Какие проблемы с управлением пришлось преодолеть X-1, чтобы достичь сверхзвукового полета?

Проблемы управления вызваны смещением аэродинамических сил. В дозвуковом полете они в большей степени создаются в носовой части крыла (увеличение подъемной силы с углом атаки работает в точке четверти хорды крыла независимо от стреловидности), а в сверхзвуковом обтекании они работают одинаково на всей хорде. Центр подъемной силы в чистом сверхзвуковом потоке находится на средней хорде, и в действительности аэродинамический центр медленно смещается назад, когда самолет разгоняется до 1 Маха и более поверхности подвергаются воздействию сверхзвукового потока.

Поскольку положение ЦГ в основном фиксировано (Конкорд перекачивал топливо между баками для смещения ЦГ), это смещение должно компенсироваться отклонением руля высоты. Руль высоты должен двигаться задней кромкой вверх, что создает разрыв в контуре аэродинамического профиля, что, в свою очередь, создает сильную ударную волну на высоких дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Этот толчок вызывает отрыв потока и может привести к реверсированию руля высоты. Только когда неподвижная часть горизонтального оперения тоже может быть перемещена или у вас есть полностью летящее оперение (перемещается весь стабилизатор, а не только его задняя часть), чтобы создать необходимое изменение подъемной силы без разрыва контура, самолет можно настроить как на дозвуковую, так и на сверхзвуковую скорость.

Преимуществом Х-1 был стабилизатор с переменным углом падения, которого не было у Р-51. Развертка тоже помогла бы, но на самом деле в ней не было необходимости.

Явление, которое вы описываете, называется « подтяжка Маха ». Как описал Питер, расположение подъемных сил изменяется, что может быть больше, чем может компенсировать лифт.

Есть еще один фактор в действии. На этом изображении показано, что происходит на поверхности крыла или оперения вблизи сверхзвуковых скоростей. При более высоких скоростях наблюдается отрыв потока. Это означает, что поток больше не «прилипает» к поверхности, а создает турбулентность в этой области. Это разделение потока происходит на задней кромке, именно там, где обычно располагаются управляющие поверхности. Это означает, что вместо того, чтобы отклоняться в плавный поток, они входят в турбулентность. Это может вызвать вибрацию в органах управления и сделать поверхности управления намного менее эффективными.

Решение этой проблемы состояло в том, чтобы переместить всю поверхность оперения, а не только часть задней кромки. Поскольку эта поверхность теперь действует как горизонтальный стабилизатор и руль высоты, ее называют « стабилизатором ». Вы заметите эту особенность на большинстве сверхзвуковых истребителей.