Т. Карман - Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии (1161639), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Итак, боковая устойчивость самолета достшается компромиссом между требованиями статической путевой устойчивости благодаря вертикальному. оперению и динамической устойчивости благодаря поперечному диэдру. Если поперечное влияние слишком сильное, то самолет во время виража слишком кренится назад, так что он скользит на крыло в другом направлении и снова переходит за положение балансировки, таким образом испытывая движение, названное «голландским шагом». (Возможно название произошло из-за сходства с конькобежным шагом, который иногда демонстрировали голландцы.) Этот тип движения не является действительной неустойчивостью, но неприятен и нежелателен.
Такое движение действительно пагубно для военных 158 Г«аоа Р Рис. 64. Объяснение функции поперечного диэдра, если происхо,в«т боковое скольжение. Угол й - - двугранпмй угол. самолетов, когда необходима точная стрельба. Конструктору самолета обычно стыдно, если его самочет танцует таким образом. Другая крайность, которая встречается, если ненормально увеличена путевая устойчивость, действительная неустойчивость. Например, если самолет получает малое первоначальное рыскание вправо, то за ним счедует крен вправо. Этот крен вызывает дополнительное рыскание, за которым следует еще крен, и процесс продолжается. Движение начинается как мягкая спираль, которая, будучи предоставлена сама себе,.
становится все круче н круче. По этой причине движение называется спиральной неустойчивостью. К сожалению, движение развивается так постепенно, что летчик часто не осознает, что его самолет отклоняется от прямого полета. В воздухе довольно трудно узнать, является ли траектория полета прямой или это окружности с болыпим радиусом, без обращения к земле ачи к какому-либо другому постоянному направлению, которое может быть задано звездамн или гироскопнческиа| прибором; увеличение результирующей силы тяжести из-за, центробежной силы в случае полета в большой окружности таь мало, что летчик не может ее почувствовать.
Многие самолеты обладают определенной степенью спиральной неустойчивости. Если неустойчивость достаточно слабая, то обьгпю ее исправляет летчик; следует избегать только чрезмерной неустойчивости. Теоретически говоря, большинство самолетов нс являются полностью динамичоски устойчивыми. Другими словами, ими нельзя бесконечно управлять в «автоматическом режимем 159 Устойчивость и аэроупругость ,11пя того чтобы быть точнее в утверждениях об устойчивости самолета, необходимо ввести две стороны этой темы, ранее не упоминавшиеся. Во-первых, влияние начального возмущения в основном зависит от того, отклоняются или нет поверхности управления во время последующего движения.
Очевидно, что следует предположить две крайние возможности, а именно, органы управления постоянно находятся в исходном положении и они по:шостью свободны для движения на своих петлях. Первое предположение очень близко соответствует примеру самолета с поверхностями управления, имеющими силовой привод, которые обычно необратимы в том смысле, что аэродинамические силы не люгут заставить их отклониться против л«сханизма управления. Второй ограничивающий случай органы управления свободны является отчасти идеализированным представлением самолета с ручным режимом управления,. когда пилот позволяет самолету лететь в «автоматическом режиме».
Степень устойчивости этих крайних примеров может быть различной, настолько, что, очевидно, желаемые цели по устойчивости как при постоянных, так и при свободных органах управления иногда могут быть очень трудно достижимыми. Вторая сторона проблемы устойчивости, которая ранее не рассматривалась, — это влияние двилательной установки.
Необходимо рассмотреть устойчивость как с работающим двигателем, так и с неработающим двигателем. Разница возникает в основном благодаря двум факторам: очин из них . непосредственное влияние тяги на равновесие и движение самолета: второй изменение аэродинамических сил, действующих на крыло и хвостовое оперение вследствие течения, вьшванного двигательной установкой.
Последний фактор, как правило, более значим в самолетах, приводимых в движение воздушными винтами, по сравнению с самолетами с реактивными двигателями; он называется влиянием гнусной струи от воздушного винта. Даже в реактивных самолетах большинсгво конструкторов размещают хвостовые поверхности довольно высоко над реактивной струей, чтобы избежать взаимных вредных воздействий. Боковые движении выше срыва потока Обсуждаемая нами до этого устойчивость и неустойчивость связана с крылом, работающим ниже критического угла атаки.
В этом диапазоне подъемная сила увеличивается с увеличением угла втэки. 160 Глава 1г Если улоч атаки превышает критический угол срыва, как описано в главе 11, то с увеличением утла атаки подъеллная сила уменьшается. Это делаел возможным явление известное как авторотацпи Рассмотрим крыло с угловой скоростью крена, наложенной на линейнуюю скорость полета. Относительный воздуплный поток имеет больший угол наклона для крыла, движущегося вниз, и меньший для крыла, движущегося вверх.
Ниже срыва подъемная сила в основном пропорциональна углу атаки. так что подъемная сила на крыле. движущемся вниз, увеличивается, тогда как на крыле, движущемся вниз, она уменьшается. Результатом является момент крона, который ослабляет движение крена. Действительно выше срыва больший угол создает меньшую подъемную силу, так что устанавливается момент крена, который ускоряет первоначальный крен вллесто его замедления. Результирующее устоявшееся вращение известно как авторотация крыла. Срыв обычно не происходш одноврелиенно на всех сечениях вдоль размаха.
Если срыв происходит сначала в центральной части, тогда как концы остаются досрывными, то демпфирования, внесенного концами, обычно достаточно для противостояния отрицательному демпфированию, возникшему благодаря центральной части. Более того, в таком случае э.чероны все еще сохраняют свою эффективность. С другой стороны, если срыв происходит на концах прежде, чем на центральной части, то демпфирование в крене исчезает, и элероны также теряют свою эффективность. Если такой срыв происходит близко от земли, то спасение может стать почти невозможным. и люжет отучиться серьезная авария. Конструктор должен избегать срыва на концах, уменьшив угол атаки концевой части или применив разумную вариацию аэродинамических профилей вдоль размаха. Колгцевой срыв предварительно корректируют у крыльев с высоким сужением и, особенно, у крыльев с большой стреловидностью.
Для таких крыльев на части, близкой к концам, часто необходимо предусмотреть устройства для увеличения подьемной силы, такие как пазы на передней кромке. Движение самолета, вызванное авторотацией крыла, известно как ьмаопор. Самолет снижается по спиральной траектории, хотя он непрерывно кренится и рыскает. Лучший способ выхода из штопора - это уменьшение угла атаки„.затем самолет входит в нормальное пикирование. Однако во многих случаях распределение масс в салюлете таково, что гироскопический момент стремится увеличить угол атаки. Поэтому для выхода из штопора необходима очень большая управляющая сила.
161 Устойчиво«явь и аароупругость Элероны почти всегда бесполезны, а руль высоты часто теряет свою эффективность; яледоватшльно, руль поворота часто является единственной поверхностью управления, которая остается в действии. Поэтому желательно сконструировать хвостовые поверхности таким образом, чтобы руль поворота не бьш защищен горизонтальным оперением во время штопора.
Действительно, штопор не является неустойчивостью и не всегда опасен; несомненно некоторым летчикам нравится вращаться в штопоре. Не все самолеты могут вращаться в штопоре. Это зависит от характеристик потери скорости и распределения масс. Однажды я встретил известную английскую летчицу Эми Джонсон на так называемом вечере, устроенном Королевским обществом по аэронавтике, где проблему штопора обсуждали английские и американские инженеры и ученые. Онв подошла ко ляне и сщлосила: «Вы можете сказать в нескольких словах, что вызывает штопор и каков его механизм?» «Юная леди, ответил я, — штопор как любовный роман: вы не замечаете как входите в него, а выйти из него очень трудно.'ь Аэроупругость В обсуждаемой ранее теории мы предполагали. что конструкция самолета остается жесткой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
