Как меняется авторитет поверхности управления полетом с AOA?

Орган управления является функцией местного динамического давления (произведение плотности воздуха и квадрата скорости), геометрии (произведение площади поверхности управления и плеча рычага), местного угла атаки.$\alpha$, угол отклонения$\eta$и относительная хорда закрылка. Как правило, поверхность управления работает довольно линейно в диапазоне между$-15° < \eta < 15°$для относительной хорды закрылка 25% отн.$-25° < \eta < 25°$для относительной хорды закрылка 15%. Интерполировать значения между ними. Обратите внимание, что эффективность закрылка пропорциональна квадратному корню из относительной хорды закрылка, так что для закрылка с 15%-м углом отклонения требуется удвоенный угол отклонения, чтобы обеспечить тот же авторитет управления, что и для закрылка с 60%-й относительной хордой.

Большие углы отклонения снижают авторитет закрылков, и здесь все усложняется, так как локальные явления обтекания могут иметь большое значение, вплоть до реверса управления. Для простой модели вы можете просто предположить, что полномочия по контролю уменьшаются вдвое для всех отклонений, превышающих пределы, указанные выше.

Все это справедливо только для умеренных углов атаки, когда силы изменяются линейно с изменением угла атаки. Как только вы приближаетесь к пределу подъемной силы конкретной поверхности управления, страдает авторитет. Теперь важно знать локальное поле течения: рули высоты летят вслед за крылом, что фактически уменьшает изменение угла атаки на руле высоты по сравнению с таковым на крыле. Это означает, что большинство рулей высоты по-прежнему имеют достаточный запас подъемной силы, когда крыло начинает глохнуть. Но, в конце концов, они остановятся. Чтобы дать вам представление о том, как крыло ведет себя на первых 180° угла атаки, см. график ниже. Аналогично должен выглядеть график для контрольной поверхности. Это взято из книги, которая должна исчерпывающе ответить на все ваши вопросы о полномочиях на поверхности управления., будь то дозвуковой или сверхзвуковой, для всех мыслимых конфигураций. Она была написана Зигхардом Хёрнером полвека назад и до сих пор является лучшим из того, что вы можете найти по этой теме.

Для примера эффективности закрылка аэродинамического профиля по AoA см. График ниже расчета XFOIL для симметричного аэродинамического профиля Wortmann FX71-L-120 с закрылком 25% при числе Рейнольдса 1 миллион и с фиксированным переходом пограничного слоя при 60 % хорды. Обратите особое внимание на гистерезис, близкий к максимальному и минимальному углам атаки подъемной силы при более высоких углах отклонения (собственная работа; c$_a$- коэффициент подъемной силы).

ВСЕ поверхности управления полетом теряют авторитет на более низких скоростях и/или в менее плотном воздухе (жара/высота). В большинстве случаев это можно несколько компенсировать, увеличивая отклонение до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение.

Некоторые самолеты с электродистанционным управлением могут несколько компенсировать «небрежное» управление, автоматически увеличивая отклонение.

Хотя я не могу помочь вам с формулами или графиками, я могу сказать вам, что снижение эффективности может быть очень значительным.

Однако по своей конструкции руль высоты глохнет намного позже, чем основные подъемные поверхности, из соображений устойчивости и для возможности выхода из киоска (естественным путем или с помощью пилота).