна посока

Помислете за самолети със свободен полет с крило на пилон високо над фюзелажа. Помислете за парапланери, които имат силна антедрална геометрия на сводестото крило и въпреки това обикновено са доста стабилни на руло - както се илюстрира от безброй истории за умишлено и случайно летене в облак в такива самолети с минимални инструменти и въпреки това с приемливи резултати.

Имайте предвид, че многобройните линии, свързващи пилота на парапланера с крилото, по същество действат като неподвижни подпори поради участващата триъгълна геометрия.

Ключът към разбирането на "ефекта на махалото" се крие в разбирането, че завойът обикновено включва някакво странично приплъзване (поради причини, които не са прости) и че по време на странично приплъзване силата на плъзгане на самолета има страничен компонент спрямо надлъжната ос на самолета и ние също така генерираме аеродинамична странична сила ("странично повдигане", действаща перпендикулярно на векторите за повдигане и плъзгане), докато въздушният поток удря страната на фюзелажа, вертикалната опашка и др. Всяка странична сила, която действа над или под CG, ще допринесе въртящ момент.

В парапланер същата геометрия на крилата на крилата, която трябва да допринесе за известно количество дестабилизиращ въртящ момент на въртене по време на странично приплъзване поради разликата в ъгъла на атака между лявата и дясната половина на навеса или крилото, също разкрива страхотно сделка от повърхността на страничния поток, високо над CG, допринасящ за стабилизиращ въртящ момент на въртене на "вятъра" - "ефект на махалото". Очевидно в парапланер последният доминира над първия.

Самолетите с високо крило се възползват от подобрената стабилност на търкаляне поради „ефекта на махалото“, въпреки че има и допълнителен въртящ момент на въртене „надолу вятър“, създаден от смущения между фюзелажа и крилата. Последният може да отсъства, ако крилото е монтирано на подпори високо над фюзелажа - конфигурацията "чадър".

В делтапланер пилотът виси от гъвкава лента, обикновено свързана близо до самолета CG. В такъв случай „ефект на махалото“ е налице само когато пилотът се заключи на място с ръцете си - т.е. когато използва мускулите си, за да направи въвеждане на ролка. Когато е със свободни ръце, теглото му действа на CG и няма "ефект на махалото", въпреки че по време на странично приплъзване тялото му има тенденция да се измества леко (няколко инча) към "нагоре" страната на контролната рамка, точно както би направила плъзгащата се топка. Имайте предвид, че склонността на пилота да се люлее леко към вятърната страна на контролната рамка по време на приплъзване, е просто отражение на страничния компонент на силата на съпротивление на крилото плюс аеродинамичната странична сила, генерирана от крилото - ако те бяха нула, пилотът би нямат тенденция да се отклоняват към страната на вятъра на контролната рамка и плъзгащата се топка ще остане центрирана. (Всъщност, в такъв случай вятърът всъщност би издухал пилота към другата страна на контролната рамка - страната на вятъра - по време на приплъзване. Тялото на пилота би действало по-скоро като наклонна струна, отколкото на плъзгаща се топка ! Това не е това, което наблюдаваме на практика.)

В този отговор, освен когато изрично е посочено друго, ще разгледаме делтапланера в случая „свободни ръце“ - т.е. когато пилотът упражнява нулева мускулна сила. Същата динамика влияе и върху контролните входове (мускулна сила), които пилотът трябва да упражни, за да получи даден резултат (напр. Скорост на търкаляне), но няма да изследваме това много задълбочено в този отговор.

При някои по-стари конструкции "висящата лента" на пилота, свързана с делтапланера на няколко фута под "киловата тръба" - в този случай теглото на пилота действаше доста под CG на планера и така страничните аеродинамични сили, генерирани от крилото по време на приплъзване всъщност допринася за стабилизиращ "ефект на махалото". В такъв случай е еднакво валидно да се гледа на пилота и планера като на отделни тела и да се отбележи въртящият момент на търкаляне, генериран от страничното издърпване на окачената лента на пилота върху планера, или да се гледа на планера и пилота като на една система (с масата на пилота, за който се смята, че е разположен в точката, където "окачената лента" се свързва с планера), и отбелязва въртящия момент на търкаляне, генериран от страничните аеродинамични сили, действащи над CG на цялата система.

На много съвременни делтапланери „закачащата лента“ на пилота всъщност се свързва с планера, разположен частично нагоре, или на планери без кралски стойки, на малко стърчащо поле, залепващо на няколко сантиметра над киловата тръба. В този случай теглото на пилота действа над CG на планера, така че взаимодействието между страничните аеродинамични сили в приплъзване и масата на пилота, допринася за дестабилизиращ въртящ момент на въртене при въртене - ефект на „махалото“ . Това се прави, за да се увеличи маневреността. Делтапланерите изпитват значително странично приплъзване поради неблагополучен наклон по време на търкаляне, така че прекомерният „ефективен двуъгълник“ - допринасящ за прекомерен въртящ момент на въртене „надолу“ при наличие на странично приплъзване - е много нежелан и значително ограничава скоростта на търкаляне, която може да бъде постигната.

Обърнете внимание, че крилото с форма на чайка, което виждаме при много делтапланери - особено с оглед на задния ръб - допринася за двустранна геометрия към вътрешната част на крилото и антедрална геометрия към външната част на крилото. Дори ако нетният резултат по отношение на чисто двугранния ефект е нула - което може да бъде или не - случаят на този тип дизайн увеличава общото количество повърхност, изложена на страничния въздушен поток по време на странично приплъзване. Така страничният аеродинамичен компонент на сила по време на приплъзване ще бъде по-голям с такъв дизайн, отколкото с напълно плоско крило. Това може би е най-добре описано като неволно последствие от формата на крилото, която се е развила по други причини. При някои по-стари делтапланери, които са имали значително по-голямо „платно“ - повече „арка“ към задния ръб, - отколкото днешните проекти, пилотът вероятно е имал много по-голяма тенденция да „пада“ към ниската или „по посока на вятъра“ страна на контролната рамка по време на странично приплъзване, поради увеличената странична площ, изложена на въздушния поток.

Както беше отбелязано по-горе, връзката между ъгъла на наклона, завиването и приплъзването е сложна. Той се задвижва отчасти от увеличеното съпротивление, което изпитва външният връх на крилото при завъртащ се полет, поради по-високата си въздушна скорост. Погрешно е схващането, че банкирането автоматично генерира фиш, просто защото теглото вече има страничен компонент в референтната система на самолета. Също така е погрешно схващането да се смята, че банкирането автоматично генерира приплъзване, просто защото векторът на повдигане вече е наклонен спрямо земята, а векторът на повдигане на крилото вече има хоризонтален компонент - това е вярно при всеки наклонен завой, приплъзване или не. Понякога инерцията на въртене на въртене може да играе значителна, макар и преходна роля в причиняването на странично приплъзване. В действителния полет при много самолети (включително делтапланери) можем да забележим, че приплъзването се задвижва преобладаващо от скоростта на търкаляне и в много по-малка степен от скоростта на отклонение. Един пример за случай, при който често можем да видим съществено странично приплъзване без скорост на търкаляне, е, когато преминаваме отгоре на крило, с ъгъл от 90 градуса, без вход на кормилото. Пълното проучване на точно какви маневри ще включва странично приплъзване и до каква степен и защо е далеч извън обхвата на този отговор.