Почему невозможно расположить руль перед центром тяжести самолета?

Влияние на аэродинамические коэффициенты

Вертикальное оперение, а также руль можно расположить впереди центра тяжести.$c_{n_r}$(момент рыскания, вызванный рысканием, или демпфирование рыскания) вряд ли сильно изменится при прочих равных условиях.$c_{n_\beta}$(момент рыскания, вызванный боковым скольжением, или курсовая устойчивость), с другой стороны, уменьшится и, возможно, станет отрицательным. Следовательно, любое боковое скольжение приведет к моменту рыскания, который увеличит боковое скольжение. Выражаясь в терминах теории линейного управления, это будет полюс в правой плоскости, когда вы строите комплексное решение уравнений движения. Это нестабильная конфигурация.

Активный контроль

Как упомянул Питер, в этой конфигурации можно сохранить контроль с помощью активного управления. Активное управление, как правило, несколько утомительно для человека-оператора, если оно вообще возможно. Между прочим, такого рода нестабильность существовала в поперечной оси самолета Райт Флаер 1903 года, который имел значительную форму утки. Сообщается, что поддерживать стабильность было довольно утомительно.

CP впереди CG

Наличие центра давления впереди центра тяжести имеет свои преимущества, главным из которых является маневренность. С точки зрения контроля, чем дальше вы перемещаете полюса вправо, в сторону нестабильности, тем быстрее или «дерганее» будет реакция. F-16 сконфигурирован таким образом и в течение некоторого времени был эталоном маневренности, требуя компьютеров и проводного управления для повышения устойчивости.

Поверхности управления впереди ЦТ

Также для маневренности выгодно иметь управляющие поверхности впереди ЦТ. В данном случае это делается для того, чтобы избежать функции управления, называемой "неминимально-фазовой" реакцией. Для обычного самолета с хвостовой конфигурацией, когда подается команда набора высоты, хвост опускается, что приводит к чистому снижению подъемной силы до тех пор, пока не будет достигнуто увеличение угла атаки. Это не минимальная фазовая характеристика. Нужно было изначально идти в противоположном направлении от желаемого. В конфигурациях канард такого нет, сначала нос лезет, потом все лезет.

Соедини их...

Передние поверхности управления, передний центр давления и система повышения устойчивости с адекватным динамическим давлением делают его чертовски маневренным. Это обычный рецепт для тактических ракет.

Что ж, это так. Это было сделано, возможно, с 160 миллионов лет .

Ветвь летающих ящеров Pterodactyloidea имела длинные клювы, в большинстве случаев уравновешенные большой костной структурой на затылке, которая обеспечивала боковой контроль. Это их единственная часть тела с заметным боковым участком, поэтому никакая другая часть их тел не может служить аналогичной цели. Такое управление направлением помогает немедленно изменить курс в зависимости от того, на что смотрит животное.

_{Pterodactylus antiquus ( источник изображения )}

Поскольку голова находилась впереди их центра тяжести, конфигурация статически неустойчива и требует постоянной корректировки управления. С другой стороны, он обеспечивает очень быстрые ответы. Это работает и несколько раз было доказано летающими моделями в форме птерозавров .

Другая ветвь, Rhamphorhynchoidea , имела хвост, который обеспечивал дополнительный боковой и продольный контроль. Однако палеобиологи до сих пор спорят, был ли кончик хвоста ориентирован горизонтально или вертикально в полете.

В наше время экономия веса и лобового сопротивления была мотивацией для размещения киля на конце самолета. Предложение британского космического самолета HOTOL имело такое активно управляемое оперение прямо над носовой частью фюзеляжа. Кроме того, многие ракеты класса «воздух-воздух» имеют подвижные управляющие поверхности близко к кончику, и они уравновешиваются большими стабилизаторами сзади. Оба вместе делают их утками в поперечном и продольном управлении.