Т. Карман - Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии (1161639), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Благодаря симметрии в геометрии самолета, задачу продольной устойчивости можно отделить от задачи боковой устойчивости, которая включает движения крена, рыскания и бокового скольжения, Продольная устойчивость Как уже говорилось, статическая устойчивость обычного самолета поддерживается его хвостовой частью. Хотя статическая устойчивость связана только с устойчивостью равновесия, тем не менее она играет важную роль, поскольку можно доказать (что касается гзродаггьной устойчивости): практически все динамически устойчивые самолеты являются статически устойчивыми. Анализ движения устойчивых самолетов показывает два различных вида продольного движения; один из них модленпое движение длинного периода, а другой -- быстрое движение намного более короткого периода. Первый включает отклонения от прямой траектории центра тяжести:, скорость пентра тяжести увеличивается, пока самолет пикирует, и уменыпается, пока он набирает высоту.
Угол крыла относительно траектории сохраняется почти постоянныль Этот тип движения впервые описал )Куковский в 1891 году [51, и позже независилю Ланчестор ~6], обоих я уже упоминал в связи с теорией подъемной силы. На вклад 2Куковского совершенно не обратили внимания, и это явление обычно известно как фуеоидпое' движение Ланчестера. Мое знание греческого подсказывает «рЬукоЫ», но я не вполне уверен в термине. В любом случае это странноо слово, по-видимому, появилось в результате ошибочного его истолкования Лаичестером. Греческое слово феи";сер буквально означает «летать» в смысле исчезать перед лицом опасности, но не летать как птица.
Разливные траектории фугоидного двнжеггия воспроизведены на рис. 62. В соответствии со значением параметра 1 траектория становится горизонтальной линией, волнистой линией нли гот греч. рььвоьс — Прим. ред. 154 Глава Г А 2 =з А= — 1 Рис. 62. Типичные траектории фугоидного движения. рядом петель. Частный случай А = 0 представляет волнистую линию с точками заострения, которая возможна только д,чя самолета с исчезая>щим моментом инерции, потому что самолету необходимо моментально поворачиваться на 180' в точке возврата. Хотя фугоидное движение является идеализированным типом движения, оно все же дает достаточно верную картину движений, где угол между крылом и траекторией остается постоянным. Общее движение можно представлять как колебание тангажа короткого периода, наложенное на фугоидное колебание.
Действительно, в современных самолетах мы не часто замечвом зти фугоидные колебакия; их период такой длинный, что они или исправляются летчиком или становятся незаметными из-за порывов ветра в возмущенном воздухе. Даже если мы летаем в любую погоду, как это делают современные самолеты, все же ие часто замечаем что-либо похожее на фугоид- Устойчивость и аороуааугосгаь 155 ное движение. Что мы иногда замечаем, так это короткопернодические колебания. Колебания тангажа короткого периода обычно очень быстро затухают, потому что хвост обеспечивает не только статическую устойчивость, но также затухание в тангаже. Недостаточное затухание неприятно для пассажира и значительно затрудняет работу летчика-стрелка на военных самолетах.
Трудности возникают, когда самолет летит в окесюзвуковом диапазоне или прп высоких углах атаки. В главе !'лс я уже говорил об околозвуковых помехах, вызванных внезапными изменениями в мол«вите тангажа и тому подобноль Одна из трудностей, возникающих при высоких углах атаки, так называемый бас]!»пинг, обычно вызываемый некоторым отрывом вихрей, которое может возникатль наприл«ер, на стыке крыла и фюзеляжа. Может произойти отрыв потока. потому что стык образует нечто вроде диффузора — трубы увеличивающегося поперечного сечения. Поскольку отрыв часто происходит через определенные промежутки времени благодаря отделению вихрей, то он может вьввать досадные колебания.
Помеху можно исправить с помощью гладкого устройства между крылом и фюзеляжем, называемого обтекателем. Это устройство было создано в Кали4юрнийском технологическом институте [7] и впервые использовано на самолете компании «Альфа Нортроп» [!(огсулгор А1рйа).
Это типичный пример разработки, созданной в аэродинамической трубе и успешно прнмеяенной на практике. Я работал над этой проблемой вместе с Кларком Милликеном и Артуром Клейном. В 1932 году я прочитал лекцию в Париже по современным проблемам аэродинамики и отметил обтекатель па стыке крыла-фюзеляжа в качестве эффективного средства прелотвращения бафтинга. Оказалось, что в то же самое время французские конструкторы занимались той же проблемой, какой и мы в Соединенных Штатах. Один из известных конструкторов позже мне рассказал, что после моей лекции он сразу же попытался установить обтекатель на своей новой опытной модели и добился успеха. Так, во Франции обтекатель связали с моим именем и назвали «карманом».
Францучы говорят, что у самолета есть «большой карман» или «малый кармая». Я узнал об этом через много лет во время поездки во Францию; люди, имеющие отношение к авиации, услышав мое имя, спрашивали: «Человек с обтекателему» Изобретение обтекатсля на стыке крыла-фюзеляжа в действительности было совместной работой нашей комацды в Калифорнийском технологическом институте.
156 Боковая устойчивость Несколько слов о других движениях — боковом скольжении, крене и рыскании по порядку. Эти движения взаимосвязаны между собой. Например. если самолету, первоначально находящемуся в установившемся, прямом полете, задать движение рыскания так, чтобы левоо крыло двшвлось вперед, а правое крыло назад., то относительная скорость воздуха увеличивается на левом крыле и уменьшается на правом. Это приводит к увеличению подъемной силы на левом крыле и уменьшению подъемной сльты на правом, создавая таким образом момент крена самолета. С другой стороны, если саллолету задать движение крона, то будет создан момент рыскания, который стремится перемещать опускающееся крыло вперед. В этом отношении движения крена и рыскания связаны между гобой.
Между движениями существуют также другие виды взаимодействия, так что их следует рассмотреть вместе под термином боковни йсплойчивость. Боковая сила Рнс. бЗ. Создание боковой силы на самолет при крене. Вертикальное оперение обеспечивает статическую устойчивость в рыскании, также называемую глутевой йстойчивогтью. Вез наличия такой поверхности где-либо, илп на крыле или в хвостовой части, очень трудно получить достаточную путевую устойчивость. В крене не существует стагической устойчивости, потоллу что здесь нет момента крена, Уопгойчиоооть п агроупрргоатпь 157 чтобы выпрями гь кренящийся самолет.
Дело в том, что горизонтальная составляющая наклонной подъемной силы представляет боковую силу, так что самолет испытывает боковое скольжение (рис. 66). Это взаимодействие бокового скольжения и крепа дает возможность достичь динамической устойчивости в крене. Она достигается приданием двум половинам крыла плоской формы ~/, называемой поперечный диодр. Поперечный диэдр и создает момент крена. который стремится восстановить самолет в его нормальном положении полета. Это явление было известно первым исследователям., например сэру Джорджу Кейли.
Функцию поперечного диэдра можно объяснить следующим образом. Рассмотрим для простоты крыло прямоугольной формы без стреловидности. Иа рис.бй А точка на передней кромке правого крыла, АВ и ВС . составляющио скорости соответственно в направлениях х и у, а плоскость АРЕ является плоскостью хорды правого крыла. Если нет бокового скольжения, то С совпадает с В, и угол РАВ является углом атаки. При наличии бокового скольжения ВС угол атаки представлен углом ВАС, который больше первоначального угла РАВ.
Противоположное справедливо для точек на левом крыле. Поэтому крыло приобретает большую подъемную силу со стороны, по направлению к которой оно скользит, и теряет подъемную силу с противоположной стороны, создавая таким образом момент крена для восстановления крыла в исходном положении. Подобный же эффект возникает вследствие стреловидности крыла, но момент крена, возникающий вследствие стреловидности, пропорционален не только стреловидности, но также углу атаки, тогда как момент крена, возникающий из-за поперечного диэдра, пропорционален двугранному углу и не зависим от угла атаки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
