Как бы вы спроектировали самолет, чтобы противодействовать тенденции левого поворота одного двигателя?

Посмотрите на проекты буквально сотен моделей самолетов с двигателями свободного полета. Каждый из них спроектирован так, чтобы летать в стабильном повороте, одновременно набирая высоту под нагрузкой и планируя после остановки двигателя. И все это делается с очень тонкой регулировкой дифферента по крену, рысканию и линии тяги. Очень распространена регулировка планирования путем деформации или добавления небольших выступов к летательным поверхностям (обычно это дает большую круговую глиссаду), а затем регулировка полета с двигателем путем добавления тяги вниз и вправо (чтобы противодействовать тенденциям поворота влево и набора высоты из-за крутящего момента, P -фактор и увеличенная скорость полета).

В любом случае, легкому самолету, скорее всего, потребуется очень небольшая регулировка - пилоты обычно регулируют элероны, руль направления и высоту для обеспечения устойчивости, в результате чего происходит большое количество аварий, когда летящий самолет (из-за прогрева двигателя или ручного запуска одним пилотом) расстыковывался и взлетал сам по себе, иногда летая без экипажа по полчаса и более (думаю, рекорд был в Австралии, где кружили возле аэропорта четыре часа , пока не закончится топливо). Самое большое соображение заключается в том, что может потребоваться установка частичного дросселя, иначе самолет будет стремиться подняться до своего рабочего потолка.

Это легко сделать, установив двигатель под очень небольшим углом рыскания по отношению к фюзеляжу, порядка ~ 1 или 2 градусов, в направлении, противоположном повороту. Это отклоняет линию тяги от оси и помогает противостоять тенденции поворота.

Однодвигательный двухвинтовой винт или пропеллеры противоположного вращения .

Вращение вызывает не двигатель, а пропеллер. В случае с двумя пропеллерами я бы специально заставил два пропеллера вращаться в противоположных направлениях.

Конечно, у такой конструкции есть и другие серьезные недостатки, но она позволит достичь желаемой цели.

Что ж, если отклонение руля требуется для противодействия рысканью при приложении полной мощности, само собой разумеется, что вы можете просто наклонить вертикальный стабилизатор на соответствующую величину.

Тем не менее, логическим последующим вопросом будет: «Как бы вы спроектировали самолет, чтобы противодействовать тенденциям этого нового самолета к правильному развороту при меньшей мощности?»

Во всех конструкциях приходится идти на компромиссы, и подвижная панель управления — просто самое простое и лучшее решение этой сиюминутной «проблемы». (Пусть пилоты остаются пилотами!)

Отказ от ответственности: этот ответ во многом заимствован из этого , но, поскольку его не удалось найти, когда был задан вопрос, я добавляю его части здесь.

Направление вращения пропеллера вносит асимметрию, которую разработчики пытаются смягчить, добавляя больше асимметрии. В частности, вращающийся вправо гребной винт трактора (по часовой стрелке с точки зрения пилота) будет закручивать след винта в том же направлении, что добавляет отрицательный угол бокового скольжения вертикальному оперению (которое выступает только в верхнюю половину следа). Направив ось вращения винта немного вправо (правая боковая тяга), можно уменьшить этот угол бокового скольжения.

Когда МББ попытались восстановить старый Ме-109, они сначала заменили недостающую вертикаль на симметричную, включая симметричный аэродинамический профиль. Спустя годы появились оригинальные чертежи (в Испании, IIRC), которые показали, что исходная вертикаль имела выпуклость. При замене новой вертикали на оригинальную конструкцию летные характеристики заметно улучшились.

Ось воздушного винта также может быть направлена ​​немного вниз, чтобы сместить линию тяги ближе к центру тяжести, уменьшить связанные с тягой триммеры и уменьшить эффект Р-фактора ( боковое смещение вектора тяги ) на больших углах атаки. . Это называется нисходящим движением. Одним из примеров может служить версия Supermarine Spitfire с двигателем RR Griffon : когда был установлен новый двигатель, его нижняя линия тяги требовала на 2° больше тяги вниз.

Это одна из немногих тем, где англоязычная версия Википедии остается schtum; только в немецкой версии есть статья об этом ( Motorzug и Motorsturz ).

Как бы вы спроектировали самолет, чтобы противодействовать тенденции левого поворота одного двигателя, вызванной крутящим моментом, p-фактором, спиралевидным потоком и гироскопической прецессией, без участия пилота или использования руля направления?

Сделайте самолет асимметричным. Я бы сделал одно крыло длиннее другого, увеличил угол наклона одного крыла, сместил руль направления в сторону от центра, отклонил одно крыло назад больше, чем другое, или сделал бы все вышеперечисленное и, возможно, больше. Мы ожидаем, что самолеты будут симметричными, но это не обязательно, и есть исторические примеры асимметричных самолетов. https://en.wikipedia.org/wiki/Асимметричный_самолет

Зачем делать самолет симметричным? Думаю, потому что так проще спроектировать. Другой причиной является то, что при потере мощности двигателя симметричным планером будет легче управлять, чем асимметричным.

Я предполагаю, что во всех доводах, которые я придумывал, чтобы сохранить симметричность самолета, есть доля правды. Серьезной причиной сохранения симметричности самолета, по крайней мере, по моей оценке, является то, что смещенная от центра тяга одного винта в большинстве случаев будет настолько мала, что это не будет проблемой. Если самолет построен асимметричным, то направление вращения пропеллера фиксировано, установка другого двигателя нарушит конструкцию. То, какой крутящий момент должен быть рассчитан на асимметрию, может быть трудно узнать при проектировании самолета, тогда, если вы получите его задом наперед (потому что двигатель вращается в направлении, противоположном ожидаемому), у кого-то возникнут большие проблемы. .

Наиболее распространенным методом противодействия крутящему моменту одного двигателя является использование винтов, вращающихся в противоположных направлениях. Это могут быть соосные пропеллеры на центральной линии или симметричные пары не по центру. Один двигатель не означает, что он должен иметь один винт. Братья Райт использовали один двигатель для привода двух гребных винтов с помощью ремней, один ремень имел изгиб на пути к гребному винту для изменения направления вращения. Это решение старо как самолет.

Я скажу, что ответ, предложенный @Zeus, своего рода автопилот для управления крутящим моментом винта, возможно, лучше, чем два, которые я предложил выше. Будет сложно добиться правильного проектирования асимметрии в самолете. Встречные винты сложны. Автопилот тоже будет сложным, но, возможно, гораздо менее сложным, чем любой другой вариант.

Вы ставите невыполнимую задачу. Например, когда самолет начинает разгоняться, а затем поворачивается, чтобы взлететь, действуют разные факторы в разной степени в разное время, так как «угол атаки» фюзеляжа (по отношению к воздушному потоку) изменяется, и изменение оборотов двигателя и т.д.

По крайней мере, в одном случае склонности к повороту, связанной с двигателем, удалось преодолеть, сделав одно крыло (или один набор крыльев, если это был биплан) длиннее другого.

Из всех трюков об этом еще не упоминалось (и не исключается вопросом):

Автопилот

Или, точнее, любая система искусственного контроля/улучшения устойчивости.

На многих самолетах есть выделенная его часть специально для заявленной проблемы. Обычно его называют демпфером рыскания , хотя этот термин несколько вводит в заблуждение: демпфер предназначен только для демпфирования колебаний рыскания. Однако на практике одна и та же подсистема (с тем же переключателем) часто также обеспечивает функциональность авторуля направления , сводя на нет боковое скольжение.

Конечно, это полезно не только для однодвигательных самолетов: оно работает при любой асимметрии, в том числе и при развороте.