Что случилось, что заставило меня испытать отрицательную перегрузку с ручкой управления ПОЛНОСТЬЮ НАЗАД в верхней части петли?

Ты был слишком медленным.

Начните петлю с большей скоростью и тяните больше (если позволяет предел g вашего самолета) в начале, чтобы у вас была большая скорость наверху.

Что случилось с аэродинамикой?

Без аэродинамики вы чувствуете -1 g в верхней части петли, просто перевернув самолет. Так как самолет испытывает одинаковое ускорение, вы оба двигаетесь вместе, пока вертикальная скорость не возрастет и сопротивление не удержит самолет. Это когда у вас есть ощущение отрицательного gs. Чтобы оставаться с положительной g, вам нужна центробежная сила, чтобы компенсировать земное притяжение. Это произведение квадрата скорости вращения шага и радиуса петли. Если ваша скорость полета упадет, радиус также уменьшится и оставит небольшую центробежную силу, даже при высокой скорости тангажа. Дэн Пичелман правильно описывает, как такая петля выглядит для стороннего наблюдателя.

Таким образом, здесь мало аэродинамики, кроме сопротивления - низкая скорость уменьшит все аэродинамические силы. Угол атаки на крыло незначителен - имеет значение сила инерции движущегося самолета (помимо силы тяжести, конечно).

Если ваш самолет размещает вас позади центра тяжести, сильное тяговое усилие даст вам ощущение отрицательной перегрузки, даже если самолет в целом все еще находится в положительной перегрузке. Любое маневрирование добавит инерционные эффекты, которые возрастают по мере удаления пилота от центра тяжести.

Как я могу изменить свою технику, чтобы предотвратить это?

Летите быстрее и будьте достаточно быстры наверху, чтобы оттолкнуться , чтобы закруглить петлю, чтобы она больше походила на круг. Но обязательно оставайтесь в пределах своего самолета. Опять же, Дэн прав: это действительно отстой, когда складываются крылья.

Отрицательные gs совершенно нормальны в верхней части цикла. Когда я сделал свой первый виток в самолете с открытой кабиной (не меньше, чем в Боинге Стирмане), я сделал именно это: толкнул в верхнюю часть. Однако это продолжалось недолго, потому что мой инструктор тут же заскулил «тяни, тяни!». Он не закрыл карманы летной куртки и начал терять их содержимое. Поэтому перед выполнением фигур высшего пилотажа убедитесь, что все оборудование закреплено.

Типичная петля «для развлечения», выполняемая кем-то с небольшим опытом, обычно имеет форму прописной строчной буквы «L» или «E», а не круга. Есть довольно мягкое натяжение из горизонтального положения в вертикальное, затем резкое натяжение вверху.

Если бы это было так, вы могли бы легко потянуть в вертикальное положение, ослабить давление на палку, чтобы подняться почти прямо вверх на некоторое время, а затем потянуть немного сильнее, чтобы поднять нос над вершиной.

Затем вы будете висеть на ремнях безопасности в течение нескольких секунд (больше, если вы не будете продолжать тянуть ручку назад), пока нос не вернется обратно в горизонтальный полет.

1. Что случилось с аэродинамикой? Соприкасалось ли крыло с воздухом под отрицательным углом атаки (создавая подъемную силу, направленную в небо) в этот момент?

Да, с точки зрения крыла, у вас кратковременно был отрицательный угол атаки подъемной силы.

2. Как я могу изменить свою технику, чтобы предотвратить это?

1. Убедитесь, что ваш самолет подходит для высшего пилотажа. Небольшая ошибка может легко превысить пределы предельной нагрузки. Это действительно отстой, когда складываются крылья.
2. Поднимитесь с квалифицированным инструктором. Наденьте парашюты. Если вам нужно найти инструктора, поищите на сайте www.iac.org.

3. Узнайте, где искать:

   • Смотрите поверх носа, пока вы можете видеть горизонт.
   • Смотрите на кончик левого крыла, пока не окажетесь в точке 3/8 петли.
   • Посмотрите прямо вверх через навес или окно на крыше и увидьте горизонт.

   Поддерживайте постоянную «скорость изменения высоты тона».

Гравитация и/или «центробежная сила» не влияют на силу, «чувствуемую» пилотом (и конструкцией самолета). Вносят вклад только аэродинамические силы. На самом деле кажущаяся центробежная сила, создаваемая вращением О ЦТ САМОЛЕТА, «ощущается» пилотом, но это, по-видимому, вносит положительную составляющую перегрузки для пилота, сидящего перед ЦТ самолета во время цикла. Это, безусловно, будет иметь значение только для самолета с кабиной пилота далеко перед центром тяжести, который очень быстро вращается вокруг центра тяжести.

Чтобы отрицательная G возникла в верхней части петли, крыло действительно должно было иметь отрицательный угол атаки в этой точке, даже если ручка полностью отодвинута назад. Вот как это могло произойти:

В верхней части петли воздушная скорость была довольно низкой, а это означало, что траектория полета имела очень малый (малый) радиус кривизны траектории полета из-за низкой воздушной скорости. Обратите внимание, что гравитация и аэродинамическая сила объединяются, чтобы определить общее криволинейное ускорение самолета в пространстве, а гравитация заставляет траекторию полета изгибаться к земле в верхней части петли, даже если аэродинамическая подъемная сила очень мала или даже отрицательна (к небу). . Поскольку различные молекулы самолета в любой данный момент движутся в разных направлениях (подумайте о плоском вращении в качестве крайнего примера), относительный ветер (имеется в виду невозмущенный воздушный поток — кажущийся ветер, создаваемый движением самолета — направление, из которого исходил бы воздушный поток, если бы оно не было изменено возмущением, создаваемым физическим присутствием самолета) "

Если фюзеляж не может изгибаться, как банан (сторона «фонарика» является вогнутой стороной, а сторона «брюшка» является выпуклой стороной), чтобы соответствовать изгибающемуся потоку, мы можем визуализировать (грубо говоря), что изгибающийся поток будет иметь тенденцию «нажимать» на нижнюю часть («брюшную» сторону) горизонтального оперения и наклонять нос к животу самолета - в данном случае к небу. Как будто мы даем самолету отрицательную декальацию. Из-за этого крутящего момента полного заднего руля высоты может быть недостаточно для обеспечения положительного угла атаки крыла. Более высокая скорость входа (или более сильное начальное притяжение) увеличивает воздушную скорость в верхней части петли, увеличивая радиус петли и избегая проблемы с отрицательным значением G.

Другой способ думать о «кривизне относительного ветра» - отметить, что вращение шага всегда приводит к некоторому эффекту «демпфирования шага». Демпфирование тангажа и искривление относительного ветра — две стороны одной медали. Как бы мы ни смотрели на это, мы видим, что «свободный поток» или невозмущенный относительный ветер имеет тенденцию быть направленным «вверх снизу» (т. е. имеет вертикальную составляющую, направленную от днища к фонарю) в задней части фюзеляжа во время полета. петля, которая имеет тенденцию наклонять нос «вниз» (к животу), уменьшая угол атаки крыла. Фактический воздушный поток над задней частью самолета будет зависеть от струи крыла вниз, но заданный вход руля высоты с поднятым носом все равно будет создавать меньший крутящий момент тангажа «поднятым носом», когда траектория полета изгибается в носовой части… вверх" направлении (к куполу), чем это было бы, если бы траектория полета была полностью линейной, а скорость вращения по тангажу была равна нулю. Кривизна относительного ветра - эффект демпфирования тангажа - эффективно снижает «покупку» руля высоты или «рычажное воздействие» на воздух и уменьшает величину крутящего момента тангажа, создаваемого поднятым рулем высоты. , по сравнению с тем, что мы увидели бы при той же воздушной скорости, если бы траектория полета была линейной. Обычный разворот с постоянной воздушной скоростью также включает в себя некоторое вращение по тангажу, поэтому в некоторой степени присутствует тот же эффект - подробнее об этом позже.

Эта динамика является причиной того, что цельноповоротное горизонтальное оперение может быть полезным, особенно в радиоуправляемых моделях самолетов, где усилие на рукояти обеспечивается пружинами в передатчике, и, таким образом, характеристики силы на рукоятке на перегрузку не беспокойство. Полностью цельноповоротные штыри могут быть плохими с точки зрения хорошего увеличения усилия на рукояти с перегрузкой, но посмотрите на хвост этого пилотажного планера Fox - руль высоты занимает более половины общей площади горизонтального оперения. (Это НЕ тот планер, в котором я испытал отрицательную перегрузку в верхней части петли!)

По моему личному опыту, если петля находится в направлении по часовой стрелке, а 12 часов — это верхняя часть петли, а воздушная скорость становится слишком низкой в ​​верхней части петли, отрицательная G (с полностью отведенной назад ручкой) произойдет от примерно с 12:30 до 1:30 или 2:00, а не в самом верху цикла. Похоже, что точка наименьшей воздушной скорости не находится в точке с самой сильной отрицательной перегрузкой, а перегрузка фактически может быть положительной в точке наименьшей воздушной скорости, что, вероятно, происходит где-то между 12:00 и 12:30. позиции. Я не знаю причины этого. Возможно, я неправильно воспринимал положение самолета в петле из-за необычного положения и непривычной картинки прицела, но я так не думаю. Поскольку крутящий момент шага управляет изменением скорости вращения, а не напрямую влияет на скорость вращения, возможно, был просто временной лаг между моментом, когда хвост начал «чувствовать» сильное изменение направления воздушного потока из-за уменьшения радиуса в верхней части петли, и временем, когда скорость вращения самолета по тангажу была достаточно изменена на этот крутящий момент по тангажу относительно (не обязательно постоянной) скорости вращения по тангажу, которая потребовалась бы в любой данный момент для поддержания постоянного угла атаки, чтобы привести крыло к отрицательному углу атаки. Это всего лишь гипотеза. относительно (не обязательно постоянной) скорости вращения по тангажу, которая потребовалась бы в любой данный момент для поддержания постоянного угла атаки, чтобы привести крыло к отрицательному углу атаки. Это всего лишь гипотеза. относительно (не обязательно постоянной) скорости вращения по тангажу, которая потребовалась бы в любой данный момент для поддержания постоянного угла атаки, чтобы привести крыло к отрицательному углу атаки. Это всего лишь гипотеза.

Отрицательная перегрузка была очень слабой, но достаточной, чтобы объекты приподнимались над кроной.

Насколько я помню, этой проблемы удалось избежать, если я не позволил скорости полета упасть ниже 40 миль в час в самой низкой точке.

Кривизна относительного ветра также присутствует при обычном развороте и требует, чтобы ручка находилась дальше назад, чтобы управлять заданным углом атаки при развороте, чем при полете на уровне крыльев. Из-за низкой воздушной скорости этот эффект чрезвычайно заметен во время термального разворота планера. Я знаю, по крайней мере, один планер, в котором общий ход руля высоты «вверх» несколько ограничен, чтобы помочь предотвратить сваливание и штопор, и тяжелые пилоты (которые перемещают центр тяжести самолета ближе к переднему краю допустимого диапазона) обнаруживают, что это не только почти невозможно свалить в повороте (при отсутствии внезапного резкого порыва ветра снизу), но трудно поддерживать достаточно медленную скорость полета для оптимального термального режима, даже когда ручка полностью отведена назад. Они просто не t иметь достаточную мощность руля высоты, чтобы установить крыло на оптимальный (высокий) угол атаки во время крутого термического разворота. Во время линейного полета на уровне крыльев у тех же пилотов нет проблем с управлением сваливанием или установкой крыла на оптимальный (высокий) угол атаки, необходимый для достижения полета с минимально возможной скоростью снижения.

На более фундаментальном уровне причина, по которой мы не «чувствуем» гравитацию, заключается в том, что гравитация оказывает равную силу на единицу массы на каждую молекулу самолета и тела пилота одновременно, таким образом, не создавая напряжений или деформаций с корпус или конструкция и не создают у пилота тенденции двигаться к сиденью воздушного судна или от него. В полете мы чувствуем только аэродинамические силы. Примеры: полет 0G -- общее ускорение -- 1G вниз -- ощутимое ускорение -- 0G . Полет прямо и горизонтально -- общее ускорение -- 0G -- ощутимое ускорение -- 1G восходящая подъемная сила (на единицу массы), создаваемая крыльями. Стоя на твердой земле -- полное ускорение -- 0G -- ощутимое ускорение -- 1G толкающее вверх усилие (на единицу массы) пола на подошвы ног. Во всех случаях «чувствуемая» сила + гравитационная сила = «суммарная» сила.

ЕСЛИ мы принимаем самолет в качестве нашей системы отсчета, ТО у нас есть ускоренная система отсчета, и мы должны учитывать центробежную (инерционную) силу. Кроме того, если мы рассматриваем самолет как фиксированную точку отсчета, то справедливо будет сказать, что пилот будет склонен «чувствовать» гравитацию, притягивающую его к сиденью в обычном вертикальном полете и к ремням безопасности в продолжительном перевернутом полете. В любой данный момент общая сила, которую мы вычисляем, которую пилот в конечном итоге «ощутит», будет одинаковой, независимо от того, выбираем ли мы самолет в качестве системы отсчета, что требует от нас учета центробежной (инерционной) силы и гравитации, или мы выберите истинную инерциальную систему отсчета, и в этом случае центробежная (инерционная) сила исчезает, а гравитация - это сила, которая создает ускорение, но ее нельзя «почувствовать».

Иными словами, кажущаяся центробежная сила, создаваемая вращением вокруг центра петли (в отличие от вращения вокруг центра тяжести самолета), представляет собой псевдосилу, которая просто равна и противоположна реальной аэродинамической центростремительной силе, создаваемой самолет. Вот и все. Учитываем ли мы его в наших расчетах, зависит от того, используем ли мы ускоренную систему отсчета, привязанную к самолету, или инерциальную систему отсчета, такую ​​как земля или воздушная масса (в последнем случае, предполагая, что любой присутствующий ветер является линейным). а не вращающийся, такой как пылевой вихрь или вращающийся тепловой столб и т. д.)

Чтобы помочь понять преимущество выбора истинной инерциальной системы отсчета, такой как земля, по сравнению с ускоренной системой отсчета, такой как система, движущаяся вместе с самолетом, рассмотрите этот вопрос — в момент времени, когда перегрузка отрицательна (с ручкой полностью назад) в верхней части петли, как описано в исходном вопросе, если бы мы внезапно убрали атмосферу, чтобы самолет оказался в вакууме, сохраняя при этом ту же начальную скорость и ту же силу гравитации, «почувствовал бы» G -нагрузка-- перегрузка на акселерометре-- мгновенно обнуляется? Почему или почему нет?

Внешние ссылки, относящиеся к кривизне относительного ветра при полете с разворотом (конкретно не петли)

«Вокруг по пути Холигхауса» Ричарда Х. Джонсона. Ключевым моментом является то, что при движении планера по кругу, если фюзеляж касается изгибающегося потока около ЦТ, то он не будет касаться изгибающегося потока возле носа. - и струна рыскания будет слегка отклонена наружу от поворота. Хотя есть еще кое-что.

Серия "Спиральная устойчивость и эффект чаши" Блейна Берона-Родона посвящена стабильности и управляемости радиоуправляемых планеров с рулем направления.

• Часть 1
• Часть 2