Почему у самолетов с низкорасположенным крылом поперечный угол больше, чем у самолетов с высокорасположенным крылом?

Существует несколько источников момента качения, вызванного боковым скольжением:

1. Двугранный угол$\nu$крыла, что увеличит локальный угол атаки$\alpha$на наветренном крыле согласно$\Delta\alpha = \beta\cdot sin\nu$;$\beta$угол бокового скольжения,
2. Угол стреловидности$\varphi$крыла , что при боковом скольжении вызывает уменьшение стреловидности воздушного потока над наветренным крылом (и увеличение эффекта стреловидности на подветренном крыле). Локальное изменение угла атаки$\Delta\alpha = (cos(\varphi±\beta)-cos\varphi)\cdot(\alpha-\alpha_0)$и пропорциональна углу атаки,
3. Поперечный поток вокруг фюзеляжа (см. рисунок ниже для иллюстрации, извините, здесь нет простой формулы) и
4. Расположение вертикального оперения, а точнее боковая сила, создаваемая на нем углом скольжения по отношению к расположению центра тяжести. Этот эффект определил угол наклона самолетов, таких как F-104 Starfighter .

См. этот ответ для более полного объяснения эффекта 3. Эскиз ниже взят из связанного ответа и показывает конфигурацию с высоким и низким крылом при боковом скольжении. Тонкие синие стрелки указывают на боковую составляющую воздушного потока.$v_{\infty}\cdot sin\beta$.

В конце концов, некоторое качение из-за бокового скольжения - это хорошо, но его следует избегать, и двугранный угол используется для дополнения других эффектов, чтобы общее количество было правильным. Высокое крыло уже обеспечивает некоторый положительный момент качения из-за бокового скольжения (отрицательное$c_{l_{\beta}}$: когда вы отклоняете руль направления влево, возникающее в результате боковое скольжение также должно свернуть самолет влево), поэтому крыло не должно вносить такой большой вклад (посредством двугранного угла), как в низкоплане.

Двугранный угол (или, если на то пошло, даже низкий центр тяжести) не будет катить самолет по уровню: аэродинамического способа добиться этого не существует! Dihedral даст вам момент качения только тогда, когда самолет скользит вбок.

Высокоплан уже имеет лучшую устойчивость к крену за счет вертикального центра тяжести, расположенного под крылом, чем низкоплан (с вертикальной ЦТ, расположенной над крылом).

Из источника, отличного от Википедии :

Если центр тяжести находится ниже крыла, вес стремится восстановить вертикальное положение. Это известно как устойчивость маятника или килевой эффект. Если ЦТ выше крыла, вес дестабилизирует.

Петер Кампф прав: самолет не знает разницы между гравитацией и перегрузкой (ускорением), которую он испытывает при повороте. Когда шар находится в центре, это означает, что «гравитация/ускорение» тянет «прямо вниз» планер («вниз» с точки зрения самолета, а не с точки зрения горизонта). Самолет не способен «видеть» какую-либо другую гравитацию, потому что гравитация — это то же самое, что и ускорение. Таким образом, когда вы находитесь в идеально сбалансированном повороте с мячом в центре, гравитационное притяжение, исходящее от земли, не имеет значения, за исключением того, что оно соединяется с ускорением поворота, чтобы создать новое направление «вниз» для самолета.

Чтобы лучше понять это, вам нужно визуализировать тот же «мысленный эксперимент», который использовал Эйнштейн, когда пришел к пониманию гравитации просто как ускорения и не более того. Он поместил человека в закрытую коробку, парящую в космосе, а сам человек парил в середине коробки. Затем он привязал к ящику веревку и плавно разгонял ящик в одном направлении, имитируя гравитацию. С точки зрения человека внутри закрытого ящика он мог находиться на поверхности земли. Все, что касается ускорения и гравитации, с точки зрения человека в ящике было идентичным. Это помогло Эйнштейну увидеть, что гравитация не похожа на ускорение. Ускорение гравитации IS. Поэтому, когда вы используете ускорение (изменение направления в повороте; центробежная сила), чтобы изменить направление «вниз» в повороте, самолет абсолютно не знает разницы между истинным «внизом» и его новым «внизом», скорректированным с помощью ускорения поворота. Гравитация не может «тянуть» маятник фюзеляжа вниз в каком-либо другом направлении, кроме направления «вниз», как указано шариком в указателе поворота и крена. Таким образом, единственный способ, которым двугранный и маятниковый эффект фюзеляжа могут откатить крылья обратно на уровень, - это если поворот не идеально скоординирован, т. Е. Шарик покатился в направлении истинного «вниз», а не «вниз» самолета. Так что, возможно, летать ногами на полу не так уж и плохо. маятник фюзеляжа вниз в любом другом направлении, кроме направления «вниз», как указано шариком в указателе поворота и крена. Таким образом, единственный способ, которым двугранный и маятниковый эффект фюзеляжа могут откатить крылья обратно на уровень, - это если поворот не идеально скоординирован, т. Е. Шарик покатился в направлении истинного «вниз», а не «вниз» самолета. Так что, возможно, летать ногами на полу не так уж и плохо. маятник фюзеляжа вниз в любом другом направлении, кроме направления «вниз», как указано шариком в указателе поворота и крена. Таким образом, единственный способ, которым двугранный и маятниковый эффект фюзеляжа могут откатить крылья обратно на уровень, - это если поворот не идеально скоординирован, т. Е. Шарик покатился в направлении истинного «вниз», а не «вниз» самолета. Так что, возможно, летать ногами на полу не так уж и плохо.