В воздухоплаванию, инерция муфты , [1] также называют инерционной связью [2] и инерционной связи валков , [3] является потенциально катастрофическим явлением высокоскоростного полета , которые вызвали потерю самолетов и пилотов , прежде чем конструктивные особенности , чтобы счетчик это (например, достаточно большой плавник) поняли. Это происходит, когда инерция тяжелого фюзеляжа превышает способность аэродинамических сил и моментов, создаваемых крылом и оперением, стабилизировать самолет. Проблема стала очевидной, когда реактивные истребители и исследовательские самолеты разрабатывались с узкойразмах крыльев , у которых была относительно низкая инерция крена , вызванная длинным тонким фюзеляжем высокой плотности , по сравнению с инерциями по тангажу и рысканью . [4]
Термин " инерционная / инерционная связь", относящийся к расхождению во время маневра по качению, был описан как вводящий в заблуждение, поскольку основная проблема заключается в аэродинамической, а также инерционной связи. [5] Вклады в маневр сложны и включают инерционное сцепление, аэродинамическое сцепление и отношения инерции по трем осям, все из которых происходят одновременно. [6] Тем не менее, инерционная связь также была определена как по существу гироскопический эффект, то есть тенденция фюзеляжа при быстром вращении отклоняться от направления полета и становиться бортом по направлению ветра, и была проанализирована как таковая Филлипсом. [7] Инерционное сцепление по крену определяется как резонансное расхождение по тангажу или рысканью, когда скорость крена равна наименьшей из собственных частот тангажа или рыскания. [8]
Описание
Инерционное сцепление будет иметь место, когда самолет с описанным выше распределением веса быстро катится вокруг оси, отличной от его оси крена. Этой тенденции можно противодействовать с помощью ряда стратегий, которые включают повышение курсовой устойчивости и уменьшение допустимой скорости и продолжительности крена, а также ограничение угла атаки для выполнения маневров по перекату. [9]
Причину мешающего движения можно визуализировать, представив массу самолета, сконцентрированную в двух местах, «гантелей» на его оси крена, одно перед центром тяжести, а другое - позади. Самолет будет лететь по своей аэродинамической или ветровой оси с «гантелью» под некоторым углом атаки. Качение вокруг аэродинамической оси будет иметь тенденцию к перемещению "внеосевых" масс наружу. [10]
Тенденция в дизайне истребителей в 1950-х годах с короткими размахами крыла, фюзеляжами высокой плотности и полетом на большой высоте - все это имело тенденцию к увеличению сил инерции из-за крена по сравнению с аэродинамическими восстанавливающими силами, обеспечиваемыми продольной и путевой стабильностью. Движение качения вводит связь между продольными и поперечными движениями самолета. [11] Хотя типичный реактивный самолет имеет большую часть своей массы, распределенной близко к его центральной линии, а аэродинамические силы и моменты в плоскостях, которые обеспечивают некоторую стабилизацию (такие, что небольшие колебания в управлении имеют тенденцию возвращать его к пространственному равновесию), это важно помнить, что воздушные суда реалистично всегда летают с небольшой ненулевой случайной скоростью рыскания и тангажа.
Ранняя история
Инерционное соединение валков было предсказано и проанализировано как гироскопический эффект в 1948 году Уильямом Филлипсом, работавшим в NACA . [11] Его анализ предшествовал появлению самолета, который будет испытывать сильные движения, которые он предсказывал, - исследовательского самолета серии X и истребителя серии Century в начале 1950-х годов. До этого времени у самолетов была больше ширина, чем длина, и их масса обычно распределялась ближе к центру масс . Это было особенно верно для винтовых самолетов, но в равной степени верно и для первых реактивных истребителей. Эффект стал очевиден только тогда, когда самолет начал жертвовать аэродинамической площадью поверхности, чтобы уменьшить лобовое сопротивление, и использовать более длинные передаточные числа , уменьшающие сверхзвуковое сопротивление. В этих случаях самолет, как правило, был намного тяжелее фюзеляжа, что позволяло его гироскопическому эффекту подавлять небольшие управляющие поверхности.
Инерционное сцепное соединение было одним из трех различных режимов сцепления, которые следовали один за другим на скорости 3,2 [12], убив пилота капитана Мэла Апта в его первом полете на ракетном двигателе Bell X-2 27 сентября 1956 года. Инерционное сцепное соединение почти убило Чака. Йегер на X-1A тремя годами ранее. [13] Исследование сцепления валков X-3 Stiletto (первый полет в 1952 г.) было чрезвычайно коротким, но дало ценные данные. Резкие крены элеронов выполнялись на скорости 0,92 и 1,05 Маха и вызывали "мешающие" движения и чрезмерные ускорения и нагрузки. [14] Первыми двумя серийными самолетами, испытавшими инерционное сцепление по крену, были F-100 Super Sabre и F-102 Delta Dagger (оба впервые поднялись в воздух в 1953 году). F-100 был модифицирован с увеличенным вертикальным оперением для увеличения курсовой устойчивости. [15] F-102 был модифицирован для увеличения площади крыла и хвостового оперения и был оснащен усиленной системой управления. Для возможности управления летчиком при маневрах в динамике хвостовая часть F-102A была увеличена на 40%. В случае с F-101 Voodoo (первый полет в 1954 г.) на модели A была установлена система повышения устойчивости, чтобы помочь в решении этой проблемы. Douglas Skyray не в состоянии включить любые изменения в конструкции для управления инерционной связи рулонной и вместо этого ограниченных пределов маневра , при котором сшивающие эффектах не были причиной проблем. [16] Локхид F-104 Starfighter (первый полет в 1956 году) была его цпго (горизонтальное оперение поверхность) , установленный на вершине его вертикальное ребро для уменьшения инерции сцепления.
Рекомендации
- ^ Flightwise - Том 2, Стабильность и управление самолетом, Кристофер Карпентер 1997, Эйрлайф Паблишинг Лтд., ISBN 1 85310 870 7 , стр. 336
- ^ Стабильность и управление самолетом - второе издание, Abzug и Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6 , стр.109
- ^ Ричард Э. Дэй (1997). "Динамика сцепления в самолетах: историческая перспектива стр.2" (PDF) . Эдвардс, Калифорния: Центр летных исследований Драйдена . Проверено 10 декабря 2020 года .
- ^ Hurt, HH, младший (январь 1965 г.) [1960]. Аэродинамика для морских авиаторов . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США, Отдел авиационной подготовки. п. 315. НАВВЭПС 00-80Т-80.
- ^ Hurt, HH, младший (январь 1965 г.) [1960]. Аэродинамика для морских авиаторов . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США, Отдел авиационной подготовки. п. 315. НАВВЭПС 00-80Т-80.
- ^ «DTIC ADA170960: Школа летчиков-испытателей ВВС США. Учебник по летным качествам, том 2, часть 2» . Центр оборонной технической информации. 1 апреля 1986 г. с. 9.1 . Проверено 10 декабря 2020 года .
- ^ Стабильность и управление самолетом - второе издание, Abzug и Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6 , стр.109
- ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf стр.1
- ^ Hurt, HH, младший (январь 1965 г.) [1960]. Аэродинамика для морских авиаторов . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США, Отдел авиационной подготовки. п. 319. НАВВЭПС 00-80Т-80.
- ^ Hurt, HH, младший (январь 1965 г.) [1960]. Аэродинамика для морских авиаторов . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: ВМС США, Отдел авиационной подготовки. п. 316. НАВВЭПС 00-80Т-80.
- ^ а б Уильям Х. Филлипс (июнь 1948 г.). «Влияние устойчивого качения на продольную и направленную устойчивость» (PDF) . Национальный консультативный комитет по аэронавтике. п. 2 . Проверено 10 декабря 2020 года .
- ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf стр.8
- ^ Доктор Джеймс Янг. «История безумной поездки Чака Йегера на Bell X-1A» . chuckyeager.com . Проверено 8 февраля 2015 года .
- ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf стр.36
- ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf стр.39
- ^ Стабильность и управление самолетом - второе издание, Abzug и Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6 , стр.119