Моменты рыскания и крена ЛА

МОМЕНТ РЫСКАНИЯ ЛАСогласно действующему стандарту моментом рыскания называютпроекцию результирующего момента ЛА МR на нормальную ось Y, т.е.момент рыскания рассматривается в связанной системе координат.Обозначается MRy. Однако на практике моментом рыскания называют такжеMу и Mуa – проекции аэродинамического момента М на нормальную ось Y(по стандарту – аэродинамический момент рыскания) и на ось подъемнойсилы Ya (аэродинамический момент рыскания в скоростной системекоординат).

Различают – по контексту. Момент рыскания при расчетах иэкспериментах определяют относительно осей самого ЛА, т.е. в связаннойсистеме.Помнить, что в результирующий момент рыскания кромеаэродинамического входят также составляющие на ось Y от другихмоментов, действующих на ЛА, которые были названы ранее прирассмотрении тангажного момента, в частности – тяги и гироскопический.Здесь рассматривается лишь аэродинамический момент.На возникновение момента рыскания влияют почти те же факторы, что идля тангажного момента, только действующие не в плоскости симметрии, а вплоскости XOZ, поэтому принципы расчета момента рыскания аналогичныиспользуемым для тангажного момента, если вместо подъемной силыиспользовать боковую Za, вместо угла атаки – угол скольжения, вместоугловой скорости тангажа – угловую скорость рыскания, вместо рулейвысоты – рули направления, с соответствующей заменой фокусов.

Т.е.,можно записать My = My + Myyy + Myнн + My и аналогичноевыражение для коэффициентов момента рыскания. Правда, надо помнить,что в отличие от тангажного момента в качестве характерного линейногоразмера используется не средняя аэродинамическая хорда ba, а размах крылаl, т.е. My = qSlmy , и для производных этого коэффициента – тоже, априведенная угловая скорость и скорость изменения угла скольженияполучаются из их значений умножением на l/(2V).Но есть и существенные отличия от продольного момента.Во-первых, боковое движение надо рассматривать с учетомсуществующего продольного. Поэтому производные момента рыскания попараметрам движения зависят, как правило, от угла атаки, напримерm y m y  m y ( ) .Во-вторых, для ЛА самолетной схемы нет симметрии относительноплоскости XOZ, а относительно XOY – есть.

Поэтому обычно нет my0.1В-третьих, различна роль подъемной и боковой силы как для полета, таки для управления. Если подъёмная необходима как для полета, так и дляманеврирования, то боковая – только для маневрирования, причем – далеконе во всех ситуациях. Например, для аппаратов с плоским расположениемкрыльев («самолётная схема») развороты (кроме плоского) гораздоэффективнее совершать путем крена, когда необходимая для разворотагоризонтальная сила создается как соответствующая проекция подъемнойсилы, а – не путем создания боковой силы, гораздо меньшей по величине.При этом руль направления, позволяющий управлять моментом рыскания,используется не для изменения углового положения по рысканию длясоздания боковой силы (в чём нет необходимости), а для поддержания угласкольжения в ограниченных рамках, фактически – для стабилизации ЛАотносительно потока при меняющемся угловом положении в пространстве.Поэтому нет необходимости рассматривать большие углы скольжения, прикоторых происходит отрыв потока.

Следовательно, работоспособностьлинейного приближения более обоснована. По этой же причине дляаппаратов нормальной плоской схемы можно не учитывать момент отзапаздывания скоса потока. Для схемы «утка» аналогичная составляющая&момента m y & í может оказаться более заметной из-за возможных большихíскоростей перекладки рулей направления.В-четвертых, может проявиться зависимость момента рыскания отдвижения по крену. Например, при полете с ненулевым углом атаки,появление угла крена приводит к появлению угла скольжения (и изменениюугла атаки, причем происходит это «кинематически», т.е.

без действиясиловых факторов, так как вращение по крену происходит вокругпродольной, а не скоростной оси)И еще одна особенность. Для осесимметричных ЛА момент рысканиярассчитывается так же, как момент тангажа. А для аппаратов самолетнойсхемы в вертикальной плоскости нет аналогов крыла, поэтому рольостальных элементов ЛА более существенная.Зато для крестокрылых ЛА с осесимметричным корпусомсоответствующие коэффициенты моментов тангажа и рыскания совпадают (сточностью до знака), так какC zaCyaCya C za,, x F  x F . н вДля движения по рысканию, также как и для движения по тангажу,используются понятия балансировочного режима, характеризуемогобалансировочными углами скольжения и отклонения рулей направления приMу = 0, и статической устойчивости по отношению к возмущениям,действующим по рысканию и создающим отклонения по углу скольжения.2Путевая статическая устойчивость.

Более корректное название – флюгерная,так как восстанавливает угол скольжения, т.е. относительно потока. Условиестатической устойчивости my < 0, т.е. фокус по боковой силе, или по углускольжения – сзади ЦМ. Коэффициент путевой статической устойчивости истепень путевой статической устойчивости (обратить внимание, чтоотносительные значения – отнесенные к размаху крыла).Изменение степени путевой статической устойчивости – вертикальнымоперением (ВО), управление – рулем направления (знак коэффициентаmyн < 0 – дать схему).Момент рыскания зависит не только от вращения по рысканию, чтовыражается составляющей m y y (аналогично зависимости тангажногоyмомента от z ), но и от вращения по крену (дать схемы для крыла ихвостового оперения).

При положительном вращении по крену на правомполукрыле местные углы атаки возрастают, на левом уменьшаются. При этомменяется не только подъемная сила, но и сила сопротивления. Как меняется –зависит от соотношения подсасывающей силы и индуктивногосопротивления (на докритических углах атаки). Если есть поляра крыла, топо ней всё это можно увидеть непосредственно. Обратить внимание навозможность разных знаков в зависимости от угла атаки, т.е. My(х) =My(х,). Для хвостового вертикального оперения несимметричного – всеоднозначно, так как изменяется боковая сила, причем – лишь с однойстороны: при положительном вращении поперечная сила уменьшается(Z<0), т.е.

возникает дополнительный отрицательный момент по рысканию.Хотя этот момент отрицателен по отношению к вызвавшему его вращению иm y ( x )  m y xпропорционаленвеличинеугловойскоростиx(“антипропорционален”), он не является демпфирующим, так как действует вдругой плоскости. Называется – спиральным, так как совместно с вращениемпо крену создает отклонение по рысканию, в результате чего общеедвижение – по спирали. m y – коэффициент спирального момента, x   xxl2V– относительная скорость крена.

Симметричное ВО такого момента не дает.Зато симметричное ВО большой площади или вертикальные несущиеповерхности могут создавать тангажный момент, причем коэффициент этогомомента зависит от угла скольжения!Общее выражение коэффициента момента рыскания my = my(M,Re,,,y,н,,х), в линейной форме my = my + myyy + myнн + my +myхх. Для “утки” или переднего управляемого ВО вместо  – зависимостьот н.3Постоянная составляющая mу0 может появитьсяконструктивной или технологической асимметрии.лишьиз-заМОМЕНТ КРЕНА ЛАСогласно действующему стандарту моментом крена называют проекциюрезультирующего момента ЛА МR на продольную ось Х, т.е.

момент кренарассматривается в связанной системе координат. Обозначается MRx. Однакона практике моментом крена называют также Mx и Mxa – проекцииаэродинамического момента М на продольную ось Х (по стандарту –аэродинамический момент крена) и на скоростную ось Хa(аэродинамический момент крена в скоростной системе координат).Различать будем по контексту. Момент крена при расчетах и экспериментахопределяют относительно осей самого ЛА, т.е. именно в связанной системе.Здесь будем рассматривать лишь аэродинамический момент.

О другихсоставляющих результирующего момента говорилось выше. Так как осьвращения турбин и винтов обычно параллельна продольной оси то нетгироскопических моментов, но иногда приходится учитывать реактивныймомент от винтов и турбин.Момент крена возникает при различных нарушениях симметриидвижения ЛА, т.е. нет такой силы, которая стабильно бы его создавала.Сравним: подъемная сила есть почти всегда – создает основную частьтангажного момента, боковая сила возникает при ненулевом угле скольжения– создает основную часть момента рыскания. Но ни та, ни другая сила несоздает сама по себе момента крена! Поэтому здесь будем рассматриватьэффекты, приводящие к появлению момента крена, а не способы его расчета.Управляющий момент крена.