Когда вы выполняете поворот, самолет не выпрямляется естественным образом (как в некоторой степени это делает автомобиль). Элероны спроектированы таким образом, чтобы оставаться в любом положении, или это просто побочный продукт аэродинамики?
Я думаю, что это и то, и другое - для большинства самолетов то, как они ведут себя в повороте, является побочным продуктом их разработанных аэродинамических свойств. На этот вопрос на самом деле довольно сложно ответить. Предположим, вы говорите о простом легком самолете, в котором поверхности управления механически связаны с органами управления, которые их двигают — это гарантирует, что все, что вы чувствуете, связано с тем, что происходит с самолетом, а не обязательно с чем-то более сложным (например, компьютер с дистанционным управлением или гидравлическая связь с некоторой степенью гистерезиса).
Развороты самолетов разделены, по крайней мере, CAA и FAA (см. Справочник FAA по полетам на самолетах, глава 3 ) на три основные категории:
Давайте рассмотрим их более подробно и объясним, почему возникают эти эффекты.
Пологие повороты.Они имеют тенденцию становиться менее крутыми по мере прохождения поворота, и большинство самолетов имеют естественную тенденцию уменьшать угол крена на протяжении всего поворота. Эта тенденция к уменьшению угла крена возникает, как я полагаю, исключительно как разработанная аэродинамическая характеристика самолета, обеспечивающая боковую устойчивость. Поскольку малые углы крена - это, по сути, ситуация, которая представляет собой лишь небольшое возмущение относительно полета прямо и горизонтально, желательно, чтобы угол крена уменьшался до нуля, если его оставить в покое. Если это не так, то устойчивость самолета приходится активно поддерживать постоянными манипуляциями с рулевыми поверхностями (что утомительно или невозможно для человека). Эта устойчивость может быть достигнута за счет конструктивных особенностей, таких как (i) двугранный угол крыльев самолета, (ii) их стреловидность и (iii) их положение по высоте — если они высокие, чтобы снова «вытянуть» крылья в вертикальное положение. Единственная цель любой степени поперечного угла крыла — угла, который они образуют с горизонталью, — улучшить поперечную устойчивость. Если возмущение вызывает падение одного крыла, результирующая (неуравновешенная) сила вызовет боковое скольжение в направлении опущенного крыла. По сути, это аналогично «созданию» потока воздуха в направлении, противоположном скольжению. Этот поток воздуха ударит по нижнему крылу под большим углом атаки, чем по верхнему крылу. Таким образом, нижнее крыло получит большую подъемную силу, и самолет откатится в нейтральное положение. Многие небольшие самолеты имеют небольшой угол наклона крыльев. Аналогичный эффект возникает при (ii) стреловидных крыльях — когда возмущение заставляет самолет со стреловидными крыльями скользить или сбрасывать крыло, низкое крыло представляет свою переднюю кромку под углом, почти перпендикулярным относительному воздушному потоку. В результате низкорасположенное крыло приобретает большую подъемную силу, поднимается и самолет возвращается в исходное положение. Кроме того, вы на самом деле не замечаете, что находитесь в мелком повороте, за исключением того факта, что вы постоянно применяете немного палки и руля направления. -загрузка минимальна.
Средние обороты . В этом случае самолет находится в метастабильном состоянии — он будет продолжать движение под постоянным углом крена, но «толчок» в любую сторону приведет к увеличению или уменьшению крена в зависимости от ситуации. К этому моменту , и внешнее крыло действительно создает гораздо большую подъемную силу, чем другое, и, таким образом, угол крена увеличивается, поскольку оно втягивает самолет в круг. Тем не менее, эффекты, описанные выше, по-прежнему применимы и обеспечивают эффективную силу, возвращающую нормальное отношение. При среднем развороте самолет спроектирован так, чтобы эти силы были уравновешены, и на практике вам часто требуется практически полное отсутствие элеронов и почти полное отсутствие руля направления для выполнения скоординированного среднего разворота в легком самолете. Если он правильно подстрижен, можно убрать руки с органов управления и сидеть и весело ходить по кругу. В зависимости от вашей скорости, -загрузка очевидна, но невелика.
Крутые повороты. К этому моменту одно крыло почти не создает подъемной силы, а другое создает довольно большую. Мы вышли за расчетную точку устойчивости среднего разворота, и угол крена имеет тенденцию к увеличению по мере того, как внешнее крыло тянет самолет к оси разворота. Этот тип поворота активно требует участия пилота для поддержания постоянного угла крена, и, в зависимости от скорости, физически это может быть довольно тяжелой работой. - нагрузка на крылья значительна, и, поскольку скорость сваливания самолета увеличивается примерно пропорционально квадратному корню из Опытный фактор, здесь вполне возможно войти в ускоренное сваливание или даже вращение. Вы замечаете угол крена и чувствуете странное положение самолета. Это явление называется тенденцией овербанкинга.
Все управляющие поверхности сконструированы так, чтобы возвращаться в нейтральное положение, если не приложено управляющее усилие. Это часть сертификационных требований для каждого самолета. JAR 23.177(d) гласит:
При прямолинейных устойчивых боковых скольжениях при 1,2 VS1 для любых положений шасси и закрылков и для любых условий симметричной мощности до 50% от максимальной продолжительной мощности движения и силы управления элеронами и рулями направления должны постоянно увеличиваться (но не обязательно в постоянной пропорции). ) при увеличении угла скольжения до максимального, соответствующего типу самолета. При больших углах скольжения вплоть до угла, при котором используется полное управление рулем направления или элеронами, или достигается предел управляющей силы, указанный в JAR 23.143, движения и силы управления элеронами и рулями направления не должны изменяться при увеличении угла бокового скольжения. (…)
Обратите внимание, что если вы держите элероны в отклоненном положении, самолет будет набирать скорость по крену до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие с демпфированием по крену . Чтобы поддерживать желаемый угол крена, пилот должен активно останавливать движение по крену, кратковременно отклоняя элероны против крена. Это отличается от управления автомобилем, где угол поворота пропорционален скорости поворота.
Поскольку элероны шарнирно закреплены близко к их передней кромке, аэродинамические силы будут «флюгером» направлять их в направлении местного потока. Выбрав линию шарнира и определив размер части поверхности управления перед линией шарнира , авиаконструктор может настроить усилия управления так, чтобы они были положительными на всех скоростях, но достаточно низкими, чтобы не утомлять пилота. Многие гениальные решения были опробованы специально для элеронов, и только применение гидравлики позволило этому искусству в области машиностроения увянуть в последние десятилетия.
Не заставляйте меня начинать о том, как именно вы можете настроить силу вращения палки - это будет статья, которая будет намного длиннее, чем все, что я писал здесь раньше.
Как и почему самолет может или не может выравниваться при выполнении разворота, подробно обсуждается в этом вопросе .
Самолет может быть спроектирован так, чтобы быть аэродинамически устойчивым вокруг каждой из его осей: тангажа, крена и рыскания.
Большинство самолетов (кроме современных истребителей) спроектированы так, чтобы быть аэродинамически устойчивыми по тангажу (фактически по углу атаки) и рысканию. Однако создание аэродинамической устойчивости самолета как по рысканию, так и по крену вызывает неудобные колебания по крену . Поэтому они спроектированы так, чтобы быть лишь слегка стабильными при крене, в результате чего мелкие крены без участия пилота имеют тенденцию медленно корректироваться, но большие углы крена со временем увеличиваются.
Это побочный продукт аэродинамики.
Постоянное отклонение элеронов дает постоянный момент крена. Постоянный, отличный от нуля момент крена дает увеличение скорости крена.
Во время поворота вам нужен постоянный угол крена, а не скорость и тем более ускорение скорости.
Чтобы достичь постоянного угла крена, когда вы находитесь в повороте, вам нужно только минимальное отклонение элерора или отклонения (величина зависит от направления поворота, если у вас асимметричный самолет, такой как одинарный винт или сдвоенный с двигателями, вращающимися в одном направлении).
Величина необходимого отклонения также будет зависеть от угла наклона крыла: угол поперечного угла, например, даст вам момент крена, который будет стремиться выровнять самолет, элероны должны быть отклонены ровно настолько, чтобы сбалансировать этот момент. с равным и противоположным.
Чтобы войти в поворот и выйти из него, вам нужно большее отклонение элеронов, потому что вы хотите изменить положение крена, вы хотите иметь чистый ненулевой момент крена (в течение относительно короткого периода времени).