Необходимы и достаточны ли вихрегенераторы на Cessna Caravan для безопасности полета?

Вам нужно разделить несколько вещей:

• Центр давления - это место, где могут суммироваться все вертикальные аэродинамические силы. У него нет фиксированного местоположения , но его местоположение меняется в зависимости от угла атаки.
• Аэродинамический центр (или нейтральная точка) действительно находится примерно на 25% хорды крыла. Его положение фиксируется до тех пор, пока не изменится форма крыла в плане.
• Нейтральная точка всего самолета представляет собой средневзвешенное значение локальных нейтральных точек всех горизонтальных поверхностей. Это самая важная нейтральная точка для продольной устойчивости.

В полете вы сместите центр давления таким образом, что он окажется на той же продольной станции, что и центр тяжести. Вы делаете это, регулируя гидроборт или прижимную силу с помощью руля высоты.

Когда центр давления,$\text{c}_p$, находится впереди центра тяжести,$\text{c}_g$, то [это] требует подъемной силы на горизонтальном оперении, чтобы поддерживать горизонтальный полет.

Это верно, если вы говорите о центре давления крыла. В обычной конфигурации, такой как Cessna 208, центр давления крыла находится впереди центра давления самолета.

Насколько характерно, что после$\text{c}_g$пределы остались позади$\text{c}_p$, например, в 208?

Это вполне нормально. Не стоит беспокоиться, пока центр тяжести все еще находится впереди нейтральной точки самолета.

Не означает ли это продольную статическую неустойчивость?

Нет. Стабильность снижается по сравнению с более смещенным вперед центром тяжести, но все же остается положительной .

Как инженеры обычно проектируют хвосты для поддержания необходимой силы подъема в таких случаях?

Больше всего инженеров в таком случае беспокоят слишком легкие управляющие силы. Петля обратной связи по усилию важна для предотвращения отклонений управления, которые могут привести к перенапряжению конструкции. Поскольку хвостовая часть находится в нисходящем потоке крыла и несет меньшую нагрузку на единицу площади, чем крыло, очень и очень маловероятно, что она заглохнет первой. Не зная подробностей, я совершенно уверен, что вихрегенераторы не были добавлены для устранения недостатка, возникающего при заднем расположении центра тяжести. Сейчас почитал предысторию и думаю, что вихрегенераторы нужны, чтобы избежать раннего отрыва на руле высоты при малоскоростном полете с убранными закрылками и задним центром тяжести.

Являются ли генераторы вихрей [...] запоздалыми пластырями для исправления неадекватно спроектированного хвоста?

Да. Обычно лечат один угол конверта, где что-то вышло из строя во время летных испытаний или после модификации (скажем, увеличения полной массы или допустимого диапазона центра тяжести).

Есть ли у кого-нибудь более опубликованные ссылки конкретно на хвост Каравана?

Извините, не я.

Теперь я прочитал отчет о происшествии и связанную с ним стенограмму крушения каравана 10 октября в Диллингеме, штат Аляска, в 2001 году. Вот мои замечания:

• Свидетель в стенограмме очень хорошо осведомлен, и я согласен со всем, что он сказал.
• His statement about the tail load change upon flap retraction seems spot on: Even though the accident report is inconclusive about the flap position, it seems likely that retracting the flaps coupled with insufficient lift on the tail made the aircraft pitch up and stall.
• All the accident report has to say about de-icing focuses on the wing, but since lift-off speed seemed normal, I don't think ice on the wings was a problem. But what about ice on the tail? There is no mention of that.
• Vortex generators on the upper side of the tail are unusual and a "red herring" about late fixes for insufficient pitch down control authority. Add some ice on the upper surface of the tail, and the fix will not be sufficient and cause an uncontrollable pitch-up with a rear center of gravity location.
• Не помогло и то, что пилот, похоже, потянул штурвал по пути вниз. Потеря подъемной силы на крыле вызвала бы изменение тангажа носом вниз, но самолет оставался в тупике на протяжении всего снижения. Да, для снижения тангажа требуется некоторое усилие, когда траектория полета уже составляет 40° вниз, но это единственный способ избежать аварии. Помните AF447 .

Мой вывод из всего этого заключается в том, что Cessna 208 Caravan устойчива и безопасна в полете, пока хвост находится в первозданном состоянии. Любое загрязнение льда и даже противообледенительной жидкости поставит под угрозу его способность создавать необходимую подъемную силу в полете на малой скорости с убранными закрылками и задним центром тяжести.