Почему высокоплан более устойчив?

Высокоплан считается более устойчивым при боковом скольжении из-за эффекта маятника. Как эффект маятника повышает устойчивость высокоплана?

Этот вопрос касается устойчивости высокорасположенного крыла, а не сравнения конструкции с низкорасположенным и высокорасположенным крылом, а также в вопросе, в котором говорится о плюсах и минусах конструкции с высокорасположенным и низкорасположенным крылом, он на самом деле не объясняет устойчивость с аэродинамической точки зрения. Посмотреть.

это не дубликат связанного вопроса: там говорится, что стабильность является преимуществом, но не хватает подробностей, объясняющих, откуда берется стабильность.
Я с @Federico, вопрос связан, но это не обман.
Эффект маятника @PeterKämpf также называют эффектом киля. Я мало что знаю об этом, но в Справочнике пилотов по авиационным знаниям FAA есть глава об аэродинамике полета, в которой объясняется эффект киля.
Я летаю как на высокоплане Cessna, так и на низкоплане Piper. Я считаю, что низкопланы в целом намного более стабильны, и владельцы самолетов с этим согласны.
@ kepler22b: Либо автор FAA имеет в виду что-то другое, либо он / она невежественны. Если вы хотите узнать, что на самом деле представляет собой этот «эффект киля», задайте новый вопрос и попробуйте процитировать раздел из Справочника. Я буду рад обсудить это.
Хорошо. я задам другой вопрос

Ответы (3)

Они действительно?

В высокоплане центр подъемной силы находится выше центра тяжести. Это не повысит устойчивость при крене самолета, но, как вы правильно сказали, поможет при боковом скольжении самолета. Чтобы удерживать фюзеляж под углом к ​​воздушному потоку, крыло теперь должно создавать компонент боковой подъемной силы, который он делает, летая под углом к ​​горизонтали. Этот угол крена самолета сместит центр тяжести в сторону, поэтому он окажется не точно ниже центра подъемной силы, а смещен вбок. Это боковое смещение, по-видимому, создает момент качения, который работает против угла крена.

Ниже я набросал основные силы бокового скольжения. Обратите внимание, что у самолета есть боковая составляющая скорости, которая создает боковую силу на фюзеляж и хвост (зеленый цвет), которой должна противодействовать боковая составляющая подъемной силы (синий).

Короткий Сандрингем в боковом скольжении

Короткий Сандрингем в боковом скольжении (на основе этого источника )

Но все же вес (черный) атакует по центру тяжести, поэтому он не будет перекачивать самолет, а подъемная сила находится в вертикальной плоскости симметрии, поэтому она тоже не создаст момента качки. Следовательно, у нас нет стабилизирующего эффекта из-за высокого расположения крыла!

При боковом скольжении высокоплана наветренная корень крыла будет иметь немного увеличенный угол атаки, в то время как подветренная корневая часть крыла будет испытывать уменьшенный угол атаки из-за поперечного обтекания фюзеляжа . Это действительно создаст вращающий момент, потому что он сместит центр подъемной силы в сторону из плоскости симметрии. При статическом боковом скольжении пилот будет отклонять элероны для поддержания угла крена, а также руль направления для поддержания бокового скольжения, сдвигая вектор подъемной силы обратно в вертикальную плоскость симметрии. Теперь любой стабилизирующий эффект асимметрии подъемной силы специально отменяется пилотом!

Однако на низкоплане это достигается за счет добавления двугранного угла. Следовательно, самолет с низкорасположенным крылом можно легко сделать таким же устойчивым, как самолет с высокорасположенным крылом, при боковом скольжении.

Вы заметите, что боковая аэродинамическая сила (зеленая) действует над центром тяжести и также создает корректирующий момент качения . Это диктуется расположением вертикального оперения, мало влияющего на расположение центра тяжести, но создающего значительную долю боковой силы (уменьшаемой, однако, в случае бортового скольжения отклонением руля направления). Однако этот вращающий момент почти не зависит от положения крыла. В низкорасположенном крыле центр тяжести в целом будет ниже, особенно когда двигатели установлены на крыле, поэтому вклад вертикального оперения в момент качки несколько выше. Эффект бокового скольжения невелик, поскольку отклонение руля направления означает, что фюзеляж создает большую часть боковой силы. И это не эффект маятникао котором вы спрашивали и которого не существует .

Однако в дирижаблях эффект маятника реален : поскольку плавучесть всегда действует против силы тяжести, боковое смещение тяжелой гондолы создаст вертикальный момент, как это происходит в маятнике. При повороте тяжелую гондолу центробежными силами будет тянуть вбок, и дирижабль будет катиться. Поскольку управление поворотом осуществляется с помощью руля направления, вращение создаст для руля небольшой момент опускания носа, который должен быть компенсирован командой подъема носа руля высоты. Эффект маятника гарантирует, что гондола будет находиться в самой нижней точке прямолинейного полета.

PS: благодаря подсказке @ kepler22b я обнаружил страницу с эффектом киля в Википедии. Он также упоминает эффект маятника и называет вклад фюзеляжа в двугранный эффект. Чувак, если когда-нибудь будет конкурс на самое вводящее в заблуждение название эффекта, это будет победителем.

Маятник представляет собой груз, установленный ниже точки шарнира, поэтому он стабилизируется в нижнем положении. Летающий самолет не шарнирный , поэтому все движения происходят вокруг центра тяжести. В самолетах просто нет эффекта маятника.

Хороший ответ, но у меня есть вопрос. Если я посмотрю на вашу картинку и представлю эту ситуацию для низкорасположенного крыла, это приведет к той же боковой силе и той же подъемной силе, но в более низком месте. Таким образом, и боковая составляющая подъемной силы, и боковая сила будут генерировать момент по часовой стрелке. В случае с высоким крылом они компенсируют друг друга, в случае с низким крылом они складываются. Разве это не разница между высоким и низким крылом?
@ROIMaison: боковой центр давления находится не там, где находится крыло, а определяется фюзеляжем и вертикальным оперением. В примере она очень близка к высоте крыла (ведь вертикальное оперение направлено вверх), но это не изменится при низком расположении крыла. Да, это создает момент качения, как обсуждается в этом ответе .
@ROIMaison: Пилот следит за тем, чтобы вектор подъемной силы оставался в вертикальной плоскости симметрии (путем отклонения элеронов), поэтому независимо от положения крыла вектор подъемной силы не создает момента качения .
Что произойдет, если я решу использовать для выполнения поворота только руль направления, а не элероны? Ваш ответ, похоже, не касается этого аспекта стабильности.
@JonathanWalters ... потому что и вопрос, и мой ответ касаются скольжения, а не поворота. Не стесняйтесь спрашивать, и я напишу ответ и по этому аспекту. Подсказка: многое зависит от с л β конкретного дизайна.
Справедливо. В вопросе конкретно упоминается скольжение, но более широкий вопрос касается как скольжения, так и скольжения. Я подозреваю, что если бы я задал этот вопрос, он был бы закрыт как супер этого.
@JonathanWalters: Только что провел быстрый поиск по теме «Как повернуть без элеронов». Три результата были далеко - я думаю, что этот вопрос был бы действительно новым и должен обогатить этот сайт. Обратите внимание, что у нас есть пара вопросов, касающихся управления самолетом после отказов, но если вы спросите о физике и непреднамеренных последствиях поворотов только рулем направления, вопрос не должен быть помечен как дубликат.
Значит ли это, что гондола шарнирная , потому что у нее есть эффект маятника?
@RyanMortensen: Пожалуйста, объясните, почему гондола имеет эффект маятника! И какая гондола? Двигатель гондолы дирижабля? Этот имеет эффект маятника, но не шарнирный. Венецианская лодка ? Также не навесной, а стабилизируется за счет того, что центр тяжести находится ниже метацентра. Эффекта маятника тоже нет.
@PeterKämpf, спасибо! Я думал, что эффект маятника возможен только при шарнирном соединении. Будет ли у самолета эффект маятника, даже если вы понизите центр тяжести до смехотворного предела и поместите его в гораздо более крутой крен, чем показано на вашей диаграмме?
@RyanMortensen Нет, пока поворот согласован. Тогда связь с весом будет направлена ​​прямо против подъемной силы, поэтому момент не создается. Как только вы поместите вес в боковое смещение, тогда да, тогда вы получите момент. Это используется в дельтапланах для управления переносом веса. Дельтапланы должны быть ближе всего к той конфигурации, которую вы предлагаете, а вес будет у пилота.
@RyanMortensen: предполагаемый эффект маятника требует, чтобы весь самолет действовал как маятник и был шарнирно закреплен в центре крыла. Это явно логическая ошибка. Вы, кажется, думаете, что для этого требуется груз, который может вращаться вокруг шарнира, настоящий маятник, как часть самолета. Это не то, что думают сторонники мифа об эффекте маятника.
@PeterKämpf это не то, что они думают? Если миф об эффекте маятника не связан с шарнирной точкой, то что, по мнению людей, происходит? PS Думаю, теперь я понял. Смотрят ли они на ЦТ как на шарнир, а на подъемную силу как на «вес», являющийся чем-то вроде перевернутого маятника?
@RyanMortensen: Это еще хуже: насколько я понимаю, они думают, что корень крыла - это шарнир. Вес является центром тяжести, и если он находится ниже крыла, то это должно стабилизировать самолет и вывести его из угла крена.
@PeterKämpf, возможно, еще один способ попытаться объяснить это (или заставить его щелкнуть для некоторых людей) - сказать, что CG является точкой шарнира, а CG также является маятниковым грузом , но они совмещены, поэтому плечо равно нулю, и поэтому момент также равен нулю, независимо от величины веса или положения центра тяжести.
@RyanMortensen: Да, ты прав. Но такие мемы трудно убить. Просто подумайте о меме «концевые вихри вызывают индуктивное сопротивление». Например, сказать, что мокрые улицы вызывают дождь. Наиболее правильным объяснением было бы: Самолет в свободном полете вообще не шарнирный, и все вращения происходят вокруг центра тяжести.
@ROIMaison, если хотите, посмотрите на мой ответ, который пытается объяснить это просто
@ PeterKämpf Пожалуйста, учтите «эффект маятника» Aviation.stackexchange.com/questions/53437/…
Чтобы добавить еще один голос в драку, Питер абсолютно прав. Эффект маятника является фиктивным. На самом деле, «вес» на самом деле также вымышлен, как вам скажет любой, кто поверхностно знаком с общей теорией Эйнштейна. Сила «Гравитации» — это всего лишь фиктивная абстракция из-за того, что мы проводим наш анализ в ускоренной системе отсчета (земля). Точно так же, как если бы мы рассматривали полет самолета в гигантской наполненной воздухом коробке в космическом пространстве, который разгоняется вверх на 1 "G", от гигантской ракеты внизу.

Чтобы иметь простое представление об этом, мы можем рассмотреть, когда самолет с высокорасположенным крылом совершает боковое скольжение вправо, как показано на рисунке, рядом с фюзеляжем под правым крылом существует область высокого давления (наветренное крыло, направление, с которого дует ветер). приближается) и область низкого давления с другой стороны.

Стабильность высокорасположенного крыла

Это увеличит подъемную силу правого крыла и уменьшит подъемную силу левого крыла, поэтому будет создан момент, который попытается откатить самолет в нормальное положение.

Напоминает мне этот вопрос, где воздушные карманы будут создаваться дверями небольшого самолета.
Вы правы, высокое крыло способствует некоторому двугранному эффекту. Но это не путевая устойчивость сама по себе — добавьте больше поперечного угла на самолетах с низкорасположенным крылом, и оба результата будут одинаковыми.

Любите диаграммы. У парашюта тоже нет маятниковой устойчивости?

Попробуйте с нуля построить планеры. Удивительно, чему можно научиться у бумаги, клея и бальзы!

Да, высокое крыло обладает маятниковой устойчивостью, как и ДЕЛЬТАПЛАНЫ! На самом деле, дельтаплан, приспосабливающийся к (маятниковому) смещению веса, ИСКЛЮЧАЕТ необходимость в управляющих поверхностях!

Эффект маятника нельзя описать аэродинамически, потому что это НЕ аэродинамическая сила! Это тяжелый урок для людей, которые пытаются «обрезать» компьютерную графику, которая слишком далеко позади.

При построении планеров с нуля человек учится на более высоких скоростях, преобладают аэродинамические силы, но по мере того, как человек замедляется, распределение веса влияет все больше и больше. Самолет, НАХОДЯЩИЙСЯ НА ПРЯМОМ И ГОРОДСКОМ ПОЛЕТЕ, ЦТ всегда будет стараться находиться прямо под ЦС.

На летающей лодке разделение компонентов подъемной силы на вертикальные и горизонтальные может помочь прояснить ситуацию. Чтобы «эффект маятника» работал, вес под центром подъемной силы (например, шасси) смещается от того, чтобы находиться непосредственно под центром подъемной силы. При крене самолета центр подъемной силы по отношению к ЦТ может измениться. Легче увидеть в дельтаплане или дирижабле, но все же присутствует в высокоплане.

Дельтапланы смещают свое крыло только относительно центра тяжести. Подробнее см. здесь .
@Peter Kampf Я считаю, что это обсуждение было решено для случаев поворота и отсутствия поворота. В случае отсутствия поворота ЛЮБОЕ смещение ЦТ непосредственно под Клифтом приведет к моменту качения для восстановления выравнивания подъемной силы и веса в гравитационном поле (определяя «подъемную силу» как все направленные вверх силы, включая выталкивающую силу). Обращение кейсов — это действительно еще одна история, достойная тщательного изучения и размышления.
@Peter Kampf после изучения многих красивых конструкций планеров со средним крылом 1930-х годов (которые также включали обтекатели, уменьшающие сопротивление), я вижу, как целое поколение людей выросло на теории центра тяжести, действительно, это было ХОРОШЕЕ место, чтобы поместить крыло для легкого, чувствительного управления креном, также необходимого в гигантских авиалайнерах. Но, увы, крыло, или баллон, или парашют, или дельтаплан, или веревка удерживают его против силы тяжести. Это реальность.
Почему высокоплан более устойчив?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v