Есть ли преимущества при работе с ЦТ вблизи переднего или заднего пределов?

Если центр тяжести самолета смещен слишком далеко назад, он станет более неустойчивым.

Если ЦТ смещен слишком далеко вперед, сопротивление увеличится из-за увеличения угла атаки.

Но каковы преимущества работы с ЦТ вблизи задней или передней границ ЦТ? В каких ситуациях человек решил бы это сделать?

Для больших самолетов обычно рекомендуется оптимальная центр. Этот cg выражается в процентах от средней аэродинамической хорды, часто выражаемой как %MAC. Для самолетов 747-100 и -200 этот показатель составляет 26,6 % ПДК для нулевой массы топлива, сг.

Ответы (3)

ЦТ рядом с кормой уменьшает сопротивление за счет уменьшения необходимой прижимной силы, которая должна обеспечиваться (обычно) хвостовым оперением .
Это также важно для соревнований по планированию (чаще всего у вас есть водяной балласт в вертикальном хвостовом оперении, чтобы компенсировать эти любовные ручки). Пилотажные планеры иногда имеют задний свинцовый балласт, чтобы обеспечить такие маневры, как штопор, которые невозможны с передним ЦТ.

Задние ЦТ имеют пониженную устойчивость, что может быть серьезной проблемой для безопасности полета (например, в случае неустранимого штопора ).
Некоторым истребителям присуща нестабильная аэродинамика (см. сверхманевренность ), которая обеспечивает большую маневренность (например, скорость поворота), но требует постоянного ввода данных от системы управления полетом (и горе, если это не удается , например, через колебание, вызванное пилотом ).


Передний центр тяжести приводит к большей стабильности полета и снижению опасности внезапного сваливания, но также и к увеличению лобового сопротивления (из-за увеличения прижимной силы, необходимой для хвостового оперения). В экстремальных случаях это также может ограничить маневренность и привести к приземлению в виде блина (хвостовое оперение может создать только такое количество подъемной/прижимной силы, прежде чем само свалится, и в этот момент он больше не будет держать вас носом).

Хвостовое оперение на самом деле не создает подъемной силы, потому что оно больше похоже на перевернутое крыло (если отрицательная подъемная сила не считается подъемной силой). Чем дальше от ЦТ, тем меньше хвостовое оперение должно давить на хвост (вызывая сопротивление). Вот почему конструкция «утка» намного эффективнее, потому что все крылья создают «положительную» подъемную силу.
@PhilippeLeybaert Я немного подправил ответ, чтобы использовать термин «прижимная сила», который большинство из нас в США привыкли видеть, но технически (аэродинамически) большинство, если не все хвостовые оперения, создают «подъемную силу» для управления тангажем - это просто направлен вниз, потому что аэродинамический профиль «перевернут» по сравнению с тем, к чему мы привыкли в крыле :-) Больше прижимной силы означает большую (отрицательную) подъемную силу и, следовательно, большее сопротивление...
Я исправил или упустил отрицательный знак, но, к счастью, часть перетаскивания верна :D
@PhilippeLeybaert: Некоторые горизонтальные стабилизаторы предназначены для создания подъемной силы или силы опускания хвоста, в зависимости от режима полета и центра тяжести .... Это не всегда хвост вниз.
@LNafziger Да, вы правы, но хвост почти всегда опущен :-) Но я счел важным отметить, что хвостовое оперение обычно не влияет на общую подъемную силу, поскольку оно компенсирует часть подъемной силы основных крыльев. (уменьшая общий подъем).
@PhilippeLeybaert: Я согласен, но мне не нравятся подобные комментарии для распространения ложных слухов... В данном случае лучше было бы говорить "обычно" или "почти всегда". :)
Ты прав. В следующий раз буду тщательнее подбирать слова :-)
Хвостовой бак компенсирует смещение ЦГ вперед при заполнении крыльевых баков. Поскольку объем крыльевого бака находится впереди лонжерона крыла, вода находится немного впереди идеального положения центра тяжести. Обратите внимание, что клапан хвостового бака соединен с клапанами крыльевого бака: когда вы сбрасываете воду в крыле, хвостовой бак также опорожняется, чтобы предотвратить опасное смещение центра тяжести назад.
@PeterKämpf для больших кораблей и / или двухместных судов бак также используется в одиночку, например, для компенсации более или менее сладострастных экипажей без воды в крыльях.

Основное преимущество работы с задним ЦТ, как уже упоминалось, заключается в том, что он может заметно снизить сопротивление. Это происходит потому, что для поддержания горизонтального полета в заданной конфигурации требуется меньшее усилие на хвост. В результате вы можете сжигать меньше топлива для поддержания той же скорости (или увеличивать скорость без дополнительного расхода топлива) по сравнению с передним ЦТ.

Пока вы уверены, что остаетесь в пределах CG вашего самолета, вы можете проверить это, попросив пассажира сдвинуть свое сиденье назад во время круиза.

Есть, конечно, некоторые опасения по поводу безопасности. Ответ @yankeekilo подробно описывает это, но, по крайней мере, следует повторить, что задний cg по своей природе менее стабилен.

ЦТ, направленный вперед, значительно облегчает выход из сваливания, а в некоторых случаях может значительно усложнить выход из сваливания, поскольку меняется плечо момента ЦТ вашего самолета. Это изменение может оставить хвостовое оперение с недостаточным входом во время медленного полета, поэтому вы, в первую очередь, можете никогда не достичь сваливания; это также делает приземление опасным, поскольку может не хватить дальности управления для вспышки. Если это произойдет, вас задавит тачка или дельфинит самолет .

Мы называем это понедельником (выбранный вами день недели) посадкой по-немецки, в зависимости от того, как часто вы слышите скрип колес :D
@yankeekilo Ха, это круто.

Преимущества переднего положения ЦТ:

  • Более высокая устойчивость, поэтому требуется меньше внимания, чтобы удерживать расправленный самолет прямо и горизонтально.
  • Если самолет можно заставить вращаться, вращение легче закончить.
  • Для хвостовых тягачей: Хвост можно поднять раньше во время разбега.
  • Для самолета с трехопорным шасси: лучшая устойчивость на земле.

Ну вот и все!

Преимущества заднего положения ЦТ:

  • Меньшее сопротивление дифференту, поскольку в хвостовой части необходимо создавать меньшую прижимную силу, которая компенсируется крылом.
  • Лучшая маневренность и меньшие усилия на управлении, потому что требуется меньшее отклонение поверхности управления для того же отклонения от уравновешенного состояния.
  • Меньшая минимальная скорость, что означает меньшую взлетную и посадочную дистанции.
  • Для хвостовых тягачей: больше устойчивости на земле против опрокидывания.
  • Для самолета с трехопорным шасси: при взлете возможна меньшая скорость вращения.

Обратите внимание, что смещение центра тяжести назад, за нейтральное положение, сделает самолет статически неустойчивым и снова увеличит триммерное сопротивление, потому что теперь хвостовое оперение будет работать с аномально высокими коэффициентами подъемной силы, которые сопровождаются высоким индуктивным сопротивлением.

Типичное применение для переднего положения ЦТ - это управляемый вручную самолет большой дальности, который будет летать в порывистую погоду. Тогда будет выгодно иметь высокую стабильность.

Типичными приложениями для задних положений центра тяжести являются самолеты с оптимизированными характеристиками или маневренностью, такие как планеры или пилотажные самолеты.