В чем разница между центром давления, аэродинамическим центром и нейтральной точкой?

Любое тело, движущееся в жидкости, испытывает на своей поверхности силы давления. Понятия центра давления, аэродинамического центра и нейтральной точки полезны для понимания действия этих сил. Возьмем движущийся в воздухе профиль с присоединенным к телу дозвуковым потоком.

Центр давления Центром давления называется точка, в которой на тело действует вся сумма полей давлений. В аэрокосмической отрасли это точка на аэродинамическом профиле (или крыле), где действует результирующий вектор (подъемной силы и сопротивления).

Источник: avstop.com

При изменении угла атаки аэродинамического профиля изменяется поле давления. Благодаря этому центр давления изменяется при изменении угла атаки . В обычном диапазоне положений самолета при полете при увеличении угла атаки центр давления смещается вперед; а если уменьшилось, то движется назад.

Источник: www.flightlearnings.com

Поскольку центр тяжести (точка, в которой действует вес тела) фиксирован, это перемещение центра давления влияет на устойчивость самолета.

Аэродинамический центр Результирующая (или силы давления) также вызывает момент на аэродинамическом профиле. С увеличением угла атаки изменяется и момент тангажа в точке (например, в центре тяжести). Однако момент тангажа остается постоянным в определенной точке, которая называется аэродинамическим центром.

Источник: www.theairlinepilots.com

Для симметричных профилей в дозвуковом полете аэродинамический центр расположен примерно на 25% хорды от передней кромки профиля. Эта точка описывается как точка четверти хорды.

Таким образом, аэродинамический центр не меняется при изменении угла атаки . В связи с этим при анализе продольной устойчивости используется аэродинамический центр, а не центр давления.

Нейтральная точка . Рассмотрим весь самолет. Подъемная сила крыла, действующая через центр давления, находится впереди центра тяжести самолета. Это вызывает дестабилизирующее движение (увеличение подъемной силы для увеличения угла атаки вызывает момент поднятия носа, что еще больше увеличивает угол атаки). Этому противодействует момент, создаваемый подъемной силой горизонтального стабилизатора (который представляет собой небольшое крыло), действующего за центром тяжести.

« AirStability » от User_A1 - SVG-производная работа Public Domain от GJ Vigurs. Под лицензией GFDL через Commons .

По мере того, как центр тяжести перемещается вперед, устойчивость самолета увеличивается (поскольку основной подъемный рычаг крыла уменьшается), и самолет становится статически устойчивым .

Источник: quest.arc.nasa.gov.

При смещении центра тяжести назад плечо подъемной силы основного крыла увеличивается, а устойчивость самолета снижается. Самолет считается статически неустойчивым .

Источник: quest.arc.nasa.gov.

Поскольку самолет стабилен, когда центр тяжести находится в носовой части, и нестабилен, когда центр тяжести находится в хвостовой части, в середине есть положение, при котором самолет не является ни устойчивым, ни неустойчивым, т. е. устойчивость является нейтральной. Эта точка называется нейтральной точкой. Нейтральная точка фиксируется для конкретной аэродинамической схемы самолета.

Источник: quest.arc.nasa.gov.

Таким образом,

• Центр давления самолета – это точка, в которой действует Подъемная сила.
• Аэродинамический центр — это точка на крыле, где моменты тангажа постоянны.
• Нейтральная точка - это место, где центр тяжести самолета нейтрально стабилен.

Центр давления : результирующая сила воздуха на тело/поверхность/крыло. Центр давления изменяется при маневрировании самолета, потому что разные части самолета врезаются в воздушный поток при изменении угла атаки. Обратите внимание, как центр давления смещается вперед по мере увеличения угла атаки (поток воздуха справа налево):

_{(источник: prepware.com )}

Аэродинамический центр : место, в котором момент не меняется независимо от угла атаки. Крылья имеют тенденцию создавать вращательную силу из-за того, как они толкают воздух, и это место, в котором вращательная сила остается постоянной при любом угле атаки. Часто проще определить аэродинамический центр, где вы хотите разместить крылья и массу, потому что его местоположение постоянно, в отличие от центра давления. _{А пока представьте, что триммер} Mэквивалентен вращательной силе, которую должны придавать рули высоты, чтобы достичь горизонтального полета.

_{(источник: charlesriverrc.org )}

Нейтральная точка : положение центра масс, при котором самолет будет нейтрально устойчивым . Если вы поместите свой центр масс позади (кормовой) этой точки, вы получите неустойчивый самолет, который будет все больше поворачиваться при любом маневре, который делает пилот. На низких скоростях это может быть терпимо, но компьютеры необходимы для управления неустойчивым самолетом на более высоких скоростях.

_{(источник: rchomepage.com )}

тл;др:

• CoP = куда толкают крылья
• AC = где вращаются крылья
• NP = где должен быть центр масс, чтобы самолет не стремился к тангажу вверх или вниз.