Как авиаконструктору повысить динамическую устойчивость?

Этот вопрос объясняет, что самолет может быть статически устойчивым (он будет стремиться вернуться в равновесие), но динамически неустойчивым (амплитуда колебаний увеличивается), если в уравнении устойчивости недостаточно демпфирования.

Это хорошо с математической точки зрения, но какое практическое изменение повысит демпфирование и динамическую стабильность?

Я видел довольно много тренажеров с радиоуправлением, которые динамически нестабильны, и хотел бы знать, как решить эту проблему, чтобы пилоту-студенту было легче летать на них.

Эти самолеты обычно выходят из пикирования самостоятельно, но затем чрезмерно набирают высоту и сваливаются, что приводит к новому пикированию. Каждое последующее сваливание и пикирование более драматично, чем предыдущее.

Старая пила предназначена для перемещения веса вперед. Объяснение ASE обычно включает крутящий момент вокруг центра тяжести. Сохранение ЦТ крыла позади ЦТ помогло бы контролировать подъем носовой части по мере увеличения подъемной силы (поскольку крыло фактически скручивает носовую часть вниз). Кроме того, большая часть крыла теперь функционирует как «хвост» (стабилизирующая область за ЦТ). Из работы с модельными планерами видно, что крыло слишком большое/сильное для своего "хвоста". Следует опасаться чрезмерной устойчивости, затрудняющей выход из пикирования.
@RobertDiGiovanni - Разве это не просто статическая стабильность? Я говорю о самолетах, которые самостоятельно выходят из пикирования, но затем чрезмерно набирают высоту и сваливаются, что приводит к очередному пикированию.
Не совсем, это зависит от того, поднимает ли крыло нос или хвост давит вниз. Я вижу, как стреловидные крылья действительно сводят инженеров с ума, особенно когда предкрылки развернуты. Перемещение CP слишком далеко может затруднить управление, особенно с меньшим хвостом.
@RobertDiGiovanni - Можете ли вы объяснить, чем это отличается от статической стабильности?
Я видел в утверждении, что перемещение ЦТ вперед может фактически усугубить динамическую нестабильность, потому что требуется больше декаляции (загрузки на хвост). Я не знаю, правда ли это. Хорошим местом для дальнейшего обсуждения был бы этот онлайн-форум -- rcgroups.com/modeling-science-136 .
@Robin Bennett разница в том, что оба ищут исходную траекторию полета, динамически нестабильны и все чаще выходят за ее пределы (немного похоже на Dutch Roll по тангажу). Опять же, со стреловидными крыльями сначала изнашиваются законцовки при достижении более высокого угла атаки, добавляя к силам поднятия носа (если крыло поднимает нос) точка тихого полета также действительна, но первопричиной является чрезмерная разница ЦД и ЦТ. Обратите внимание, как развернутые предкрылки могут затруднить выход из пикирования (со стреловидными крыльями и передним ЦТ).
@quiet flyer, ваше предложение открыть спойлеры интересно, так как это немного «ослабляет» крыло. Отбрасывание передач снизило бы центр тяжести и центр сопротивления (отменив эффект тангажа), но Бобу Гуверу это нравилось для вращения.
Если вы говорите о радиоуправляемых самолетах, то с аэродинамикой как таковой все в порядке, но что мне приходит в голову, так это проблемы масштаба, такие как (i) отношение мощности/тяги к весу этих радиоуправляемых тренажеров, безусловно, влияет на то, как они летают, и то, как они должны летать, (ii) поскольку они маленькие и легкие, дестабилизирующие факторы, такие как порывы ветра, обычно могут охватывать весь самолет. (iii) отношение скорости к размеру? Фюзеляж длиной 170 футов проходит 3 длины фюзеляжа в секунду со скоростью 300 узлов (507 футов в секунду), тогда как радиоуправляемая модель длиной 3 фута со скоростью 60 узлов (101 кадр в секунду) уже составляет 33 длины фюзеляжа в секунду. Достаточно ли важны эти факторы?
@ skipper44 нет, это не так. На эту тему можно было бы написать книги, но сходство есть даже в масштабе. Существует взаимосвязь крутящего момента на хвосте и крутящего момента на крыле. Контроль скорости имеет решающее значение (посмотрите на тихие листовки, предлагающие бросить передачу и использовать спойлеры). Вы бы помогли себе как инженеру искать сходства во всем масштабе. Но я бы согласился, что вопрос мог бы быть более конкретным для одного типа самолетов.
@RobertDiGiovanni - Если вам нужен конкретный самолет, хорошим примером является Multiplex EasyStar. Это был самый популярный электрический тренажер в течение многих лет, и его широко копировали. Легко сделать статически устойчивым, но обычно динамически неустойчивым.
@Robin Bennett Да, для этого потребуется уменьшение дифферента по мере увеличения скорости, как и для 172, входящего в круиз. Обратите внимание, что некоторым помогает нисходящая тяга, но, как и в большинстве моделей, она может быть немного перегружена. Многие начинающие моделисты летают (и приземляются) слишком быстро. Интересен тем, что дискуссию ведет к скорости V = тяга - сопротивление, а подъемная сила пропорциональна V 2 !. Я мог бы попробовать этот самолет. Спасибо.
Если самолет тангажирует вверх до сваливания , то он статически неустойчив (если ЦТ находится за нейтральной точкой, но все еще впереди средней хорды, самолет становится устойчивым в сваливании и тангажится вниз, что позволяет повторить цикл). В динамической нестабильности самолет летит вверх и вниз, но угол атаки остается довольно постоянным, поэтому это должно привести к синусоидальной волне с растущей амплитудой с такими же гладкими вершинами, как и нижние.
@Jan Hudec «летает вверх и вниз, но AOA остается постоянным» означает изменение скорости (меньше статической стабильности). Также существуют колебания с коротким периодом, когда увеличивающаяся подъемная сила крыла пытается затянуться в петлю (увеличение угла атаки опускаемого хвоста быстрее, чем стабилизирующие силы (хвост, хвостовая часть фюзеляжа) могут его остановить). Эти два аспекта делают его интересным и восхитительно запутанным.
@RobertDiGiovanni, это подразумевает изменение скорости, но ничего не говорит о статической стабильности, а только об отсутствии демпфирования, то есть динамической стабильности.

Ответы (2)

Демпфирование производится за счет сопротивления и больших индуктивных скоростей на хвостовых поверхностях от заданного возмущения. Это может быть вызвано длинными плечами рычагов этих поверхностей или высокой плотностью воздуха.

Больше по теме можно найти здесь:

Эти самолеты обычно выходят из пикирования самостоятельно, но затем чрезмерно набирают высоту и сваливаются…

Это классический долгопериодный режим продольной устойчивости. Поскольку скорость вращения низкая, демпфирование тангажа также низкое, и наиболее важный вклад в демпфирование вносит сопротивление. Низкое значение L/D уменьшает тенденцию к перерегулированию, высокая скорость дифферентовки снижает тенденцию к остановке (и сдвигает движение к более высоким скоростям с более низким L/D). Уменьшение статической устойчивости удлинит период, и пилоту станет легче реагировать. Однако более низкая стабильность сделает отклик основного тона более чувствительным, что увеличивает риск слишком больших управляющих воздействий.

Это определенно соответствует самолетам, которые я видел. Те, которые были динамически нестабильны, были эффективными планерами, в то время как базовые квадратные конструкции с фиксированным шасси были гораздо более устойчивыми. Кроме того, обучение полетам на таких тренажерах обычно включает в себя улучшение времени отклика ученика с практикой до тех пор, пока у него больше не будет POI - обычно это всего час или два полета, но было бы неплохо пропустить этот этап!
Вы имеете в виду пилотные колебания?
@ skipper44 Да, именно поэтому я связался со страницей Википедии, чтобы узнать о колебаниях, вызванных пилотом.
@PeterKämpf - мы с вами оба пропустили PIO как POI
@RobinBennett Спасибо, что заметили это! Исправленный. Интересно, как это произошло.
@Peter Kampf, работая с авиационным инженером, говорит, что мы пришли к следующему выводу: ослабление статической устойчивости снижает динамическую нестабильность в результате больших колебаний скорости ! Действительно характерно как для авиамоделей, так и для больших авиалайнеров!
@Robin Bennett, поэтому мы должны выбрать один или другой с Multiplex Easy Star. Я мог бы предпочесть статическую стабильность и научиться использовать этот триммер.

Эти самолеты обычно выходят из пикирования самостоятельно, но затем чрезмерно набирают высоту и сваливаются, что приводит к новому пикированию.

Полеты на радиоуправлении можно начать в раннем возрасте, и это дает любому потенциальному пилоту огромную фору в приобретении опыта во всех важных основах полета.

Урок о важности поддержания центра тяжести в указанном диапазоне (и последствиях его несоблюдения) лучше усвоить на модели, а не в натуральную величину.

Если не обращать внимания на пределы ЦТ в задней части (вес слишком далеко назад), это снизит курсовую устойчивость по тангажу и рысканию. Он будет красиво переворачиваться на 360, но только потому, что хвост будет постоянно пытаться опуститься на протяжении всего крена, всегда приподнимая нос. В целом самолет будет более маневренным, но более сложным в управлении. (Вот почему современные военные самолеты используют компьютеры для обеспечения стабильности).

Среди множества плохих вещей (таких как сваливание на низкой и медленной скорости), которые могут случиться, динамическая нестабильность является еще одним следствием неправильной центровки. Особенно с моделями доля дюйма может иметь значение .

Но если вы строите с нуля, важно правильно подобрать хвост и крыло. Удивительно, но горизонтальный «стабилизатор» дестабилизирует тангаж , когда самолет поднимается или опускается вертикально . Это очень важный аспект статической устойчивости.

Подъем или опускание по вертикали зависит от подъемной силы . Следовательно, чрезмерная подъемная сила может привести к тому, что самолет «превысит» свою коррекцию относительно исходной траектории полета. Крайним примером этого является петля.

Поэтому мы обычно проектируем центр давления крыла так, чтобы он находился позади центра тяжести, чтобы крутящий момент подъемной силы крыла вокруг центра тяжести помогал контролировать тенденцию к тангажу при увеличении подъемной силы .

Чем дальше назад центр тяжести, тем больше будет склонность к качке.

Для нестандартных скретч-конструкторов вариант с большим хвостом или более длинным хвостовым моментом является вариантом, но помните, что если хвост выдерживает вес, вы, по сути, строите биплан.

Как авиаконструктору повысить динамическую устойчивость?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v