Аэродинамика самолета (561545), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В результате воздействия воздушного потока, набегающего под углом р набоковую поверхность фюзеляжа и на вертикальное оперение, появятся боковые силы, которые создадутмомент, направленный на возвращение самолета в исходное положение.При вращении самолета на боковой поверхности фюзеляжа и вертикального оперения возникнутаэродинамические силы, препятствующие вращению самолета вокруг вертикальной оси, т. е. возникнетдемпфирующий момент. Как только вращение прекратится (угловая скорость станет равна нулю), такпрекратится и действие демпфирующего момента.
Останется лишь восстанавливающий момент. Величинавосстанавливающего момента зависит от ряда факторов: площади вертикального оперения, соотношениядлин носовой и хвостовой части фюзеляжа, центровки самолета и его стреловидности. Основная долявосстанавливающего момента приходится на вертикальное оперение. Следовательно, путевая устойчивостьзависит в основном от площади вертикального оперения. Благодаря вертикальному оперению самолет,подобно флюгеру, стремится стать по потоку и таким образом сам восстанавливает нарушенное равновесие.Поэтому путевую устойчивость часто называют флюгерной устойчивостью.В результате нарушения путевого равновесия самолет будет лететь со скольжением.
Возникнетбоковая обдувка самолета и аэродинамические силы на носовой и хвостовой части фюзеляжа. Момент отаэродинамической силы на носовой части фюзеляжа будет уменьшать восстанавливающий момент, а нахвостовой - увеличивать.Таким образом, величина восстанавливающего момента может быть записана следующим образом:Му ВОССТ = РВ.О.
⋅ l В.О. + Р ХВ.Ф ⋅ в − РНОС .Ф ⋅ а. (9.18)Большая длина носовой части фюзеляжа современных самолетов ухудшает их путевуюустойчивость, поэтому вертикальное оперение таких самолетов имеет увеличенные размеры.Рис. 153 Восстановление путевого равновесияАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА129Рис. 154 Влияние стреловидности на путевую устойчивостьРис. 155 Принцип путевой управляемости самолетаУвеличение длины хвостовой части фюзеляжа улучшает путевую устойчивость, так как при этомувеличивается восстанавливающий момент за счет увеличения боковой силы Рхв.ф и плеча вертикальногооперения.
lв.о. Увеличение стреловидности вертикального оперения смещает центр его давления назад,увеличивая тем самым плечо lв.оЦентр тяжести самолета является центром вращения самолета. Смещение его вперед или назадувеличивает или уменьшает плечо, влияя таким образом на путевую устойчивость. Смещение центровкивперед равносильно увеличению длины хвостовой части фюзеляжа.Стреловидность крыла оказывает положительное влияние на путевую устойчивость самолета - чемона больше, тем лучше путевая устойчивость.На Рис.
154 видно, что при скольжении стреловидного крыла характер обтекания его полукрыльевбудет различным. На вынесенном вперед (левом) полукрыле лобовое сопротивление станет больше, чем надругом, так как у левого крыла фактический угол стреловидности уменьшается, а у правого увеличивается;вследствие этого лобовое сопротивление левого полукрыла увеличивается, а правого уменьшается(QЛ>QПР)- Центр давления правого полукрыла приближается к траектории движения центра тяжести, алевого удаляется от нее, что изменяет моменты от сил лобового сопротивления полукрыльев относительноцентра тяжести.В результате возникает восстанавливающий момент крылаМу ВОССТ = QЛЕВ ⋅ а − QПР ⋅ b.(9.19)С увеличением стреловидности восстанавливающий момент крыла возрастет, поэтому путеваяустойчивость самолета улучшится.ПУТЕВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ САМОЛЕТАСпособность самолета изменять свое положение в полете относительно вертикальной оси приотклонении летчиком руля направления называется путевой управляемостью.При отклонении летчиком руля направления на угол δ возникает аэродинамическая сила ΔΖ ВО ,момент которой относительно центра тяжести будет поворачивать самолет относительно вертикальной осиY.
В первый период под действием силы инерции самолет будет продолжать движение в прежнемАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТАнаправлении, в результате чего его продольная ось составит с направлением движения уголскольжения (Рис. 155, а).Му В .О = ΔΖ В .О ⋅ l В.о .130β - угол(9.20)С момента образования угла скольжения происходит косая обдувка самолета, вследствие чего набоковую поверхность его будет действовать аэродинамическая сила (Рис. 155, б).
Точка приложенияравнодействующей этих сил ZФ (центе давления) находится, как правило, позади центра тяжести самолета,поэтому момент, создаваемый этой силой, препятствует повороту самолета вокруг оси Y. По мереувеличения угла скольжения β эта сила будет возрастать до тех пор, пока не уравновесит разворачивающиймомент, возникший в результате отклонения руля направления. Угол скольжения при этом достигнетнекоторой величины, соответствующей данному отклонению руля направления. Из этого следует, что рульнаправления самолета служит для изменения угла скольжения, причем каждому углу отклонения рулянаправления 6 будет соответствовать вполне определенный угол скольжения Р.Разность между боковой аэродинамической силой (Zф), образовавшейся при скольжении, иаэродинамической силой вертикального оперения (ZВ.О), образовавшейся в результате отклонения рулянаправления, создает неуравновешенную силу (Zф - ZВ.О), приложенную в центре тяжести самолета.
Этасила является неуравновешенной центростремительной силой, под действием которой самолет будетразворачиваться в сторону отклонения руля, искривляя тем самым траекторию движения. В результатескольжения самолет будет иметь тенденцию к накренению в ту же сторону, куда отклонен рульнаправления.Углы отклонения руля направления у современных самолетов в среднем составляют 20 - 25°.БОКОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ САМОЛЕТАРанее было установлено, что при нарушении поперечного равновесия за счет возникновенияцентростремительной силы происходит нарушение путевого равновесия, а при нарушении путевогоравновесия за счет несимметричного обтекания полукрыльев происходит нарушение поперечногоравновесия.
Такое взаимное влияние поперечного и путевого равновесия на состояние самолета называетсябоковым равновесием.Поперечная и путевая устойчивость изолированно не могут существовать, так как проявлениеодного вида устойчивости сказывается на другом. Поэтому совокупность поперечной и путевойустойчивости называется боковой устойчивостью.Допустим, что под действием внешнего возмущения самолет начал вращаться вокруг оси Y вправо.По мере отклонения от первоначального положения возрастает угол скольжения Р. Благодаря скольжениюна левом крыле возникает дополнительная аэродинамическая сила, создающая момент, кренящий самолет всторону, обратную скольжению.При крене самолета нарушается равновесие силы веса G и подъемной силы Y. Возникаетцентростремительная сила Z, под действием которой самолет начинает скользить на опущенное полу крылои искривлять траекторию в сторону крена.
При скольжении на опущенное полукрыло возникаетвосстанавливающий момент, который устраняет крен, а момент от сил ZФ и ZВ.О устраняет скольжение (Рис.156).При хорошей поперечной устойчивости крен, возникший при скольжении, быстро самопроизвольноустраняется.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА131Рис. 156 Кренение самолета при скольженииДля обеспечения нормальной боковой устойчивости недостаточно еще того, чтобы самолет обладалпоперечной и путевой устойчивостью, а нужно, чтобы параметры той и другой находились в определенномсоотношении.
Преобладание одного вида устойчивости над другим ухудшает общую боковую устойчивостьи может быть причиной спиральной или колебательной неустойчивости.Спиральная неустойчивость возникает в том случае, когда самолет имеет чрезмерную путевуюустойчивость и слабую поперечную (Рис. 157).Рис. 157 . Спиральная неустойчивость самолетаВозникший крен и скольжение в сторону крена самолет устраняет по-разному: скольжениеустраняется быстро, а крен частично остается.
В результате самолет будет продолжать движение по кривой,вначале очень пологой, так как крен еще мал. У крыльев возникает разность скоростей на полукрыльях иразные подъемные силы на них.В итоге крен постепенно растет, потому что у внешнего крыла подъемная сила больше, а увнутреннего меньше. С увеличением крена (при условии, если летчик не вмешивается в управление)самолет будет идти со снижением, крен еще больше увеличится и в результате самолет может перейти вкрутую спираль.Колебательная неустойчивость возникает при очень хорошей поперечной устойчивости (большоепоперечное V крыла, большая стреловидность) и слабой путевой устойчивости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
