Как «эффект маятника» влияет на бипланы?

Возмутился - но как? Самолет с неподвижным крылом в стационарном развороте с нулевым боковым скольжением является нейтральным по крену. Нет стремления силы тяжести выровнять вал. Не для моноплана. Не для биплана. Не для любого количества фиксированных крыльев.

Последняя картинка в ОП с вектором вертикальной подъемной силы для перевернутого самолета неверна: вектор подъемной силы отклоняется вместе с крылом и всегда перпендикулярен ему, поэтому всегда указывает через ЦТ. На рисунке учитывается только стабилизирующий момент вертикальной составляющей.$L_v$. и удобно не учитывать противодействующий момент горизонтальной составляющей подъемной силы$L_h$, который волшебным образом противодействует эффекту качения вертикальной составляющей.

Нарушение бокового скольжения, вызванное$L_h$: да, это вызывает аэродинамический момент качения, от нескольких механизмов.

1. Взаимодействие крыла и фюзеляжа Самолет с высокорасположенным крылом имеет тенденцию к вертикальному положению из-за обычного направления бокового скольжения в повороте, а низкорасположенное крыло стремится увеличить угол крена.

2. Крыло двугранное или V-образное. Скорость w по оси Z самолета, когда крыло не идеально выровнено с воздушным потоком.

3. Размах крыла. Боковая скорость бокового скольжения вызывает разные относительные скорости на двух половинах крыла.

Это повлияет на биплан точно так же, как и на моноплан .

Нисколько.

Эффекта маятника не существует в самолетах. Это происходит на дирижаблях, но не на кораблях тяжелее самолета.

Для правильного обсуждения мы должны сначала определить, что такое маятник. Только тогда можно будет установить, может ли такой эффект существовать в самолетах.

Давайте основывать определение на Википедии . Он говорит, что

Маятник представляет собой груз, подвешенный к оси так, что он может свободно качаться.

Может быть, стоит также рассмотреть поближе, что такое стержень : вещь, на которой что-то вращается.

Таким образом, маятник прикреплен к точке опоры, которая удерживает его в подвешенном состоянии и позволяет ему свободно качаться. Идеальный маятник имеет всю свою массу в его массивном грузе, и, следовательно, ось вращения и центр тяжести не находятся в одном и том же месте. Если бы центр тяжести и ось падали вместе, маятник мог бы только вращаться, но не качаться. И это колебательное движение и есть маятник.

Теперь о самолетах: здесь у нас нет точки опоры. Все вращения могут происходить только вокруг центра тяжести. Это эквивалентно маятнику без длины, который больше не является маятником.

Подъемная сила есть сумма всех давлений, действующих перпендикулярно направлению движения. Подъемная сила на крене крыла также будет кренить вместе с ним. Вектор подъемной силы по-прежнему будет находиться в плоскости симметрии самолета, находящегося в крене, и не будет иметь плеча рычага с центром тяжести, поэтому не будет возникать вертикальный вращающий момент. Рисунок 34 вашей скопированной страницы книги просто неверен. Автор не знал, о чем говорил.

Изменить специально для @JohnK:

Я добавил здесь ответ о перекатывающем маневре парапланов . В описании должно быть ясно, что никакого эффекта маятника здесь нет. Скорее, в целом это очень похоже на управление по крену в дельтапланах, где подъемная сила смещается в сторону, чтобы создать дисбаланс, но опять-таки удивительным образом отличается. Приведенное ниже обсуждение не позволило бы мне так подробно изложить свои мысли.

Эффект маятника — это немного неправильное название. То, что считается «эффектом маятника», на самом деле является просто благоприятным моментом качения, который может быть создан во время бокового скольжения, если центр масс находится на большом расстоянии от бокового аэродинамического центра, чего на самом деле не существует на обычном самолете.

Однако парапланы, которые работают в своего рода перевернутом альтернативном мире управления, используют этот эффект для достижения боковой устойчивости и поворота. Параплан поворачивает за счет заноса, причем занос создается за счет увеличения подъемной силы и сопротивления на стороне входа в поворот, когда вы тянете заднюю кромку вниз с помощью тормоза (вас интересует только увеличение сопротивления, а не увеличение подъемной силы, которое работает против вас - вас интересует только увеличение подъемной силы при одновременном использовании обоих тормозов для замедления и разгона).

Выполнение этого (применение тормоза с одной стороны для поворота в эту сторону) на самом деле создает небольшой аэродинамический момент качки в направлении, противоположном повороту (например, попытка повернуть самолет вправо, опуская только правый закрылок и элерон - не работает). так хорошо в этом случае), но поскольку центр масс находится более или менее внизу, где находится пилот, а боковой аэродинамический центр находится где-то вверху на крыле, боковая сила, действующая на пилота снаружи полоза, значительно превосходит дифференциальная подъемная сила, создаваемая торможением, и кренит планер вправо. И вы можете сказать, что он действует как маятник.

Можно сказать, что парапланы используют этот эффект, чтобы использовать неблагоприятное рыскание для поворота в неправильном направлении, позволяя управлять входными данными, которые, казалось бы, противоположны обычному миру (поворот направо, как бы опуская правый элерон).

Кроме того, масса под крылом создает сильный центрирующий эффект (вы в основном висите на парашюте, способном скользить вперед), и если происходит самопроизвольное боковое скольжение, восстанавливающий момент качения возникает немедленно. Это также то, как парапланы каким-то волшебным образом могут достичь очень высокой устойчивости по рысканию без каких-либо элементов, обеспечивающих флюгер, таких как плавник или стреловидность. Рыскание и крен сильно взаимосвязаны из-за массы на 15 футов ниже.

Таким образом, вы могли бы сказать, что существует эффект маятника, но он работает только для парапланов, или, может быть, для какого-то сумасшедшего самолета, большая часть его массы находится в концентрированном грузе в нижней части длинного жесткого шеста, простирающегося под ним, с большей частью его поверхности. на вершине. В любом обычном самолете боковой аэродинамический центр и центр масс расположены слишком близко друг к другу, чтобы этот эффект мог пересилить другие силы, и они незначительны, если они вообще существуют.

Проблема здесь «возмущается», а не намеренно поворачивается и рыскает в повороте.

Удивительно, но концепция «маятника» все еще обсуждается спустя более 120 лет после появления полетов тяжелее воздуха.

Ключом является масса объекта по отношению к площади его поверхности.

Возьмем 3 высокоплана, простой бумажный самолетик, Цессну 172 и могучий Ан-225. Бумажный самолетик после того, как его потревожат, сразу же соскользнет и исправится благодаря своему легкому весу. Dihedral помогает бумажным самолетикам. Положить скрепку на дно не так хорошо. Сейчас Cessna 172. У него комбинация треугольного угла и маятника. Из-за большей массы ему потребуется значительно больше времени для достижения значительной скорости бокового скольжения, и он в большей степени использует смещение центра тяжести и центра вертикальной подъемной силы. Теперь Антонов 225. Представьте себе качели весом 700 тонн с одной стороны и кого-то толкающего ВВЕРХ с другой. Действительно очень мощный крутящий момент.

Таким образом, точный механизм устойчивости к крену будет варьироваться от самолета к самолету.

Теперь для биплана вы просто сравниваете центр давления NET с положением центра тяжести, но помните, что аэродинамические силы, а также гравитационные силы будут определять стабильность.

Вот фотография одного из них, который ловко разгромил моноплан в свободном полете при боковом ветре.