Как летающее крыло не входит в штопор при маневрировании?

Стреловидность сильно помогает , а остальное достигается за счет тормозных устройств возле законцовок крыла.

(Источник: aerospaceweb.org )

Вы заметили, что у Б-2 элероны разрезные, и они частично раскрываются во время полета? Их сопротивление тянет законцовку крыла назад, а в сочетании со стреловидностью переднее крыло по рысканью будет иметь более длинное плечо рычага, поэтому такое же сопротивление создает больший стабилизирующий момент рыскания.

Дифференциальная тяга недоступна на планерах, а планеров с летающим крылом много. Horten III и IV, Fauvel AV-36 и SB-13 - вот некоторые примеры. Hortens использовали скоростные тормоза возле законцовок крыла, а SB-13 имеет рули с дифференциальным отклонением (70 ° наружу, 20 ° внутрь) на законцовках для увеличения момента рыскания.

С летающими крыльями управление направлением не представляет проблемы, даже несмотря на то, что курсовая устойчивость становится слабой на высокой скорости, когда индуктивное сопротивление низкое. Флаттер и низкий$c_{L max}$это настоящие недостатки. Наземное управление, посадочные характеристики и место для полезной нагрузки — это другие вопросы, но их можно преодолеть.

И плоские вращения невозможны с летающими крыльями. Все их режимы вращения довольно крутые из-за отсутствия сильного инерционного момента от продольного распределения масс .

Есть два разных подхода, пассивная и активная стабильность по всем трем осям.

Ось X (рулон):

По оси X летающие крылья стабилизируются так же, как и любой другой самолет. Пассивная устойчивость достигается за счет небольшого двугранного угла вверх между левым и правым крылом.

Активная устойчивость достигается за счет элеронов возле законцовок крыла, которые создают управляемую дифференциальную подъемную силу, позволяющую пилоту или бортовому компьютеру контролировать скорость крена.

Ось Y (шаг)

Пассивная устойчивость по оси Y в традиционных самолетах достигается за счет большой корректирующей силы горизонтального стабилизатора (за исключением самолетов типа «утка», где эту роль берет на себя само основное крыло).

Активная устойчивость достигается за счет органов управления рулем высоты на этом стабилизаторе, которые увеличивают или уменьшают вертикальную силу в одном или другом направлении.

В летающем крыле этого стабилизатора нет. Вместо этого эту роль берет на себя задняя часть основного крыла. Чтобы это работало, стабильное летающее крыло должно иметь крылья со значительной стреловидностью назад таким образом, чтобы общая сила крутящего момента как при положительном, так и при отрицательном большом угле атаки всегда уменьшала этот угол атаки.

Активная устойчивость достигается за счет рулей в самой задней части крыла. Часто это те же поверхности управления, которые также используются для управления вращением, но отклоняются в унисон, а не в противоположных направлениях (Элевоны).

Ось Z (рысканье)

Как и в случае с тангажом, пассивное и активное управление рысканием на обычных самолетах осуществляется с помощью стабилизатора с рулем направления в хвостовой части.

В настоящих летающих крыльях этого нет (у некоторых даже нет винглетов). Но большая стреловидность крыла (обычно крылья летающих крыльев встречаются под углом примерно 90 ° на кончиках) вызывает более высокую силу сопротивления на крыле, обращенном вперед. если корабль рыскает в одну сторону, что приводит в действие требуемую корректирующую силу.

Активное управление достигается за счет создания дополнительного сопротивления через своего рода тормозные щитки возле законцовок крыла (фактические реализации различаются - разделенные элевоны - отдельные тормозные щитки - ...). Это также может быть увеличено за счет использования дифференциальной тяги.

(Примечание: корректирующая сила намного ниже, чем сила, вызванная хвостовым оперением. Таким образом, у такого летающего крыла двигатели должны быть относительно близко к центру, иначе сценарий с одним неработающим двигателем вызовет неустранимый момент рыскания. Это, однако, ограничивает эффективность дифференциальной тяги, если предполагается, что корабль в таких условиях останется летным)

Скорость и стабильность сваливания:

У самолета со стабильной скоростью носовая часть поднимается вверх на более высоких скоростях и наклоняется вниз, если самолет становится медленнее, благодаря тому, что центр тяжести находится перед центром подъемной силы, что приводит к опусканию носа. Это уравновешивается (обычно паразитной) направленной вниз силой от горизонтального стабилизатора, действующего в хвостовой части самолета. Такое расположение сил также должно вызывать опускание носа и уменьшение угла атаки в ситуации сваливания.

Поскольку летающее крыло не имеет этого стабилизатора, аналогичный баланс сил должен быть достигнут за счет тщательного проектирования профиля и крутки крыла. Если вы посмотрите, например, на конструкции планеров Horton с летающим крылом, они имеют «толстый» профиль, создающий большую часть подъемной силы в центре (который, благодаря стреловидности крыла, также является передней частью). Ближе к концу и задней части крыльев профиль становится тоньше и симметричнее. В то же время крылья слегка закручены, поэтому собственный угол атаки на кончике (и, следовательно, в задней части крыла) на несколько градусов ниже, чем у носа.

На высоких скоростях передняя часть крыла создает большую подъемную силу, чем задняя, ​​и поднимает нос. Эта часть имеет наибольшую нагрузку на крыло и будет сваливаться первой, в то время как стреловидная внешняя часть крыла - благодаря своему профилю меньший угол атаки и меньшая нагрузка еще не свалятся. Нос опускается, а рули в этой задней части остаются функциональными.

Следует отметить, что не все конструкции летающего крыла обеспечивали безопасное сваливание. В некоторых, например, в американских проектах начала 1940-х и 1950-х годов, не удалось правильно реализовать устойчивость сваливания, в то время как другие (например, бомбардировщик B2) были намеренно спроектированы аэродинамически небезопасными, чтобы облегчить другие функции (малозаметность), которые были бы скомпрометированы «скрученным» крылом.

Летающие крылья используют дифференциальную тягу для управления рысканием вместо вертикальных стабилизаторов и рулей направления. У некоторых также есть небольшие внешние рули или спойлеры для этой цели.

Первый самолет, получивший сертификат устойчивости по своей природе, Dunne D.5 1910 года, имел бесхвостое стреловидное крыло. Затем последовала серия бипланов и монопланов, все бесхвостые стреловидные типы и некоторые, возможно, летающие крылья со свисающими частями.

Ключевой особенностью, которая делала их устойчивыми по тангажу, было скручивание или размывание крыла от корня до кончика, что позже было описано как «помещение хвоста на конец крыла». (Некоторые бесхвостые типы использовали специальные аэродинамические поверхности со стабильным центром давления, чтобы избежать обычного дестабилизирующего движения с углом атаки.)

Эти самолеты стали кульминацией десятилетнего поиска самолета, который был бы не только устойчивым, но и мог бы автоматически выравниваться из любого положения, в которое его бросали. Его друг Герберт Уэллс и лицензиат Старлинг Берджесс (из линии Берджесс-Данн) записали его привычку запрыгивать на удобную платформу и запускать небольшие бумажные модели, чтобы проиллюстрировать это (многие из этих моделей сохранились в архивной коллекции Музея науки).

Во избежание сваливания и штопора хвост присоединялся к крылу, а изменение падения сглаживалось по их общему размаху, чтобы не было внезапного отрыва на одной поверхности, а начиналось с корня, а затем нос опускался, чтобы восстановиться. плавный поток. Наконечники были устроены таким образом, чтобы обеспечивать прямое рыскание, так что вираж при повороте применялся к правильному рысканию для плавно скоординированного поворота. Частично это было вызвано фактической прижимной силой на законцовках (недавно включенной в крыло Прандтля НАСА). Бипланы действительно соответствовали его требованиям, и один из них благополучно перелетел через Ла-Манш во время шторма в 1913 году, в условиях, когда более одного обычного самолета дня бесследно исчезли. Монопланы немного отличались, но их единственным недостатком было полное и внезапное сваливание при слишком медленном полете.

Джек Нортроп, который позже изобрел летающее крыло в США, был большим поклонником Данна.