Почему при выходе из-под эффекта земли происходит изменение момента подъема носа?

Объяснение Койовиса верно и заслуживает того, чтобы быть принятым ответом. Однако, как всегда, многое зависит от деталей конкретной конфигурации - обобщения, подобные тем, что указаны в вашем вопросе, заслуживают осторожного отношения.

Влияние земли не всегда приводит к изменению тангажа вниз. Handley-Page Victor был известен своей способностью вспыхивать сам по себе при входе в экранный эффект. Из Википедии:

Одной из необычных летных характеристик раннего Victor была его способность самостоятельно приземляться; после того, как он был выровнен со взлетно-посадочной полосой, самолет естественным образом вспыхивал, поскольку крыло вступало в контакт с землей, в то время как хвостовое оперение продолжало опускаться, обеспечивая мягкую посадку без какой-либо команды или вмешательства со стороны пилота.

Ключевыми факторами были Т-образное хвостовое оперение и низкое серповидное крыло: поскольку крыло вступало в эффект земли намного раньше, чем хвостовое оперение, его подъемная сила увеличивалась раньше. Низкое крыло в сочетании с высоким хвостовым оперением добавило бы изменения тангажа к экранному эффекту.

Почему наклон кривой подъемной силы отличается от эффекта земли? Близость земли уменьшает не только угол струи вниз, но и индуцированный угол перед крылом. Крыло с большим изгибом и малым углом атаки будет испытывать снижение подъемной силы. Однако при положительном угле атаки воздушный поток под крылом будет частично блокироваться землей, поэтому давление под крылом увеличится и заставит больше воздуха проходить вокруг передней кромки и над крылом, что приведет к увеличению подъемной силы. наклон кривой.

Однако с низким хвостовым оперением инструкция верна: поскольку хвост летит по потоку вниз крыла, уменьшенный поток вниз приводит к положительному изменению угла атаки на хвосте, увеличению подъемной силы в этом месте и приводит к изменению тангажа вниз. Это происходит в дополнение к изменению распределения давления по крылу, которое смещает центр давления назад, добавляя больше тангажа носом вниз, как описано Койовисом. Эффект ухода от земли снизит угол атаки в хвостовой части и даст о себе знать как изменение тангажа.

F/A - 18 страдал от этого эффекта , и ему требовался кладж, чтобы восстановить мощность управления по тангажу до значения, не связанного с эффектом земли, а именно скошенных рулей направления. Как объясняет Ян Роскам в своей книге « Военные истории Роскама » (Военная история 108):

Когда первый истребитель F-18 […] прошел летные испытания на реке Патаксент, стало очевидно, что самолет не будет вращаться с расчетной скоростью. Это сделало полетные характеристики самолета неприемлемыми. Проблема была связана с ошибкой в ​​расчете аэродинамических сил при экранном эффекте. Это особенно серьезно в случае низко расположенного горизонтального стабилизатора. В результате не хватило прижимной способности для раннего разворота при разбеге при взлете.

Проблема решилась схождением рулей. Переключатель приседаний на главной передаче смещает рули направления внутрь, когда они находятся на земле. Это создает достаточное положительное давление на хвостовую часть фюзеляжа, чтобы обеспечить раннее вращение.

Это исправление, хотя и впечатляющее, имело свою цену. Все программное обеспечение управления полетом должно было пройти повторную валидацию. Кроме того, приседания-переключатели представляли собой дополнительную сложность системы.

Аэродинамический центр крыла смещается, когда оно находится в условиях экранного эффекта. Из-за эффекта земли крыло создает подъемную силу, ускоряя воздух вниз. При экранном эффекте земля предотвращает отклонение воздуха вниз, и создается большая подъемная сила из-за повышенного давления под крылом. Это давление имеет другое распределение, чем давление вне земли, отсюда и изменение момента тангажа.

Рассмотрим поперечное сечение крыла: центр подъемной силы набегающего потока находится в точке четверти хорды. Если бы крыло поддерживалось только статическим давлением, как судно на воздушной подушке, центр силы находился бы на 50% хорды.

На самом деле сейчас не уверен, имеет ли горизонтальное оперение большое влияние, но я оставлю первоначальный ответ ниже:

Эффект земли работает за счет увеличения статического давления под крылом и горизонтальным хвостовым оперением. Самолет летит без влияния земли в положении носом вверх, и, в зависимости от конфигурации хвостового оперения, основное крыло может быть вне влияния земли, в то время как горизонтальное оперение по-прежнему испытывает повышенное давление внизу, что создает кабрирование носом вниз. момент. Как только горизонтальное оперение также вылетает из-под влияния земли, момент тангажа исчезает. Я бы не ожидал, что Т-образные хвостовые оперения имеют такое изменение момента тангажа, но я никогда не летал на них.

Как вы, возможно, уже знаете, когда самолет находится в условиях эффекта земли, вихри восходящего и нисходящего потока и законцовки крыла уменьшаются, что означает, что крыло ведет себя так, как будто его удлинение увеличилось, то есть индуцированное сопротивление и угол атаки уменьшены. для коэффициента подъемной силы.

Самолет может потерять устойчивость при наборе высоты из-за влияния земли, потому что, если поддерживать постоянный угол атаки, он может потерять подъемную силу, что, в свою очередь, еще больше увеличит движение носа вверх.

В таких условиях, как высокая температура и большой общий вес, выход из-под действия эффекта земли может оказаться невозможным.