Почему вход руля высоты перемещает шар координатора поворота в крутых поворотах?

В крутом повороте вы меняете мощность, шаг, а также делаете постоянные корректировки элеронами, чтобы удерживать угол крена, даже не осознавая этого. После установки в повороте некоторым самолетам требуется немного элеронов в повороте, чтобы удерживать угол крена, некоторым удерживать крен с нейтральным элероном, а некоторым требуется верхний элерон, чтобы не выйти за пределы крена. Входы верхних и нижних элеронов вызывают постоянно изменяющиеся неблагоприятные силы рыскания, которые приходят и уходят, изменяющиеся эффекты крутящего момента от двигателя с регулировкой мощности вызывают изменяющиеся силы рыскания, а прецессия гироскопа от винта от движений тангажа вызывает силы рыскания, которые приходят и уходят. , а там кочки, и начинаешь бежать по своему следу.

Другими словами, вы находитесь в машине, тянущейся за гироскопом, производящим большой крутящий момент, который скользит и скользит в газе, на который одновременно действует полдюжины сил и моментов. Со всеми тонкими силами и входами, происходящими во время поворота, я не думаю, что вы можете определить и воздействовать на одно такое явление. Что вам нужно делать, так это просто делать все возможное, чтобы удерживать угол крена, высоту и центрировать мяч, и не переусердствовать.

Если вы летите на планере, в котором струна рыскания более чувствительна, чем шар, даже без эффектов крутящего момента и гироскопа двигателя, струна рыскания дрейфует то в одну, то в другую сторону во время поворота, по-видимому, независимо от положения элеронов. время. Обычно вы делаете удары рулем направления вместе с элеронами, но иногда струна рыскания, кажется, думает сама по себе, и вы просто делаете то, что должны делать ногами.

Важно понимать, что «шар» просто катится вперед и назад в изогнутой стеклянной трубке, чтобы указать направление чистых сил G. Он также известен как инклинометр. Что происходит в вашем крутом повороте, так это то, что ориентация руля высоты/крыла теперь находится под углом к ​​силе тяжести, поэтому подтягивание «вверх» также сужает радиус вашего поворота, заставляя «мяч» двигаться наружу. В крутом повороте руль высоты становится более «рулевым». Если вы поворачиваетесь на 90 градусов, руль высоты ЯВЛЯЕТСЯ вашим рулем направления, и руль направления будет наклонять ваш нос вверх или вниз.

Ваша мысль «наступить на мяч» верна, так как ввод руля направления вернет нос на линию скоординированного полета, помогая удерживать высоту. Попробуйте также добавить немного больше мощности .

Вытягивать намного больше руля высоты, чтобы удерживать высоту в крутом повороте, не очень хорошая техника, так как это может привести к сваливанию или пикированию по спирали. Иногда достаточно просто перевернуться на немного меньший угол крена.

Я бы рассмотрел это с инструктором, но здесь может помочь небольшой «руль в небо». Скоординируйтесь и посмотрите, сколько газа вам нужно, чтобы оставаться на одном уровне.

Если самолет теряет высоту в скоординированном полете, и я нажимаю на заднюю часть ручки управления, чтобы поднять и исправить тангаж... И наоборот, если самолет набирает высоту, и я отпускаю ручку управления для снижения

Что вы действительно хотите сделать, так это изменить свою технику.

Ваша цель (предполагая, например, устойчивый AOB 60 градусов) состоит в том, чтобы войти в поворот, установить G (2G = то, что вам нужно для 60-градусного AOB), а затем заблокировать противодавление, изменяя AOB, чтобы установить относительное положение носа. до горизонта. Альпинизм? Немного над берегом, чтобы ваш нос срезал вниз, а затем переустановите берег так, чтобы он фиксировался на горизонте. Посмотрите, что это вам даст. По убыванию? Делай наоборот. Но не качайте носом вверх или вниз. В частности, если вы находитесь рядом с стойлом AOA, он может пересечь вас, и вы можете потерять контроль.

Это сгладит ваш полет и приведет к поворотам с постоянным радиусом.

При отработке крутых поворотов я сталкиваюсь с необычным явлением. Если самолет теряет высоту в скоординированном полете, и я нажимаю на заднюю ручку, чтобы увеличить тангаж и исправить положение, я замечаю, что мяч отклоняется за пределы поворота, указывая на состояние заноса. И наоборот, если самолет набирает высоту, и я ослабляю противодавление на ручку для снижения, шар всегда качается внутрь поворота, указывая на проскальзывание.

Этот вопрос меня удивил. Ваши наблюдения на самом деле согласуются с утверждением Вольфганга Лангевише в его классике авиации «Ручка и руль». Он утверждал, что при повороте ¹ боковое скольжение часто вызывается «недостаточной подъемной силой» и часто должно быть исправлено путем увеличения противодавления руля высоты, а не добавления внутреннего руля направления. Но я никогда не находил, что его утверждение последовательно верно, и я долгое время считал, что это одна из немногих существенных ошибок в его превосходной книге. ²

Я обнаружил, что очень выраженные входы руля высоты во время поворота, создающие очень значительные изменения в перегрузке, действительно вызывают короткие, небольшие отклонения шарика скольжения в направлении, предсказанном идеей Лангевише. Я считаю, что они вызваны сложными трехмерными изменениями траектории полета, которые выходят за рамки простого анализа. Или, возьмем несколько родственную ситуацию, в крыле с креном на полные 90 градусов, если самолету разрешено «плавать» над крышей при довольно низкой перегрузке (с небольшим давлением на заднюю часть ручки управления или без него). , без использования нижнего руля направления, шарик скольжения / скольжения и / или струна рыскания действительно будут демонстрировать довольно выраженное скольжение, когда самолет «падает» на землю. ³

Но в простых маневрах с разворотом, предполагающих лишь умеренные изменения направления траектории полета в вертикальной плоскости (т. е. только умеренные изменения скорости набора высоты или снижения), я не обнаружил, что входы руля высоты играют роль в координации разворота ( в смысле предотвращения проскальзывания и заноса) любым последовательным образом. (В одномоторных винтовых самолетах определенно может быть эффект из-за p-фактора, но направление этого эффекта будет зависеть от направления поворота). моторные самолеты и сверхлегкие самолеты (включая некоторые с высоко установленным толкающим двигателем), а также несколько различных планеров.

Эта тема уже давно представляет для меня особый интерес, потому что в сообществе дельтапланеристов, по крайней мере, в США, давно существует идея, что «правильные» вводы тангажа при входе в поворот сохранят траекторию полета «скоординированной», в то время как неправильный ввод тангажа приведет к «скольжению» планера. В том же духе считается, что преднамеренный ввод тангажа носом вниз, когда планер входит в поворот или поворачивается, вызывает очень выраженное «боковое скольжение». (Если это правда, то это будет совместимо с идеей Лангевише, как отмечалось выше.) Многие страницы в учебных пособиях и журнальных статьях посвящены «объяснению» этих предполагаемых явлений. Хотя есть смысл использовать слово "согласованный" чтобы описать согласованное использование всех доступных средств управления полетом для получения желаемых результатов - и единственные доступные входные данные управления в дельтапланеризме - это входные данные по тангажу и крену со сдвигом веса - я нашел идею, что входные данные по тангажу имеют какое-то отношение к вызывая или предотвращая боковое скольжение дельтапланов, чтобы быть полным «отвлекающим маневром». Некоторые пилоты дельтапланов, по-видимому, ошибочно принимают ощущения пикирующего разворота с ускорением за ощущения истинного «скользящего» разворота. Обширные эксперименты со струнами рыскания и шариками скольжения на дельтапланах показывают, что боковое скольжение в дельтапланах почти полностью связано с Я обнаружил, что идея о том, что входы по тангажу как-то связаны с возникновением или предотвращением бокового скольжения в дельтапланах, является полным отвлекающим маневром. Некоторые пилоты дельтапланов, по-видимому, ошибочно принимают ощущения пикирующего разворота с ускорением за ощущения истинного «скользящего» разворота. Обширные эксперименты со струнами рыскания и шариками скольжения на дельтапланах показывают, что боковое скольжение в дельтапланах почти полностью связано с Я обнаружил, что идея о том, что входные данные по тангажу как-то связаны с возникновением или предотвращением бокового скольжения в дельтапланах, является полным отвлекающим маневром. Некоторые пилоты дельтапланов, похоже, ошибочно принимают ощущения от пикирующего разворота с ускорением за ощущения от настоящего «скользящего» разворота. Обширные эксперименты со струнами рыскания и шариками скольжения на дельтапланах показывают, что боковое скольжение в дельтапланах почти полностью связано сскорость крена с небольшим остаточным боковым скольжением, остающимся при постоянном угле крена, и это небольшое скольжение, наблюдаемое в повороте с постоянным креном, имеет тенденцию быть больше, когда воздушная скорость (и скорость снижения) низки, чем когда воздушная скорость (и скорость снижения) ) высоки - прямо противоположно тому, что предсказала бы "традиционная мудрость" сообщества (и идея Лангевише). Частично путаница может быть связана с тем фактом, что на некоторых дельтапланах, особенно с ярко выраженным угловым углом, «втягивание» ручки управления при кувырке с уровня крыльев в поворот может привести к заметному увеличению скорости крена., что действительно вызывает довольно выраженное боковое скольжение, которое заканчивается очень скоро после того, как скорость крена возвращается к нулю. В любом случае, если коротко, то боковое скольжение в дельтапланах происходит в основном из-за неблагоприятного рыскания при крене , и при заданной скорости крена это скольжение из-за неблагоприятного рыскания не уменьшается путем перемещения ручки управления вперед для «координации» развернуться и уменьшить набор скорости и потерю высоты. Вытягивание планки назад, удерживая планер в постоянном крене, не приводит к боковому скольжению параплана при пикировании и ускорении. (Конец касательной — но может помочь читателю понять, почему я потратил немало времени на изучение этих взаимосвязей и на более «обычных» самолетах.испытанный самолет)

Я предполагаю, что вы летите на одномоторном винтовом самолете с носовым двигателем, вращающимся в «обычном» направлении (по часовой стрелке, как видит пилот). Это правда? Вы продемонстрировали, что явления последовательно верны, поворачиваясь в обоих направлениях?

Рискуя противоречить как оригинальному OP вопроса, так и уважаемому Вольфгангу Лангевизе, я бы предположил, что это не тот эффект, который можно последовательно воспроизвести в обоих направлениях на самых разных самолетах. Было бы очень интересно, если бы вас направили на видеозапись или другое подтверждение, которое предполагает обратное - в идеале, когда ноги пилота четко видны с педалей руля направления!

Кто-нибудь еще может подтвердить это?

Я не уверен, имел ли ОП в виду (под «этим»), что его теория связана с тем, что происходило, или просто с наблюдаемыми явлениями, но я бы хотел, чтобы ответы были опубликованы (или ответы в чате) другими членами ASE, которые в состоянии (или не в состоянии) подтвердить наблюдаемые явления - с учетом угла крена и того, является ли эффект временным (связанным с изменением противодавления руля высоты и воздушной скорости) или длительным (продолжающимся, пока самолет поднимается или снижается, даже при постоянная тангажа) и подтверждение того, что эффект наблюдался в обоих направлениях поворота и т. д., независимо от того, какой механизм считается лежащим в основе. ⁴

Сноски:

1. Лангевише не уточнил, что поворот должен быть крутым , чтобы можно было наблюдать это явление. ОП упоминает «крутые» повороты. Возможно, что мои собственные эксперименты, описанные в этом ответе, в основном были сосредоточены на поворотах с креном 45 градусов или меньше - нужно проверить примечания для получения дополнительной информации, чтобы освежить память.

2. Аналогичное содержание — возможно, вдохновленное содержанием «Палки и руля»? — появилось в некоторых (около 1969 г.?) изданиях книги «Современное летное мастерство» под редакцией Нила Д. Ван Сикла. В более поздних выпусках, таких как 8-е издание 1999 г., отредактированное Джоном Ф. Уэлчем, Льюисом Бьорком и Линдой Бьорк, этот контент был удален.

3. Мы можем думать, что проскальзывание в основном вызвано одним из двух явлений: (1) аэродинамическая асимметрия, создающая крутящий момент рыскания, который уравновешивается только тогда, когда самолет летит в состоянии проскальзывания, когда нос отклоняется в сторону. «снаружи» или «сверху» фактического направления траектории полета, или (два) внезапная потребность в увеличении скорости вращения по рысканию (если носовая часть должна оставаться на одной линии с траекторией полета), при которой инерция вращения самолета по рысканию имеет тенденцию сопротивляться до тех пор, пока не будет достигнут достаточно большой угол скольжения, чтобы создать значительный крутящий момент рыскания, чтобы преодолеть инерцию вращения рыскания и увеличить скорость вращения рыскания. Поскольку воздушная скорость достигает минимума в верхней части крыла и, таким образом, аэродинамические силы малы, в то время как скорость искривления траектории полета к земле (из-за силы тяжести) достигает максимума, последний эффект, вероятно, лучше всего описывает причину бокового скольжения, наблюдаемого в этой точке. Чем круче угол крена, тем больше кривизна траектории полета, направленная к земле, требует вращения по рысканию, а не по тангажу, если нос должен оставаться на одной линии с траекторией полета.

4. Еще несколько слов о возможном «основном механизме» или его отсутствии, когда повышенное противодавление имеет тенденцию вызывать занос, а уменьшенное противодавление имеет тенденцию вызывать проскальзывание, как сообщил OP - немедленный эффект увеличенного противодавления давление на стержень или коромысло, по-видимому, представляет собой повышенную аэродинамическую силу, которая действует «прямо вверх» в системе отсчета трубки инклинометра (шарик скольжения) и поэтому не должна влиять на отклонение шарика скольжения. (Имейте в виду, что скользящий мяч не реагирует на какой-то «баланс» между аэродинамическими силами и гравитацией — он реагирует только на аэродинамические силы.) В более долгосрочной перспективеЭффект повышенного обратного давления на ручку или штурвал заключается в более низкой воздушной скорости и, следовательно, (при том же угле крена) в меньшем радиусе поворота, более высокой скорости поворота и более высокой требуемой скорости вращения по рысканью. Казалось бы, при приложении дополнительного противодавления к ручке или штурвалу и уменьшении скорости полета и уменьшении радиуса кривизны траектории полета, увеличении скорости разворота, а также увеличении требуемой скорости вращения по рысканию инерция вращения самолета по рысканию будет иметь некоторую тенденцию удерживать нос слишком далеко отклоняться в сторону «внешней» или «высокой стороны» траектории полета (в основном эффект «отставания»), что должно вызывать некоторое временное боковое скольжение .(не скользит). Тем не менее, наблюдение ОП состоит в том, что повышенное противодавление имеет тенденцию вызывать занос. Я затрудняюсь примирить это несоответствие. Конечно, чем круче угол крена, тем меньше изменения в скорости разворота влекут за собой изменения скорости вращения по рысканию вообще - при крутых углах крена динамика в игре в основном затрагивает ось тангажа.

Представьте себе накренившийся самолет в четырех сценариях. В каждом сценарии самолет поддерживает одинаковую вертикальную скорость (он не ускоряется вверх или вниз).

1. Самолет накренился, но не поворачивает. Самолет создает подъемную силу 1G, нескоординированно наклоняясь в небе и вообще не поворачиваясь. Направление подъема направлено прямо вверх, и мяч перемещается в положение, противоположное ему, направленное прямо к земле.

2. Самолет накренился, но в пробуксовке. Самолет поворачивается, но не так сильно, как должен, учитывая угол крена. Самолет создает подъемную силу 1G в вертикальном направлении, но недостаточную подъемную силу в горизонтальном направлении, чтобы поместить объединенный вектор перпендикулярно крыльям. Мяч частично падает на землю.

3. Самолет находится в скоординированном развороте. Самолет создает подъемную силу 1G в вертикальном направлении и достаточно подъемную силу в горизонтальном направлении, чтобы суммарный вектор был перпендикулярен крыльям. Шар находится в центре шкалы.

4. Самолет находится в юзовом повороте, он разворачивается быстрее, чем должен, учитывая угол крена. Самолет по-прежнему создает подъемную силу 1G в вертикальном направлении, но теперь он создает больше, чем требуется, в горизонтальном направлении, и объединенный вектор проходит перпендикулярно. Мяч движется к внешней стороне поворота.

Существенной частью здесь является то, что если самолет не входит в набор высоты или не выходит из пикирования, он создает подъемную силу 1G в вертикальном направлении. Если самолет увеличивает или уменьшает общую подъемную силу, направление вектора соответственно изменится. Если направление вектора не совпадает с углом крена, вы не скоординированы. Слишком большой крен или недостаточная подъемная сила вызывают скольжение, слишком маленький крен или слишком большая подъемная сила вызывают занос.