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.
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 (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.
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.
Это увеличит подъемную силу правого крыла и уменьшит подъемную силу левого крыла, поэтому будет создан момент, который попытается откатить самолет в нормальное положение.
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.
Джей Карр
минут
Федерико
Джей Карр
кеплер22б
Бен
Питер Кемпф
кеплер22б