Двугранный (воздухоплавание) - Dihedral (aeronautics)

Эта статья включает в себя список общих использованная литература, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшить эта статья введение более точные цитаты. (Июнь 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Наклон вверх крыльев и оперения самолета, как видно на этом Боинг 737, называется двугранным углом.

Схема двугранного и углового наклона крыла самолета

Измерение двугранного угла

В воздухоплавании, двугранный - угол между левым и правым крыльями (или хвостовыми поверхностями) самолета. «Двугранный» также используется для описания эффекта скольжение на прокатка самолета.

Двугранный угол угол вверх от горизонтали крыльев или оперения самолет. «Угловой угол» - это название отрицательного двугранного угла, то есть когда есть вниз угол относительно горизонтали крыльев или оперения самолета с неподвижным крылом.

Двугранный угол оказывает сильное влияние на двугранный эффект, который назван в его честь. Двугранный эффект - это количество момент поворота произведено пропорционально количеству скольжение. Диэдрический эффект является критическим фактором устойчивости самолета относительно оси крена ( спиральный режим ). Это также имеет отношение к природе самолета. Голландский ролл колебания и маневренность о рулон ось.

Продольный двугранный сравнительно малоизвестный термин, относящийся к подача ось самолета. Это угол между ось нулевого подъема крыла и оси нулевой подъемной силы горизонтального оперения. Продольный двугранный угол может влиять на характер управляемости относительно оси тангажа и характер полета самолета. фугоид -модовые колебания.

Когда термин «двугранный» (самолета) используется сам по себе, он обычно означает «двугранный» угол". Однако контекст может иначе указать, что" двугранный эффект"- предполагаемое значение.

Двугранный угол по сравнению с двугранным эффект

Двугранный угол - это угол, направленный вверх от горизонтали крыльев крыла. самолет, или любых парных номинально-горизонтальных поверхностей на любых самолет. Этот термин также может относиться к крыльям птица. Двугранный угол также используется в некоторых типах воздушных змеев, например, в коробчатых змеях. Крылья с более чем одним изменением угла на всем размахе называются многогранник.

Двугранный угол имеет важное стабилизирующее воздействие на летающие тела, поскольку он сильно влияет на двугранный эффект.

Двугранный эффект^[1] самолета - это крутящий момент, возникающий из-за того, что транспортное средство имеет ненулевое угол скольжения. Увеличение двугранного угла самолета увеличивает двугранный эффект на него. Однако многие другие параметры самолета также оказывают сильное влияние на двугранный эффект. Вот некоторые из этих важных факторов: стреловидность крыла, вертикальный центр гравитации, а также высоту и размер всего на самолете, которое изменяет свою боковую силу как скольжение изменения.

Продольный двугранный

Двугранный угол на самолете почти всегда подразумевает угол между двумя парный поверхности, по одному с каждой стороны самолета. Даже тогда это почти всегда между левым и правым крылья. Однако математически двугранный означает угол между Любые два самолета. Так, в аэронавтике в одном случае термин «двугранный» применяется для обозначения разницы углов между двумя спереди назад поверхности:

Продольный двугранный угол - это разница между угол падения крыла основной аккорд и угол падения горизонтальной корневой хорды хвоста.

Продольный двугранный угол также может означать угол между ось нулевого подъема крыла и оси нулевой подъемной силы горизонтального оперения, а не между корневыми хордами двух поверхностей. Это более значимое использование, потому что направления нулевого подъема имеют отношение к продольному дифференту и устойчивости, а направления корневых хорд - нет.

История

В геометрии двугранный угол - это угол между двумя плоскостями. Использование авиации немного отличается от использования в геометрии. В авиации использование "диhedral "эволюционировал, чтобы обозначать положительный угол вверх между левым и правым крыльями, в то время как использование с приставкой" an- "(как в"анhedral ") эволюционировал, чтобы обозначать отрицательный угол вниз между крыльями.

Аэродинамические стабилизирующие свойства двугранного угла были описаны во влиятельной статье 1810 г. Сэр Джордж Кэли.^[2]

Использование двугранного угла и двугранного эффекта

Анализ устойчивости самолета

При анализе устойчивости самолета двугранный эффект также производная устойчивости называется C_{л${ displaystyle beta}$}^{[примечание 1]} означает изменение коэффициента момента качения ("C_л")^{[заметка 2]} на градус (или радиан) изменения угол скольжения ("${ displaystyle beta}$").

Обеспечение стабильности

Цель двугранного эффекта - способствовать устойчивости оси крена. Это важный фактор стабильности спиральный режим что иногда называют «устойчивостью к качению».^{[заметка 3]} Двугранный эффект не способствует непосредственно восстановлению «уровня крыльев», но косвенно помогает восстановить «уровень крыльев», воздействуя на спиральный режим движения, описанный ниже.

Клиренс крыла

Конструкторы самолетов могут увеличить двугранный угол, чтобы обеспечить больший зазор между законцовками крыла и взлетно-посадочной полосой. Это вызывает особую озабоченность стреловидное крыло самолет, законцовки крыла которого могли удариться о взлетно-посадочную полосу при вращении / приземлении. В военных самолетах для монтажа можно использовать пространство двугранного угла. матчасть и десантные баки на точках крепления крыльев, особенно в самолетах с низкорасположенными крыльями. Увеличенный двугранный эффект, вызванный этим выбором конструкции, возможно, придется компенсировать, возможно, уменьшив двугранный угол на горизонтальном хвосте.

Использование двугранного угла для регулировки двугранного эффекта

При проектировании самолет (или любого самолета с горизонтальными поверхностями) изменение двугранного угла обычно является относительно простым способом отрегулировать общий двугранный эффект. Это сделано для компенсации влияния других элементов дизайна на двугранный эффект. Эти другие элементы (такие как стреловидность крыла, вертикальная точка крепления крыла и т. Д.) Может быть труднее изменить, чем двугранный угол. В результате на разных типах самолетов с неподвижным крылом можно обнаружить разную величину двугранного угла. Например, двугранный угол обычно больше на самолетах с низкорасположенными крыльями, чем на аналогичных самолетах с высокими крыльями. Это потому, что «высота» крыла (или «малая высота» вертикального центр гравитации по сравнению с крылом) естественно создает Больше сам двугранный эффект. Это делает так, что для получения необходимого двугранного эффекта требуется меньший двугранный угол.

Общие заблуждения

Диэдрический эффект определяется просто как момент качения, вызванный боковым скольжением и ничем другим. Моменты качения, вызванные другими причинами, которые могут быть связаны с боковым скольжением, имеют разные названия.

Диэдральный эффект не вызван скорость рыскания, ни скорость изменения бокового скольжения. Поскольку при «включении руля направления» пилоты замечают двугранный эффект, многие пилоты и другие близкие к ним эксперты объясняют, что момент крена возникает из-за того, что одно крыло движется быстрее по воздуху, а другое - менее быстро. Действительно, это реальные эффекты, но это не двугранный эффект, который вызван тем, что в угол скольжения, не дойдя до него. Эти другие эффекты называются «моментом качения из-за скорости рыскания» и «крутящим моментом из-за скорости бокового скольжения» соответственно.

Диэдрального эффекта нет устойчивость к качению сам по себе. Стабильность крена менее двусмысленно называют «стабильностью спиральной моды», и двугранный эффект является одним из факторов, способствующих этому.

Как двугранный угол создает двугранный эффект и стабилизирует спиральный режим

Двугранный угол вносит вклад в общий двугранный эффект самолета. В свою очередь, диэдральный эффект способствует устойчивости спиральный режим. А стабильный Спиральный режим приведет к тому, что летательный аппарат в конечном итоге вернется к номинальному углу крена "уровень крыльев", когда угол наклона крыльев нарушится и станет неровным.^{[примечание 4]}

Рисунок 1: Некомпенсированный подъемный компонент создает боковую силу F_у, что приводит к боковому скольжению самолета.

Рис. 2: При ненулевом боковом скольжении нижнее крыло с наветренной стороны получает больший угол атаки, что приводит к стабилизации момента крена P. Самолет летит прямо к зрителю.

Если возмущение заставляет летательный аппарат откатиться от своего нормального положения на уровне крыльев, как показано на рисунке 1, он начнет двигаться несколько в сторону к нижнему крылу.^[3]На рисунке 2 траектория полета самолета начала перемещаться влево, в то время как носовая часть самолета все еще указывает в исходном направлении. Это означает, что встречный воздух поступает несколько слева от носа. Самолет теперь имеет скольжение угол в дополнение к углу крена. На рис. 2 показан самолет в том виде, в каком он предстает перед встречным воздухом.

Как двугранный угол создает крутящий момент от бокового скольжения (двугранный эффект)

На Рисунке 2 условия бокового скольжения создают большую угол атаки на крыле с рысканием вперед и меньший угол атаки на крыле с рысканием назад. Это изменение угла атаки за счет бокового скольжения видно на рисунке 2. Поскольку больший угол атаки создает большую подъемную силу (в обычном случае, когда крыло не приближается к сваливанию), переднее крыло будет иметь большую подъемную силу, а заднее крыло будет иметь большую подъемную силу. меньше лифт. Эта разница в подъемной силе крыльев - это момент качения, и он вызван боковым скольжением. Это вклад в общий двугранный эффект самолета.

Как двугранный эффект стабилизирует спиральную моду

Момент качения, создаваемый боковым скольжением (обозначен как "P") имеет тенденцию откатить дрон до уровня крыльев. Более двугранный эффект пытается сильнее вращать крылья в «выравнивающем» направлении, а меньший двугранный эффект пытается менее сильно вращать крылья в «выравнивающем» направлении. Эффект двугранности помогает стабилизировать спиральный режим за счет забота повернуть крылья до уровня пропорционально величине бокового скольжения. Однако это не вся картина. В то же время, что угол скольжения накапливается, вертикальный плавник пытается повернуть нос обратно против ветра, как флюгер, сводя к минимуму возможное скольжение. Если нет скольжения, то не может быть восстановительного момента качения. Чем меньше скольжение, тем меньше восстанавливающий момент качения. Устойчивость к рысканью, создаваемая вертикальным стабилизатором, противодействует тенденции к двугранному эффекту, который приводит к откатыванию крыльев назад за счет ограничения бокового скольжения.

Спиральный режим - это тенденция к медленному отклонению или тенденция к медленному возвращению на уровень крыльев. Если режим спирали стабилен, ЛА будет медленно возвращаться на уровень крыльев, если он нестабилен, ЛА будет медленно отклоняться от уровня крыльев. Диэдрический эффект и устойчивость по рысканью - два основных фактора, которые влияют на стабильность спиральной моды, хотя есть и другие факторы, которые влияют на нее менее сильно.

Другие факторы, способствующие двугранному эффекту

В CG из параплан очень низка, что сильно влияет на двугранный эффект

Факторы конструкции, отличные от двугранного угла, также способствуют двугранному эффекту. Каждый увеличивает или уменьшает общий двугранный эффект самолета в большей или меньшей степени.

Развертка

Крыло обратный ход также увеличивает двугранный эффект. Это одна из причин, по которой на самолетах с большим углом стреловидности, а также на некоторых авиалайнерах, даже на самолетах с низким крылом, таких как Ту-134 и Ту-154, с небольшими немецкими бипланами 1930-1945 гг. Bücker Flugzeugbau, то Бакер Юнгманн двухместный тренер и более известные Bücker Jungmeister Биплан для соревнований по высшему пилотажу, оба имеют стреловидность крыла примерно 11 °, что придает обеим конструкциям степень двугранного эффекта, помимо небольшого количества двугранности, характерной для обоих бипланов.

Вертикальное положение центра масс

В центр массы, обычно называемый центр гравитации или "CG" - это точка равновесия самолета. Если подвесить в этой точке и позволить вращаться, то тело (самолет) будет уравновешено. Расположение ЦТ спереди назад имеет первостепенное значение для общей устойчивости самолета, но вертикальное расположение также имеет важные последствия.

Вертикальное расположение ЦТ изменяет величину двугранного эффекта. По мере того как «вертикальная ЦТ» опускается ниже, двугранный эффект увеличивается. Это вызвано тем, что центр подъемной силы и сопротивления находится выше ЦТ и имеет более длинное плечо момента. Таким образом, те же силы, которые изменяются при изменении бокового скольжения (в первую очередь, боковая сила, но также подъемная сила и сопротивление), создают больший момент относительно ЦТ самолета. Иногда это называют маятниковый эффект.^{[примечание 5]}

Ярким примером влияния вертикальной ЦТ на двугранный эффект является параплан. Двугранный эффект, создаваемый очень низкой вертикальной ЦТ, более чем компенсирует отрицательный двугранный эффект, создаваемый сильным межгранным центром.^{[примечание 6]} обязательно сильно загибающегося вниз крыла.

Эффекты слишком большого двугранного эффекта

Побочным эффектом слишком сильного двугранного эффекта, вызванного, среди прочего, чрезмерным двугранным углом, может быть сцепление по рысканью-крену (склонность самолета к Голландский ролл ). Это может быть неприятно, а в экстремальных условиях может привести к потере управления или перегрузке самолета.

Двугранный и многогранный

Собор на крыльях и оперении самолета РАФ Харриер GR7A

Собор

Военные самолет истребитель часто имеют близкий к нулю или даже угловой угол, уменьшающий двугранный эффект и, следовательно, снижающий стабильность спиральной моды. Это увеличивает маневренность, которая желательна для истребителей.

Углы наклона также наблюдаются на самолетах с высоко установленным крылом, например очень большим. Антонов Ан-124 и Локхид Гэлакси грузовой самолет. В таких конструкциях высоко установленное крыло находится над центр тяжести самолета что дает дополнительный двугранный эффект за счет маятник эффект (также называемый эффект киля ), поэтому дополнительный двугранный угол часто не требуется. Такие конструкции могут иметь чрезмерный двугранный эффект и, таким образом, быть чрезмерно стабильными в спиральном режиме, поэтому угол наклона на крыле добавляется, чтобы нейтрализовать некоторый двугранный эффект, чтобы самолет мог более легко маневрировать.

Многогранник

Макдоннелл Дуглас F-4 Фантом II показаны многогранное крыло и угловой хвост

Большинство самолетов было разработано с плоскими крыльями с простым двугранным (или прямым) крылом. Некоторые старые самолеты, такие как Vought F4U Corsair и Бериев Бе-12 были разработаны с крылья чайки загнутый возле корня.^{[нужна цитата ]} Современные многогранные конструкции крыла обычно изгибаются вверх около законцовок крыла (также известные как кончик двугранный), увеличивая двугранный эффект без увеличения угла, под которым крылья встречаются у основания, что может быть ограничено для соответствия другим критериям конструкции.

Многогранник виден на планеры и некоторые другие самолеты. В McDonnell Douglas F-4 Phantom II является одним из таких примеров, уникальным среди реактивных истребителей наличием двугранных законцовок крыла. Это было добавлено после того, как летные испытания прототипа с плоскими крыльями показали необходимость исправить некоторую непредвиденную нестабильность спирального режима - наклон законцовок крыла, которые уже были спроектированы так, чтобы складывать их для операций с носителями, было более практичным решением, чем перепроектирование всего крыла.^[4]

использованная литература

Сноски

Заметки

внешние ссылки

• http://www.aeroexperiments.org/washoutbillow.shtml
• Демонстрация двугранного эффекта на Вольфрам Демонстрационный проект
• Видео объяснение по реальной инженерии YouTube канал