Почему перемещение кг на корму самолета брата Райта улучшило управляемость?

Вопросы / ответы › Почему перемещение кг на корму самолета брата Райта улучшило управляемость?

0 +1 -1

flyman Админ. спросил 5 лет назад

В ответ на ответ Питера Кэмпфа на этот вопрос , почему перемещение CG обратно на летчике Райта улучшило его стабильность?

Источник

Теги вопроса:aircraft-design, конструкция самолета

2 ответ

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Это не улучшило стабильность, но летучесть.

«Райт флаер» располагался в кормовой части нейтральной точки и был неустойчив по высоте. Продольно неустойчивый самолет будет отклоняться от своей точки обрезки, и при полете человеческим пилотом будет иметь волнистую траекторию полета. Райты называли это волнистостью. Это вызвано задержкой реакции пилота и его склонностью к сверхкомпенсации, поэтому самолет колеблется вокруг точки обрезки (= угол атаки, где все моменты вокруг оси тангажа находятся в равновесии). Эта задержка более проблематична, когда собственная частота движения выше. Все Цеппелины были неустойчивы по тангажу выше определенной скорости и рыскали на полной скорости, но никто не беспокоился. Эти вещи были настолько большими, что любое движение требовало длительного времени для развития и отклонения от состояния отделки было легко исправить.

С самолетами дела обстоят иначе, потому что они более маневренные и намного меньше. Характерным параметром здесь является короткопериодический режим, характеризующий движение тангажа. Его частота составляет около 1 Гц для малых самолетов и может быть приближена следующим образом:

ω_{α} = \frac{v_{t r i m}}{i_{y}} \cdot \sqrt{(\frac{c_{m α}}{μ} + \frac{c_{L α} \cdot c_{m q}}{μ^{2}})}

$\omega_{\alpha} = \frac{v_{\mathrm{trim}}}{i_y} \cdot \sqrt{\left(\frac{c_{m\alpha}}{\mu} + \frac{c_{L\alpha}\cdot c_{mq}}{\mu^2}\right)}$

Номенклатура:
$ω_{α}$

ω_{α}

$\omega_{\alpha} \:\:\:$ Собственная частота короткопериодического режима
$v_{t r i m}$

v_{t r i m}

$v_{\mathrm{trim}}\:$ урезанная скорость полета
$i_{y}$

i_{y}

$i_y \:\:\:\:\:$ Радиус инерции вокруг оси тангажа
$c_{m α}$

c_{m α}

$c_{m\alpha} \:\:$ градиент момента тангажа над углом атаки
$μ$

μ

$\mu \:\:\:\:\:\:$ приведенная масса. $μ = \frac{2 \cdot m}{ρ \cdot S \cdot l_{μ}}$

μ = \frac{2 \cdot m}{ρ \cdot S \cdot l_{μ}}

$\mu = \frac{2\cdot m}{\rho \cdot S \cdot l_{\mu}}$
$c_{L α}$

c_{L α}

$c_{L\alpha} \:\:$ градиент коэффициента подъема над углом атаки
$c_{m q}$

c_{m q}

$c_{mq} \:\:$ коэффициент демпфирования шага
$m$

m

$m \:\:\:\:\:$ масса
$ρ$

ρ

$\rho \:\:\:\:\:\:$ плотность воздуха
$S$

S

$S \:\:\:\:\:\:$ опорная площадь (обычно площадь крыла)
$l_{μ}$

l_{μ}

$l_{\mu} \:\:\:\:\:$ средняя аэродинамическая хорда

Чтобы ответить на этот вопрос, все, что ему нужно, это первый фактор уравнения. Частота увеличивается с скоростью полета и уменьшается с инерцией тангажа самолета. Путем добавлять вес на задней части их самолета, Wrights увеличили эту инерцию тангажа, таким образом понижающ собственную частоту и делающ ее более легкой контролировать. Не ошибитесь: флаер стал еще более неустойчивым, но нестабильность стало легче исправить, потому что отклонения от точки обрезки нарастали медленнее.

Современные копии флаера имеют свой CG впереди нейтральной точки и, естественно, стабильны.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

+1 отличное объяснение. Я не понимал, что иногда, делая самолет немного более неустойчивым, улучшается его управляемость (как вы упомянули, из-за повышенной инерции). Я сам заметил это на одном из своих самолетов RC с CG до сих пор на корме, что нейтральная отделка требовала лифта вниз. Я не мог объяснить, почему он летал очень долго.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Как насчет упоминания Пио ?

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@yankeekilo: это то, что Райты называют волнистость. Я использовал их терминологию, потому что нахожу ее очень описательной. Но, да, это был ранний случай PIOs, и они стали менее интенсивными, когда собственная частота самолета была смещена от собственной частоты системы управления (это Уилбур или Орвилл плюс контроль высоты полета летчика).

0 +1 -1

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Чтобы самолет был устойчивым, небольшой вход управления должен приводить к небольшим корректировкам. Также небольшие воздушные потоки должны приводить к небольшим отклонениям.

Теперь рассмотрим, что происходит, когда флаер немного опускается. Он набирает скорость, и крыло создает большую подъемную силу. Если CG далеко вперед, подъем крыла генерирует крутящий момент, который еще больше опускает нос. Другими словами, это небольшое изменение усиливается.

Перемещение CG в кормовой части уменьшает изменение крутящего момента при изменении шага, что означает, что небольшие изменения остаются небольшими — и, таким образом, самолет стабилен.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Перемещение CG вперед делает самолет стабильным . Для обоих самолетов с регулярным хвостом или уткой (летчик был уткой). Причина в том, что с передним CG передняя поверхность летит с более высоким углом атаки. Флаер располагался слишком далеко на корме и не был устойчив. (-1, Это неверное объяснение).

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@JanHudec: я не могу найти хороший источник, который утверждает, что летчик имел свой слух на более высоком AoA. С уткой, генерирующей подъем вверх, у вас должен быть CG между уткой и крылом (очевидно, иначе два момента не могут отменить вообще). Перемещение его немного вперед или после этого между этими пределами изменяет баланс моментов, но вы не можете обобщить и сказать, что CG вперед стабилен. Просто поместите CG в местоположение утки, и стабильность станет невозможной .

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Относительный AOA поверхности управления и главного крыла является функцией центра тяжести, а не наоборот. Потому что пилот регулирует слух, чтобы сбалансировать корабль. У флаера был слух на более низком уровне, чем основное крыло, потому что он не был стабильным. Но перемещение его CG вперед заставит пилота увеличить AoA утки и, следовательно, улучшить стабильность. Но Райтс никогда не продвигал его достаточно далеко, чтобы сделать стабильным. И, как правильно объясняет Питер Кэмпф, перемещение его немного вперед сделало его менее управляемым, а перемещение его на корму немного сделало его более управляемым. Хотя и менее стабильная.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

Самолет с CG на месте расположения «утки» мог легко быть устойчивым. Но это » утка «будет основным крылом, производящим всю подъемную силу, а» крыло » будет стабилизатором, летящим на 0 AoA в устойчивом полете. Такая конфигурация была бы стабильной просто отлично.

flyman Админ. ответил 5 лет назад

@JanHudec: это немного проблема именования тогда: я использую слух, чтобы означать поверхность управления перед крылом, которая может генерировать крутящий момент, чтобы изменить шаг по мере необходимости. Чтобы генерировать крутящий момент, вам нужен рычаг, а рычаг по определению 0, если CG находится на утке. Конечно, вы можете иметь крыло на CG, если поверхность управления (утка или хвост) генерирует 0 крутящий момент при нормальных условиях.