Как стреловидность крыла повышает устойчивость самолета?

Курсовая устойчивость

Когда стреловидное крыло летит в боковом скольжении, наветренная сторона ведет себя как крыло с менее эффективной стреловидностью φeff

$\varphi_{eff}$ и с подветренной стороны, как один с более эффективной развертки. Стреловидность крыла вызывает выравнивание наклона кривой подъема по двум причинам:

1. Эффективный угол атаки уменьшается Косинусом угла стреловидности.
2. Только компонент скорости, нормальной к четвертьхордовой линии крыла, создает подъемную силу, поэтому стреловидное крыло создает меньший подъем на площадь, чем прямое крыло.

Увеличенный подъем катит самолет, но также производит увеличенное вызванное подъемом сопротивление, которое тянет его назад к прямому полету. На рисунке выше показано это для летающего планера SB-13 . Этот эффект настолько силен, что стреловидные конфигурации с высоким крылом нуждаются в анэдральном, чтобы удерживать момент качения, вызванный боковым скольжением.

Для завершенности, также бортовая сила Год

$Y$ из фюзеляжа и крылышек добавляется и показывает, что крылышки очень помогают создать курсовую устойчивость. Это необходимо в случае SB-13 потому что оно имеет почти эллиптическое распределение подъема. Использование треугольного распределения (N9-M) или даже колоколообразного распределения ( Horten flying wings) позволяет избежать необходимости в крылышках, но вызывает более высокое индуцированное сопротивление в прямом полете. Другим недостатком является низкая курсовая устойчивость на высокой скорости, поскольку этот эффект стреловидности увеличивается с увеличением коэффициента подъема на внешнем крыле.

Продольная устойчивость

Стреловидность крыла также помогает в продольной стабильности, вытягивая крыло вдоль. Это важно для летающих крыльев, у которых нет отдельной хвостовой поверхности. Путем изменять углы щитка на центре или подсказках крыла, подъем на большинств передних или большинств отсталых разделах можно изменить для управления тангажа, и больше стреловидности увеличивает рукоятку рычага этих изменений. Кроме того, в стреловидных летающих крыльях естественная статическая стабильность может быть достигнута без использования рефлекторных аэродинамических поверхностей, но путем применения размыва. Опять же, чем выше угол развертки, тем меньше требуется размыв.

Слишком много зачистки?

Легко! Подметание крыла создает много проблем:

1. Стреловидность уменьшает наклон кривой подъема и максимальный подъем крыла. Максимальная посадка с высоко стреловидным, тонким крылом строго ограничена зазором в конце крыла, поэтому стреловидные крылья нуждаются в мощных устройствах с высокой подъемной силой.
2. Развертка заставляет пограничный слой быть вымытым за бортом, который вызовет неприятное поведение сваливания, как только определенное отношение аспектного отношения крыла и развертки было превышено. Это может быть несколько ограничено ограждениями крыла, но лучше избегать вообще.
3. Изменения стреловидности означают, что изгибающие моменты частично преобразуются в крутящие моменты, требующие крутильной жесткости крыла.
4. Для летающих крыльев развертка позволит центру самолета подниматься и опускаться, когда крыло сгибается. Это создает мощное взаимодействие между режимом быстрого периода (который только умеренно демпфируется в летающих крыльях) с режимом изгиба крыла, что приводит к флаттеру.

Зачем вообще подметать крыло?

Как правило, авиаконструктор позволит только столько развертки, сколько необходимо. Стреловидность крыла уменьшает сопротивление, когда самолет летит с трансзвуковой или сверхзвуковой скоростью. Теперь эффекты Маха зависят только от нормальной составляющей скорости, поэтому они пропорциональны Косинусу угла стреловидности. Для N9-M это не было фактором, однако B-2 выигрывает от него с более высоким числом Маха расхождения сопротивления .

Что касается летающих крыльев, продольное управление (не говоря уже о стабильности) зависит от способности перемещать центр подъема назад и вперед. Это было бы трудно сделать с прямым летающим крылом, у которого нет отдельного хвостового самолета или карнарда-весь подъем генерируется в одном (продольном) положении.

С другой стороны, если ваше летающее крыло имеет стреловидность, вы можете получить продольный контроль, поместив поверхности управления на разных расстояниях от центра самолета. Увеличение подъемной силы на внешних частях крыла будет производить момент носа вниз, и наоборот.

Большим преимуществом стреловидных крыльев является более низкое сопротивление на высокой скорости. Когда самолет со стреловидными крыльями рыскает, он эффективно увеличивает стреловидность крыла в направлении рыскания и уменьшает стреловидность другого крыла. Таким образом, крыло, противоположное направлению рыскания, будет иметь меньшую стреловидность, поэтому больше сопротивления, противодействуя рысканию. Аналогично, другое крыло будет иметь более высокую стреловидность и меньшее сопротивление.

Конечно, у вас может быть слишком много развертки, иначе все самолеты просто полностью уберут свои крылья и будут выглядеть как X-24 . Ваш предыдущий вопрос касается других свойств стреловидных крыльев:

Почему некоторые военные самолеты используют крылья переменной стреловидности?

Конечно, есть компромиссы, но вертикальная площадь поверхности по-прежнему является более эффективным средством обеспечения стабильности. Влияние на стреловидные крылья 1 степени рыскания будет меньше, чем сила, создаваемая задним фюзеляжем (и вертикальным стабилизатором), находящимся под углом атаки 1 градуса. Конечно, летающие крылья будут в первую очередь полагаться на это дифференциальное сопротивление для стабильности, но они используют такие вещи, как тормоза-раскладушки, чтобы создать необходимое сопротивление для дополнительной стабильности и контроля.

Больше развертки лучше для скорости, но не так хорошо, если вы хотите идти медленнее. Так стреловидность идет ограничивать низкоскоростное представление, и улучшение стабильности также будет как уменшения воздушной скорости.