Как исправить конструкцию самолета, который не стабилен по скорости при заходе на посадку?

Похоже, что процесс проектирования уже прошел через производство самолета и летные испытания, что является очень поздней стадией для изменения полной геометрии и конструкции основного крыла. В вашем вопросе есть некоторые пункты, открытые для интерпретации, давайте рассмотрим два случая:

1. Палка с фиксированной статической устойчивостью

Предполагая, что рассматриваемая конструкция не является бесхвостой, лучшим подходом является работа над вторичными параметрами управления:

• объем хвоста - увеличить площадь горизонтального оперения$S_h$или длина хвоста$l_h$;
• угол падения стабилизатора - увеличить максимальный угол отклонения, так как он может находиться в кильватерной струе фюзеляжа или основного крыла;
• закрылки - их отклонение приводит к опущению носа$C_m$

После некоторых упрощающих предположений уравнение момента при скольжении принимает вид:

$$C_m = C_{m_{ac}} + C_{N_W} \cdot \frac{x_{cg} - x_W}{\bar{c}} - C_{N_h} {\left( \frac{V_h}{V} \right)}^2 \frac{S_h \cdot l_h}{S \cdot \bar{c}} = 0$$

Таким образом, три переменные, которые можно настроить, это

• $C_{m,ac}$
• расположение центра тяжести
• объем хвоста$S_h \cdot l_h$

Для стабильности,$dC_m/d\alpha$< 0. На графике выше показаны вклады в$dC_m/d\alpha$по измерениям в аэродинамической трубе на модели Fokker 27. Крыло (не стреловидное) имеет небольшой вклад, введение стреловидности и крутки крыла помогло бы стабильности, но было бы совершенно не в контексте миссии F27. Основной вклад в устойчивость модели вносит горизонтальное оперение.

2. Задний конец кривой мощности

Источник изображения

На заднем конце кривой мощности ($V_1$точка A на графике выше), требуется больше мощности, когда дрон замедляется. Воздушная скорость не корректируется автоматически после возмущения от горизонтального порыва ветра, а требует постоянного контроля и дополнительных затрат энергии.

Решение: больше доступной мощности на низких скоростях или меньшая нагрузка на крыло. При большой нагрузке на крыло$C_L$крыла высока, что приводит к крутому подъему на левой стороне кривой требуемой мощности. Закрылки увеличиваются$C_L$, а закрылки Фаулера также расширяют площадь крыла при заходе на посадку.

Если я правильно понял вопрос, самолет будет демонстрировать отрицательный градиент силы на ручке управления со скоростью. Другими словами, когда скорость увеличивается, ручка будет двигаться в направлении «тяни», когда предоставлена ​​сама себе, тогда как для стабильного самолета она должна двигаться в направлении «толкания».

Из того немногого, что передает ваш вопрос, я прихожу к следующим выводам:

• Должно быть изменение конфигурации, когда то, что было стабильным до этого, становится нестабильным во время захода на посадку. Подозреваю, что закрылки были опущены.
• Самолет использует реверсивное, полностью механическое управление.
• При перемещении джойстика скорость будет изменяться противоположно той, которую допускают сертификационные требования (см. СТ 23.173 в этом документе ).

Обратите внимание, что нижеследующее основано на этих выводах. Если вы исказили проблему, не вините меня, если средство не сработает.

Как правило, стабильность скорости можно улучшить следующим образом:

1. Положительный развал на руле высоты. Это приведет к тому , что угол свободного плавания (auswehwinkel) станет более отрицательным, и для балансировки самолета потребуется усилие балансировки. Если это усилие обрезки не зависит от скорости, скажем, за счет пружины между толкателями и конструкцией, эта обрезка будет предварительно нагружать руль высоты в направлении «толкания», а увеличение динамического давления будет перемещать его в направлении «тяни». Это означает большее «тяговое» усилие при более высокой скорости, следовательно, более высокую стабильность скорости.
2. Уменьшение изменения шарнирного момента по углу атаки. Этого можно добиться с помощью звуковых сигналов на лифте. Если их делать чрезмерно, они даже будут перемещать руль высоты в направлении «толкания» при увеличении угла атаки, но обычно должно быть достаточно уменьшения склонности руля высоты следовать за изменениями угла атаки. Если рупор слишком сильно уменьшает градиент усилия на рукояти по углу отклонения, добавьте выступ против сервопривода.

В зависимости от того, что вызывает потерю стабильности скорости, эти меры могут не сработать. Поэтому ваша первая задача — выяснить, какие изменения в подходе и как эти изменения можно нейтрализовать. У меня есть подозрение, что установка закрылков увеличивает отрыв потока на крыле и что этот след задевает руль высоты при полете на скоростях захода на посадку. Здесь лучшее средство, конечно, переместить стабилизатор вверх и за пределы следа от крыла.

Использование аэродинамических профилей с рефлекторным изгибом или использование комбинации стреловидности и геометрического закручивания должно помочь.

Нет, совсем нет . И то, и другое негативно повлияет на производительность и окажет гораздо большее влияние на другие параметры, помимо стабильности скорости. Ваша проблема связана с изменением момента на шарнире руля высоты в зависимости от скорости, и ее лучше всего решить, правильно настроив моменты шарнира.

Нестабильная скорость на подходе...

Уверенно предполагает, что добавление закрылков перемещает центральную точку крыла настолько далеко назад, что момент опускания носовой части крыла становится больше, чем момент подъема хвостовой части, и стабилизатор не может это компенсировать.

Самое быстрое решение — переоценить график передних пределов ЦТ с выпущенными закрылками. Перемещение предела назад увеличит запас прочности.

Предложение увеличить развал горизонтального стабилизатора (а не размер) казалось для больших авиалайнеров (из-за увеличения лобового сопротивления при более высоких значениях Маха) до тех пор, пока ... ставить предкрылки и закрылки тоже на стабилизатор?

Да, это было бы забавно, поэтому увеличение объема хвостового оперения было бы потенциальным решением, а увеличение развала - очень жизнеспособным решением для низкоскоростных самолетов.

В-третьих, оценка изменения воздушного потока, вызванного выпуском закрылков, с учетом того, что хвостовое оперение создает прижимную силу , поэтому нисходящий поток от крыла увеличит его УА . Существует реальная опасность того, что (чрезмерно маленький) перегруженный стабилизатор может на самом деле заглохнуть перед крылом, что будет иметь катастрофические последствия. Что еще хуже, компьютер, полагающийся на ограниченный сенсорный ввод, может отреагировать, попытавшись еще больше отклонить стабилизатор.