Что такое аэродинамический центр и как он связан с тангажным моментом?

Момент тангажа – это каждый момент, действующий вокруг боковой оси. Поскольку момент представляет собой комбинацию силы и плеча рычага, величина момента зависит от выбора точки отсчета, точки, вокруг которой определяется момент тангажа. Для механики полета это помогает выбрать центр тяжести для всех моментов тангажа, потому что тогда сила веса не будет добавлять собственный момент тангажа. Кроме того, центр тяжести особенный, потому что это точка, вокруг которой вращается самолет во время полета.

Я думаю, вы перепутали аэродинамический центр и центр давления. Мне помогает использование термина «нейтральная точка» вместо аэродинамического центра. Почему?

Центр давления ясно описывает, что это такое: Если проинтегрировать все давления, действующие перпендикулярно воздушному потоку, результирующая сила действует в центре давления, точно так же, как все массы суммируются в центре тяжести (который, следовательно, должен быть лучше назвать центром масс).

В отличие от центра масс этот центр давления не неподвижен, а перемещается при изменении угла атаки. Если аэродинамический профиль имеет положительный изгиб, центр давления смещается вперед с увеличением угла атаки. Если теперь вы отодвинете свою точку отсчета от центра давления, вам нужно заменить подъемную силу комбинацией подъемной силы и момента (зубчатый момент). Движение центра давления таково, что в одной точке зубчатый момент остается постоянным независимо от угла атаки и подъемной силы. Это аэродинамический центр или нейтральная точка, и я думаю, что «нейтральная точка» гораздо лучше описывает, что это такое: единственная точка, где зубчатый момент ведет себя нейтрально в отношении изменения угла атаки.

Настоящая причина этого названия заключается в том, что статическая продольная устойчивость является нейтральной (ни положительной, ни отрицательной), если центр тяжести приходится на нейтральную точку.

В устойчивом полете момент тангажа вокруг центра тяжести должен быть равен нулю; в противном случае самолет будет отображать ускоряющееся движение по тангажу. Для обнуления момента тангажа центр давления смещается на вертикальную линию, проходящую через центр тяжести. Это смещение может быть выполнено путем добавления или вычитания подъемной силы в хвостовой части, что, в свою очередь, выполняется путем регулировки отклонения руля высоты или угла наклона стабилизатора (если самолет имеет подвижный стабилизатор).

Задний план

В теории потенциального потока подъемную силу можно рассчитать как линейную суперпозицию вклада развала и угла атаки. В то время как часть подъемной силы, связанная с развалом, постоянна, часть, связанная с углом атаки, изменяется линейно с этим параметром. Центр давления части изгиба находится где-то на середине хорды (детали зависят от линии изгиба; с аэродинамическим профилем Жуковского центр давления находится точно на середине хорды). Центр давления части, зависящей от угла атаки, находится на четверти хорды (центр области ниже хордового распределения подъемной силы Бирнбаума ). Важной частью является самоподобие распределений Бирнбаума для разных углов атаки: центр давления части, зависящей от угла атаки, постоянен.

Поскольку подъемная сила при нулевом угле атаки создается исключительно за счет развала, центр давления находится примерно на середине хорды и смещается вперед к точке четверти хорды по мере увеличения угла атаки. Зубчатый момент вклада подъемной силы, связанной с развалом, вокруг точки четверти хорды также является постоянным, и, поскольку часть подъемной силы, зависящая от угла атаки, имеет центр давления точно в этой точке четверти, он не будет добавлять момент тангажа на данный момент свое. Следовательно, зубчатый момент подъемной силы в потенциальном потоке постоянен, если контрольной точкой является точка четверти хорды.

Забавный факт: центр давления будет двигаться в бесконечность , когда угол атаки уменьшится до угла атаки нулевой подъемной силы.