Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Особенности конструкции самолета » Устойчивость » Поперечная устойчивость (устойчивость по крену)

Поперечная устойчивость (устойчивость по крену)

Lateral Stability (Rolling)

Устойчивость самолета вокруг его продольной оси, которая проходит от носа до хвоста, называется поперечной устойчивостью. Она помогает стабилизировать самолет при его крене, когда одно крыло становится ниже, чем крыло на противоположной стороне самолета. Существует четыре главных конструктивных фактора, которые делают самолет поперечно устойчивым: угол поперечного V, стреловидность крыла, килевой эффект и распределение веса самолета.

Stability about the aircraft’s longitudinal axis, which extends from the nose of the aircraft to its tail, is called lateral stability. This helps to stabilize the lateral or “rolling effect” when one wing gets lower than the wing on the opposite side of the aircraft. There are four main design factors that make an aircraft laterally stable: dihedral, sweepback, keel effect, and weight distribution.

Угол поперечного V крыла

Dihedral

Наиболее распространенная способ создать поперечную устойчивость, это сконструировать крылья таким образом, чтобы они образовывали угол с перпендикуляром к продольной оси от одного до трех градусов. Крылья соединяясь с фюзеляжем по обе стороны образуют V-образную фигуру, или угол, называемый «угол поперечного V крыла». Величина поперечного V задается углом, на который крыло выше линии параллельной боковой оси.

Угол поперечного V крыла создает балансировочную подъемную силу на крыле с каждой стороны продольной оси самолета. Если возникает резкий порыв ветра, заставляющий одно крыло подняться, а другое опуститься, то самолет начинает крениться. Когда самолет кренится без поворота, он начинает скользить на опущенное крыло. [Рисунок 4-25], Но крыло имеет угол V, являющийся углом атаки к набегающему потоку со стороны скольжения, и этот угол атаки больше у опущенного крыла.

Больший угол атаки на нижнем крыле создает большую подъемную силу на опущенном крыле, чем на поднятом. Увеличенная подъемная сила заставляет нижнее опущенное крыло подняться. Как только крылья вновь окажутся в горизонтальном положении, УА на них станет одинаковый, что приведет к убыванию тенденции к вращению самолета. Суть угла поперечного V крыла состоит в том, чтобы создавать восстанавливающий вращающий момент при боковом крене.

Восстанавливающий момент может чрезмерно сильно поднять опущенное крыло, и при этом противоположное крыло опуститься. Если это произошло, то процесс восстановления повторится, убывая с каждым колебанием, вплоть до тех пор, пока самолет окончательно не уравновесится в горизонтальном полете.

Рисунок 4-25. Угол V крыла для обеспечения поперечной устойчивости.

Однако слишком большой угол V имеет негативное влияние на боковую маневренность самолета. Самолет может оказаться столь сильно поперечно устойчивым, что он будет сопротивляется намеренному крену. По этой причине, более маневренные самолеты, требующие быстрого кренения обычно имеют меньший угол V чем самолеты не требующие большой маневренности.

The most common procedure for producing lateral stability is to build the wings with an angle of one to three degrees above perpendicular to the longitudinal axis. The wings on either side of the aircraft join the fuselage to form a slight V or angle called “dihedral.” The amount of dihedral is measured by the angle made by each wing above a line parallel to the lateral axis.

Dihedral involves a balance of lift created by the wings’ AOA on each side of the aircraft’s longitudinal axis. If a momentary gust of wind forces one wing to rise and the other to lower, the aircraft banks. When the aircraft is banked without turning, the tendency to sideslip or slide downward toward the lowered wing occurs. [Figure 4-25] Since the wings have dihedral, the air strikes the lower wing at a much greater AOA than the higher wing. The increased AOA on the lower wing creates more lift than the higher wing. Increased lift causes the lower wing to begin to rise upward. As the wings approach the level position, the AOA on both wings once again are equal, causing the rolling tendency to subside. The effect of dihedral is to produce a rolling tendency to return the aircraft to a laterally balanced flight condition when a sideslip occurs.

The restoring force may move the low wing up too far, so that the opposite wing now goes down. If so, the process is repeated, decreasing with each lateral oscillation until a balance for wings-level flight is finally reached.

Figure 4-25. Dihedral for lateral stability.

Conversely, excessive dihedral has an adverse effect on lateral maneuvering qualities. The aircraft may be so stable laterally that it resists an intentional rolling motion. For this reason, aircraft that require fast roll or banking characteristics usually have less dihedral than those designed for less maneuverability.

Стерловидность крыла

Sweepback

Стреловидность крыла — дополнительный способ увеличения подъемной силы, производимой при уходе крыла с горизонтального положения. Стреловидное крыло — такое крыло у которого передний край скошен назад. Когда самолет со стреловидными крыльями начинает скользить на крыло или возникает завал на крыло, то относительный поток воздуха сталкивается с передней кромкой опущенного крыла под перпендикулярным углом. В результате на опущенном крыле создается большая подъемной силы, и самолет возвращается к своему начальному положению.

Стреловидность также способствует курсовой устойчивости. Когда турбулентность или применение руля направления заставляет самолет отклоняться от курса в сторону, правое крыло представляет более длинный передовой перпендикуляр относительному потоку воздуха. Скорость полета правого крыла увеличивается, и на нем возникает большее лобовое сопротивление, чем у левого крыла. Дополнительное сопротивление правого правого крыла тормозит его, поворачивая самолет назад к исходной траектории движения.

Sweepback is an addition to the dihedral that increases the lift created when a wing drops from the level position. A sweptback wing is one in which the leading edge slopes backward. When a disturbance causes an aircraft with sweepback to slip or drop a wing, the low wing presents its leading edge at an angle that is perpendicular to the relative airflow. As a result, the low wing acquires more lift, rises, and the aircraft is restored to its original flight attitude.

Sweepback also contributes to directional stability. When turbulence or rudder application causes the aircraft to yaw to one side, the right wing presents a longer leading edge perpendicular to the relative airflow. The airspeed of the right wing increases and it acquires more drag than the left wing. The additional drag on the right wing pulls it back, turning the aircraft back to its original path.

Килевой эффект и распределение веса

Keel Effect and Weight Distribution

Самолет всегда стремиться установиться так, чтобы его продольная ось располагалась вдоль набегающему потоку воздуха. Этот флюгерная тенденция похожа на действие киля за счет чего создается восстанавливающее влияние на самолет по продольной оси. Когда горизонтальное положение самолета нарушено и одно крыло опустилось, фюзеляж действует как маятник, возвращаясь самолет к его начальному положению.

Поперечно устойчивые самолеты сконструированы так, чтобы бо́льшая часть области киля была выше и позади центра тяжести [рисунок 4-26] Таким образом, когда самолет скользит на крыло, и вес самолета, и давление потока воздуха на верхнюю часть киля (оба действуют вокруг центры тяжести) стремятся выровнять самолет так, чтобы крылья были вновь горизонтальны.

Рисунок 4-26. Килевая область и боковая устойчивость.

An aircraft always has the tendency to turn the longitudinal axis of the aircraft into the relative wind. This “weather vane” tendency is similar to the keel of a ship and exerts a steadying influence on the aircraft laterally about the longitudinal axis. When the aircraft is disturbed and one wing dips, the fuselage weight acts like a pendulum returning the airplane to its original attitude.

Laterally stable aircraft are constructed so that the greater portion of the keel area is above and behind the CG. [Figure 4-26] Thus, when the aircraft slips to one side, the combination of the aircraft’s weight and the pressure of the airflow against the upper portion of the keel area (both acting about the CG) tends to roll the aircraft back to wings-level flight.

Figure 4-26. Keel area for lateral stability.


Система Orphus