Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Диэдра (самолет) )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Двугранный .
Наклон вверх крыльев и оперения самолета, как это видно на этом Боинге 737 , называется двугранным углом.
Схема двугранного и углового наклона крыла самолета
Измерение двугранного угла

В аэронавтике двугранный угол - это угол между левым и правым крыльями (или хвостовыми поверхностями) самолета. Термин «двугранный» также используется для описания влияния бокового скольжения на качение самолета.

Двугранный угол - это угол, направленный вверх от горизонтали крыльев или оперения самолета с неподвижным крылом . "Угловой угол" - это название, данное отрицательному двугранному углу, то есть когда есть угол вниз от горизонтали крыльев или оперения самолета с неподвижным крылом.

Двугранный угол оказывает сильное влияние на двугранный эффект , названный в его честь. Двугранный эффект - это величина крутящего момента, создаваемая пропорционально величине бокового скольжения . Диэдрический эффект является критическим фактором устойчивости самолета относительно оси крена ( спиральный режим ). Это также имеет отношение к характеру колебаний самолета по голландскому крену и к маневренности вокруг оси крена .

Продольный двугранный угол - сравнительно малоизвестный термин, связанный с осью тангажа самолета. Это угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью нулевой подъемной силы горизонтального оперения. Продольный двугранный угол может влиять на характер управляемости относительно оси тангажа и характер колебаний летательного аппарата в фугоидном режиме.

Когда термин «двугранный» (самолета) используется сам по себе, он обычно означает «двугранный угол ». Однако в противном случае контекст может указывать на предполагаемое значение «двугранный эффект ».

Двугранный угол против двугранного эффекта [ править ]

Двугранный угол - это угол, направленный вверх от горизонтали крыльев самолета с неподвижным крылом или любых спаренных номинально-горизонтальных поверхностей на любом воздушном судне . Этот термин также может относиться к крыльям птицы . Двугранный угол также используется в некоторых типах воздушных змеев, например, в коробчатых змеях. Крылья с более чем одним изменением угла на всем размахе называются многогранными .

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

Двугранный эффект [1] самолета - это момент качения, возникающий в результате того, что транспортное средство имеет ненулевой угол бокового 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 тяжести , а также высота и размер всего на самолете, которое изменяет свою боковую силу при изменении бокового скольжения .

Продольный двугранный [ править ]

Двугранный угол на самолете почти всегда подразумевает угол между двумя парными поверхностями, по одной с каждой стороны самолета . Даже в этом случае он почти всегда находится между левым и правым крыльями . Однако математически двугранный означает угол между любыми двумя плоскостями. Итак, в аэронавтике в одном случае термин «двугранный» применяется для обозначения разницы углов между двумя поверхностями между передней и задней сторонами:

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

Продольный двугранный угол может также означать угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью 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 [ править ]

В геометрии двугранный угол - это угол между двумя плоскостями. Использование авиации немного отличается от использования в геометрии. В авиации, использование « ди - гранный» эволюционировали означает положительный, до угла между левым и правым крыльями, в то время как использование с приставкой «годов-» (как в « гранный») эволюционировали означает отрицательный, вниз угол между крылья.

Аэродинамические стабилизирующие свойства двугранного угла были описаны во влиятельной статье 1810 года сэра Джорджа Кэли . [2]

Использование двугранного угла и двугранного эффекта [ править ]

Анализ устойчивости самолета [ править ]

При анализе устойчивости самолета двугранный эффект также является производной устойчивости, называемой C l [примечание 1], что означает изменение коэффициента момента качения (« C l ») [примечание 2] на градус (или радиан) изменения угла бокового скольжения. (" ").

Обеспечение стабильности [ править ]

Цель двугранного эффекта - способствовать устойчивости оси крена. Это важный фактор стабильности спирального режима, который иногда называют «устойчивостью к качению». [примечание 3] Двугранный эффект не способствует прямо восстановлению «уровня крыльев», но косвенно помогает восстановить «уровень крыльев», воздействуя на спиральный режим движения, описанный ниже.

Расстояние между крыльями [ править ]

Конструкторы самолетов могут увеличить двугранный угол, чтобы обеспечить больший зазор между законцовками крыла и взлетно-посадочной полосой. Это вызывает особую озабоченность в отношении самолетов со стреловидным крылом , законцовки которых могут касаться взлетно-посадочной полосы при вращении / приземлении. В военной авиации пространство с двугранным углом может быть использовано для установки техники и десантных баков на узлы крепления крыльев, особенно на 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 настройки двугранного эффекта [ править ]

При проектировании самолета с неподвижным крылом (или любого самолета с горизонтальными поверхностями) изменение двугранного угла обычно является относительно простым способом отрегулировать общий двугранный эффект. Это должно компенсировать влияние 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 низкорасположенным крылом, чем на аналогичных самолетах с высоким крылом. Это потому, что "высота" крыла (или "меньшая" вертикальность центра тяжести по сравнению с крылом) естественным образом создает большесам двугранный эффект. Это делает так, что для получения необходимого двугранного эффекта требуется меньший двугранный угол.

Распространенные заблуждения [ править ]

Двугранный 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.

Двугранный эффект не вызван скоростью рыскания или скоростью изменения бокового скольжения . Поскольку при «включении руля направления» пилоты замечают двугранный эффект, многие пилоты и другие близкие к ним эксперты объясняют, что момент крена вызван более быстрым движением одного крыла по воздуху, а другого - менее быстрым. Действительно, это реальные эффекты, но это не двугранный эффект, который возникает из-за нахождения под углом бокового скольжения, а не из-за попадания в него. Эти другие эффекты называются «моментом качения из-за скорости рыскания» и «крутящим моментом из-за скорости бокового скольжения» соответственно.

Двугранный эффект сам по себе не является устойчивостью к качению . Устойчивость к качению 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 [ править ]

Двугранный угол способствует полному двугранному эффекту самолета. В свою очередь, диэдрический эффект способствует устойчивости спиральной моды . Стабильный режим спирали заставит самолет в конце концов вернуться к номинальному крену «уровня крыл» , когда угол крыл нарушается , чтобы стать от уровня. [примечание 4]

Рис. 2: При ненулевом боковом скольжении нижнее крыло, находящееся против ветра, 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 немного двигаться в сторону к нижнему крылу. [3] На рисунке 2 траектория полета самолета начала двигаться влево, в то время как нос самолета все еще указывает в исходном направлении. Это означает, что встречный воздух поступает немного слева от носа. У самолета теперь есть угол бокового скольжения в дополнение к углу крена. На рис. 2 показан самолет в том виде, в котором он предстает перед встречным воздушным потоком.

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

На рис. 2 условия бокового скольжения вызывают больший угол атаки крыла с отклонением вперед и меньший угол атаки крыла с отклонением 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 между крыльями - это момент качения, и он вызван боковым скольжением. Это вклад в общий двугранный эффект самолета.

Как двугранный эффект стабилизирует спиральный режим [ править ]

Момент качения, создаваемый боковым скольжением (обозначенный буквой «P»), стремится откатить самолет до уровня крыльев. Более двугранный эффект пытается сильнее повернуть крылья в «выравнивающем» направлении, а меньший двугранный эффект пытается менее сильно вращать крылья в «выравнивающем» направлении. Эффект двугранности помогает стабилизировать режим спирали, стремясь повернуть крылья к уровню пропорционально величине бокового скольжения. Однако это не вся картина. В то же время угол скольжениянакапливается, вертикальный плавник пытается повернуть нос назад против ветра, как флюгер, сводя к минимуму возможное скольжение. При отсутствии скольжения 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 спиральный режим 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 [ править ]

CG из параплана очень низок, что делает значительный вклад в 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.

Sweepback [ править ]

Стреловидность крыла 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 , используются небольшие немецкие бипланы 1930-1945 годов Bücker Flugzeugbau. , двухместный тренажер Bucker Jungmann и более известный пилотажный биплан Bücker Jungmeister , оба из которых имеют стреловидность крыла примерно 11 °, что придает обеим конструкциям степень двугранного эффекта, помимо небольшого количества двугранности, характерной для обоих бипланов.

Вертикальное положение центра масс [ править ]

Центр масс , как правило , называется центром тяжести или «CG», это точка равновесия воздушного судна. 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 эффектом маятника . [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 [примечание 6] крыла, обязательно сильно изгибающегося вниз.

Эффекты слишком большого двугранного эффекта [ править ]

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

Двугранный и многогранный [ править ]

Собор [ править ]

Анэдр на крыльях и хвостовом оперении RAF Harrier GR7A .
Ан-124, вид спереди . Хорошо видны крылья собора.

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

Углы наклона также видны на самолетах с высоко установленным крылом, таких как очень большой Антонов Ан-124 и грузовой самолет Lockheed Galaxy . В таких конструкциях высоко установленное крыло находится над центром тяжести самолета, что дает дополнительный двугранный эффект из-за эффекта маятника (также называемого эффектом 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 крыла добавляется, чтобы нейтрализовать некоторый двугранный эффект, чтобы самолет мог более легко маневрировать.

Многогранник [ править ]

McDonnell Douglas F-4 Phantom II с многогранным крылом и угловым хвостом

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 спроектированы с изогнутыми у корня крыльями чайки . [ цитата необходима ] Современные конструкции многогранного крыла обычно изгибаются вверх около законцовок крыла (также известные как двугранные крылья), увеличивая двугранный эффект без увеличения угла, при котором крылья встречаются у основания, что может быть ограничено для соответствия другим критериям конструкции.

Многогранник встречается на планерах и некоторых других самолетах. McDonnell Douglas F-4 Phantom II является одним из таких примеров, уникален среди реактивных истребителей за то, что двугранные законцовки. 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 реконструкция всего крыла. [4]

Ссылки [ править ]

Сноски [ править ]

  1. ^ Произносится "See-ell-beta".
  2. ^ Коэффициент момента каченияявляется «нормализацией» момента качения. Момент качения имеет единицы силы, умноженной на длину. Коэффициент крутящего момента нормализован, поэтому в нем нет единиц измерения. Это делается путем деления момента на площадь крыла, на размах крыла и на динамическое давление .
  3. ^ «Стабильность крена» - неоднозначный термин, требующий контекста, чтобы различить предполагаемое значение пользователя. Обычно это означает «стабильность спирального режима», но его также часто неправильно используют для обозначения двугранного эффекта или двугранного угла, которые сами по себе не являются «стабильностью», хотя и вносят свой вклад в стабильность спирального режима.
  4. ^ В спиральном режиме, если он нестабилен, самолет будет медленно, а затем быстрее отклоняться от «номинального уровня крыльев», если пилот не делает никаких управляющих действий. Если режим спирали стабилен и пилот ничего не делает, когда самолет стартует из крена , он сам возвращается почти на уровень крыльев.
  5. ^ «Эффект маятника» также реже называют «эффектом киля».
  6. ^ Нисходящая кривая крыла параплана может быть названа «непрерывным полианэдром».

Заметки [ править ]

  1. ^ Roskam, Ян (1979). «4.1.7». Динамика полета самолета и автоматическое управление полетом . 1 . Оттава, Канзас: Роскам авиационная и инженерная корпорация. п. 139. Номер карточки каталога Библиотеки Конгресса: 78-31382
  2. ^ «Эта угловатая форма с вершиной вниз является главной основой устойчивости в воздушной навигации ... и она наиболее эффективно предотвращает любое перекатывание машины из стороны в сторону». Джордж Кэли. По воздушной навигации. (Часть II). Журнал естественной философии, химии и искусств. , т. 25 (февраль 1810 г.), стр. 81-87. Как перепечатано в книге «Аэронавтика Чарльза Х. Сэра Джорджа Кэли, 1796-1855 гг .» Гиббса-Смита . HMSO . 1962. На странице 223 есть цитата. На сайте НАСА (pdf). Архивировано 11 мая 2013 г., в Wayback Machine.
  3. ^ Эткин, Бернард; Динамика полета ; Раздел 3.10; 1982; ISBN 0-471-08936-2 
  4. ^ Дональд, Дэвид и Джон Лейк, ред. McDonnell F-4 Phantom: Spirit in the Skies . Лондон: AIRtime Publishing, 2002. ISBN 1-880588-31-5 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • http://www.aeroexperiments.org/washoutbillow.shtml
  • Демонстрация двугранного эффекта в Wolfram Demonstrations Project
  • Видеообъяснение на канале Real Engineering на YouTube