Как крыло/рули Airbus Beluga справляются с высоким центром тяжести?

Пока самолет летит без большого бокового скольжения, вертикальное положение центра тяжести не имеет значения.

Распространено заблуждение, что самолет может «опрокинуться» при крене из-за высокого расположения центра тяжести, или даже этот поперечный угол выпрямит самолет, потому что нижнее крыло будет создавать большую подъемную силу. Это все неправильно!

Чтобы понять почему, посмотрите, куда указывает гравитация при полете по крену. Под гравитацией я подразумеваю общее ускорение, ощущаемое пилотами и пассажирами, кажущееся вертикальное направление.

Вид спереди A320 прямо и в наклоне с векторами силы в системе отсчета самолета.

Векторы сил в полете на вирен не отличаются от векторов в горизонтальном полете, только увеличивается их величина. В обоих случаях кажущаяся вертикаль параллельна вертикальной плоскости симметрии и будет проходить прямо через центр тяжести, независимо от его вертикального положения. Следовательно, он не имеет плеча рычага и не создает импульса вокруг центра тяжести.

Другими словами, самолет кренится в скоординированном повороте, чтобы сохранить кажущуюся вертикаль в своей вертикальной плоскости симметрии, теперь, когда необходимо добавить горизонтальную силу, чтобы изменить угловой момент самолета.

Поэтому ни крыло, ни рули не нуждаются в специальной адаптации к огромному фюзеляжу. Только вертикальное оперение нужно увеличить, чтобы компенсировать увеличенную боковую площадь перед центром тяжести. В случае с Beluga были добавлены два вертикальных киля и увеличена полоса. Это очень распространенная процедура модификации существующих самолетов , потому что она проще, чем проектирование новой вертикали, и улучшает управляемость по сравнению с новым увеличенным оперением .

Вид сбоку на Airbus Beluga ( Источник изображения )

Фюзеляж имеет свой аэродинамический центр впереди центра тяжести, поэтому увеличение его размера также увеличит его дестабилизирующий момент рыскания при боковом скольжении. Для этого требуется большая стабилизирующая площадь в задней части, которую можно оставить относительно небольшой, поскольку ее удлинение намного выше, чем у фюзеляжа, что делает ее более чувствительной к изменениям угла бокового скольжения. Оба вместе создают боковую силу при боковом скольжении, которая будет значительно больше, чем у немодифицированного A300 в тех же условиях. Эта боковая сила, вызванная боковым скольжением, и связанное с ней сопротивление сделают летные характеристики Beluga отличными от характеристик A300. Поскольку он действует немного выше центра тяжести, он добавит вращающий момент, увеличивая двугранный эффект. Я ожидаю, что на «Белуге» будет тяжелее нарастить угол скольжения,

При проектировании Beluga по более ранним самолетам (Super Guppy, 3M-T или BM-T Atlant) было ясно, что негабаритный грузовой отсек не сделает полет невозможным.

Модификация 3М-Т/БМ-Т для десантирования ракетных ступеней. Источник изображения .

Как мы видим на картинке выше, центр тяжести (ЦТ) самолета всегда находится в точке пересечения трех осей. Таким образом, всякий раз, когда центр тяжести смещается вдоль одной оси, это влияет и на две другие.

Смещение ЦТ по вертикали (вдоль вертикальной оси) влияет на курсовую устойчивость. В таком случае для обеспечения курсовой устойчивости необходим руль направления.

Необычная выпуклость фюзеляжа Airbus Beluga может навести на мысль, что он может нести больший вес, чем A330, но это неверно. Взлетная масса A330 составляет от 364 000 до 378 500 фунтов , однако взлетная масса Beluga составляет 341 713 фунтов.

Поскольку ЦТ в Beluga смещается вверх, это влияет на курсовую устойчивость самолета. В нескольких местах упоминалось ( Википедия и здесь и здесь ), что хвостовое оперение Airbus Beluga было увеличено и усилено для сохранения курсовой устойчивости .

^{Источник изображения}