Динамические режимы самолета - Aircraft dynamic modes

Под динамической устойчивостью летательного аппарата понимается поведение летательного аппарата после того, как он был нарушен после устойчивого полета без колебаний.^[1]

Продольные моды

Колеблющийся движения могут быть описаны двумя параметрами: периодом времени, необходимым для одного полного колебания, и временем, необходимым для затухания до половины амплитуды, или временем, чтобы удвоить амплитуда для динамически неустойчивого движения. Продольное движение состоит из двух различных колебаний, длиннопериодное колебание, называемое фугоид режим и короткопериодическое колебание, называемое короткопериодическим режимом.

Фугоидные (более длительные) колебания

Режим с более длительным периодом, называемый "режимом фугоида", - это режим, в котором есть большие амплитудные изменения воздушной скорости, угла тангажа и высоты, но почти нет изменения угла атаки. Колебания фугоида - это медленная смена кинетическая энергия (скорость) и потенциальная энергия (высота) около некоторого уровня равновесной энергии, когда самолет пытается восстановить равновесное состояние горизонтального полета, из которого он был нарушен. Движение настолько медленное, что эффекты инерция силы и демпфирующие силы очень низкие. Хотя демпфирование очень слабое, период такой большой, что пилот обычно корректирует это движение, даже не подозревая о существовании колебаний. Обычно период составляет 20–60 секунд. Этим колебанием обычно может управлять пилот.

Короткопериодные колебания

Без специального названия режим с более коротким периодом называется просто «режим с коротким периодом». Короткопериодическая мода - это обычно сильно затухающие колебания с периодом всего в несколько секунд. Движение представляет собой резкую качку самолета относительно центра тяжести, по существу, изменение угла атаки. Время, необходимое для уменьшения амплитуды до половины ее значения, обычно составляет порядка 1 секунды. Способность быстро самозатухать при кратковременном перемещении рукояти - один из многих критериев для обычных самолетов. сертификация.

Боковые режимы

«Боковые» режимы включают в себя движения качения и рыскания. Движения в одной из этих осей почти всегда переходят в другую, поэтому эти режимы обычно называют «модами бокового направления».^[2]

Существует три типа возможного поперечно-направленного динамического движения: режим оседания крена, режим спирали и режим нидерландского крена.

Режим оседания рулона

Режим оседания валка - это просто гашение качения. Не создается прямой аэродинамический момент, стремящийся непосредственно восстановить уровень крыльев, то есть отсутствует возвращающая «сила / момент пружины», пропорциональная углу крена. Однако есть демпфирующий момент (пропорциональный качению ставка) создается поворотом длинных крыльев. Это предотвращает накопление больших скоростей вращения при вводе управляющих воздействий или демпфирование валка. ставка (не угол) к нулю, когда нет входов управления креном.

Режим рулона можно улучшить с помощью двугранный эффекты, обусловленные конструктивными особенностями, такими как высокие крылья, двугранные углы или углы стреловидности.

Голландский режим ролла

Второе боковое движение - это комбинированное колебательное движение крена и рыскания, называемое голландским кувырком, возможно, из-за его сходства с одноименным движением на коньках, которое делают голландские фигуристы; происхождение названия неясно. Голландский разворот можно описать как рыскание и крен вправо, за которым следует восстановление до состояния равновесия, затем выход за пределы этого состояния, рыскание и крен влево, затем назад после положения равновесия и так далее. Период обычно составляет порядка 3–15 секунд, но может варьироваться от нескольких секунд для легких самолетов до минуты и более для авиалайнеров. Демпфирование увеличивается за счет большой курсовой устойчивости и малого двугранного угла и уменьшается за счет небольшой курсовой устойчивости и большой двугранности. Хотя в обычном самолете движение обычно стабильно, движение может быть настолько незначительным, что эффект будет очень неприятным и нежелательным. В самолетах со стреловидным крылом голландский крен решается установкой Демпфер рыскания, по сути, это специальный автопилот, который гасит любые колебания по рысканью, применяя коррекцию руля направления. Некоторые самолеты со стреловидным крылом имеют нестабильный голландский крен. Если крен голландца очень слабо демпфирован или нестабилен, демпфер рыскания становится требованием безопасности, а не удобством для пилота и пассажира. Требуются двойные демпферы рыскания, а отказавший демпфер рыскания является причиной ограничения полета на малых высотах и, возможно, ниже. Мах числа, где улучшена устойчивость голландского крена.

Спиральное расхождение

Спираль присуща. Большинство самолетов, настроенных для прямолинейного горизонтального полета, если летать с фиксированной рукоятью, в конечном итоге развивают затягивающее спиральное пикирование.^[3] Если совершить спиральное погружение непреднамеренно, результат может быть фатальным.

Спиральное погружение - это не вращение; он запускается не с сваливания или крутящего момента, а со случайного увеличения крена и скорости полета. Без оперативного вмешательства пилота это может привести к разрушению конструкции планер, либо в результате превышения аэродинамическая нагрузка или полет в бездорожье. Изначально самолет почти не показывает, что что-то изменилось. Пилот продолжает ощущать "вниз" по отношению к днищу самолета, хотя на самом деле он все больше отклоняется от истинной вертикали. Под ПВП условиях, пилот корректирует это отклонение от уровня автоматически, используя истинный горизонт, пока он очень мал; но в условиях IMC или темноты это может остаться незамеченным: крен будет увеличиваться, а подъемная сила, уже не вертикальная, недостаточна для поддержки самолета. Капли в нос и скорость увеличивается; спиральное погружение началось.

Вовлеченные силы

Скажем, рулон справа. Развивается боковое скольжение, в результате чего возникает сдвиг справа налево. Теперь исследуйте результирующие силы по очереди, называя любое влияние вправо рысканием внутрь, рысканием влево или откатом вперед или назад, в зависимости от того, что применимо. Скользящий поток будет:

протолкните киль, руль направления и другие боковые части за цг. влево, вызывая рыскание вправо,
подтолкнуть боковые области впереди цг. влево, вызывая рыскание влево,
подтолкнуть правую законцовку крыла вверх, левую вниз, левый выкат из-за двугранного угла,
заставить левое крыло двигаться быстрее, правое крыло медленнее, крен,
толкните боковые части самолета над цг. слева выкат,
толкните боковые части самолета ниже цг. слева ролл-ин,

Кроме того, аэродинамическая сила создается относительными вертикальными положениями фюзеляжа и крыльев, создавая рычаг крена, если фюзеляж находится над крыльями, как в конфигурации с низким крылом; или выкатывается, если ниже, как в конфигурации с высоким крылом.

Пропеллер, вращающийся под действием мощности, будет влиять на проходящий через него воздушный поток. Его эффект зависит от настройки дроссельной заслонки (высокая на высоких оборотах, низкая на низких) и положения самолета.

Таким образом, спиральное пикирование является результатом действия многих сил, зависящих отчасти от конструкции самолета, отчасти от его положения, а отчасти от его положения дроссельной заслонки (чувствительная конструкция будет пикировать по спирали под действием мощности, но может не при полете) .

Восстановление

У водолазного самолета больше кинетической энергии (которая изменяется пропорционально квадрату скорости), чем в прямолинейном горизонтальном положении. Чтобы вернуться к нормальному уровню, необходимо безопасно избавиться от этой избыточной энергии. Последовательность следующая: все выключить; выровняйте крылья к горизонту или, если горизонт потерян, к приборам; уменьшите скорость, осторожно нажав на органы управления, до тех пор, пока не будет достигнута желаемая скорость; выровняйте и восстановите мощность. Пилоту следует обращать внимание на тенденцию к увеличению тангажа, когда самолет перекатывается до уровня крыльев.