Поперечная и путевая устойчивость

Поперечной устойчивостью называется способность ЛА самостоятельно выходить из образовавшегося крена.

Поперечная устойчивость обеспечивается положительным V крыла и расположением бокового фокуса ЛА выше центра тяжести. При случайном накренении самолёта опущенное крыло устанавливается почти горизонтально, и подъёмная сила на нём увеличивается, а поднятое крыло добавляет к углу крена ещё и угол y — угол поперечного V крыла. Подъёмная сила на нём уменьшается, и возникает восстанавливающий момент m_xy, который стремится убрать крен.

Рис. 37

Также при случайном накренении ЛА наклоняется и Y подъёмная сила, которая раскладывается на боковую силу Z и вертикальную составляющую Ycos g.

Из-за наличия боковой силы Z ЛА начинает двигаться в сторону опущенного крыла, т.е. появляется угол скольжения, набегающий поток начинает обтекать ЛА как бы немного сбоку и начинает воздейcтвовать на боковую поверхность ЛА.

Рис. 38.

Боковая поверхность ЛА тоже имеет свой аэродинамический фокус — точку, в которой прикладывается боковая сила, равнодействующая всех боковых сил, воздействующих на ЛА, Как мы видим, из-за большой площади киля боковой фокус находится позади и выше ЦТ.. Боковая аэродинамическая сила, воздействуя на точку F фокуса, стремится повернуть ЛА вокруг продольной оси X (убрать крен) и вокруг вертикальной оси Y (убрать скольжение).

Из этого следует, что поперечная и путевая устойчивость обеспечивается в основном расположением бокового аэродинамического фокуса позади и выше центра тяжести ЛА. Это обеспечивается в основном подъёмом и площадью вертикального оперения.

ПОПЕРЕЧНАЯ И ПУТЕВАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Поперечная и путевая управляемость обеспечивается достаточной площадью, углами отклонений и расположением рулей, элеронов и руля направления. Эти параметры подбираются при проектировании ЛА из расчёта удовлетворительной управляемости на эксплуатационных режимах. Однако на критических режимах полета, например, при сваливании, поперечная и путевая управляемость, как впрочем и продольная, могут сильно ухудшаться вплоть до полной потери управляемости. Это вызвано, как правило, обтеканием оперения и крыла на a, намного превышающих a_кр, а также «затенением» оперения фюзеляжем или крылом.

ВИРАЖ (СПИРАЛЬ).

рис. 39.Схема сил на вираже.

Вираж – это разворот в горизонтальной плоскости на 360^о.

Спираль — это тоже разворот, только с потерей или набором высоты.

Вираж или разворот при помощи создания крена g (гамма) едва ли не самый важный и распространённый маневр ЛА. Каждый полёт, если это не подлёт по прямой, включает в себя выполнение разворотов. Поэтому очень важно понять физический смысл выполнения разворота.

При выполнении разворота лётчик создает крен, несколько берет штурвал на себя, одновременно увеличивая тягу двигателя, и небольшим движением педалей несколько поворачивает руль направления в сторону разворота. Если полёт происходит на планере или на самолёте с задросселированным двигателем или выключенным двигателем, то вместо увеличения тяги лётчик несколько увеличивает угол планирования.

Такой порядок действий у натренированного пилота отточен до автоматизма и не изменяется от типа ЛА, будь то планер или стратегический бомбардировщик Ту-160.

Попробуем рассмотреть, почему происходит так, а не как-нибудь иначе.

При создании крена g подъемная сила Y раскладывается на две составляющие Ycosg и Ysing, при этом первая Ycosg— должна компенсировать вес ЛА, а вторая Ysing —искривлять траекторию в горизонтальной плоскости. Для того, чтобы не допустить снижения ЛА, необходимо увеличить подъёмную силу Y настолько, чтобы составляющая Ycosg была равна весу. То есть при вводе в крен летчик несколько увеличивает угол атаки a, а для компенсации возросшего лобового сопротивления увеличивает тягу двигателя или увеличивает угол планирования. Рулём направления пилот компенсирует первоначальный момент скольжения при создании крена.

При кажущейся простоте этот маневр таит в себе неприятные моменты, которые нужно знать и умело их обходить.

Первое и самое главное.

С увеличением угла крена необходимо увеличивать подъёмную силу, то есть перегрузку, а это ведет к резкому увеличению лобового сопротивления. Это самое лобовое сопротивление нужно компенсировать тягой двигателя или увеличением угла планирования. Например, при крене g=30^о, перегрузка n_y=1,15, при этом крене требуется сравнительно небольшое увеличение тяги или угла планирования.

При g=45^о n_y=1,43 — это уже значительный прирост перегрузки, и он требует внушительного увеличения тяги.

При g=60^о n_y=2 — это уже большой прирост перегрузки, и он требует увеличения тяги более, чем вдвое по сравнению с горизонтальным полётом, а при полёте на планировании перехода на пикирование с углом более 15^о.

рис.40

Перегрузка в развороте изменяется в зависимости от угла крена g по закону косинуса.

n_y разворота = .

Графически это выглядит так:

рис.41

g, о

ny 1,16 1,43 2,0

На практике нужно соизмерять энергетические возможности ЛА с желанием «залудить» крутой вираж или разворот.

Ввод в разворот с большим креном и малым запасом тяги приводит к резкому торможению, выходу на a критический и сваливанию, что на малой высоте ведет к столкновению с землей.

Такие манёвры еще более опасны на легких самодельных ЛА, имеющих малую массу и небольшой запас тяги: падение скорости в крутом развороте на них происходит ещё быстрее и обычно происходит в течение 1 — 2 секунд.

Существует предельный крен, при котором ЛА может выполнять разворот в горизонтальной плоскости, обусловленный максимальной тягой, которую может развить силовая установка ЛА. Разворот с таким креном называется предельным по тяге. Разворот с большим креном неминуемо вызовет падение скорости.

Второй момент, характерный для пилотов-любителей. Не вдаваясь в подробности аэродинамики и посмотрев какой-нибудь художественный фильм про лётчиков, у некоторых возникает безудержное желание зафентилить крутой вираж на глазах изумленной публики. Такой товарищ, взлетев на ЛА, создает энергичный крен, но не зная, что для поддержания горизонтального полета следует увеличить перегрузку и тягу, этого не делает и к собственному искреннему сожалению наблюдает, как его самолётик начинает скользить на крыло и сталкиваться с землей. Часто это удивление бывает последней яркой эмоцией в его жизни.

СКОЛЬЖЕНИЕ

Манёвр «скольжение» (не путать с углом скольжения b) применяется, когда необходимо резко снизить высоту полёта, при этом не допуская разгона скорости. Это бывает жизненно необходимо при аварийной посадке. Например, у вас заглох двигатель или вы вдали от аэродрома не сумев выпарить приняли решение произвести посадку, но у вас ещё большой запас высоты. Если пытаться спланировать на выбранную площадку, то угол планирования будет велик, при подходе к земле скорость вырастет до больших значений, и посадка будет напоминать парковку вдоль бордюра между двух стоящих рядом автомобилей на скорости 90 км/ч.

рис.42

Для выполнения скольжения необходимо создать крен 15 — 30^о в любую удобную для вас сторону, не создавая дополнительной перегрузки. Самолет, повинуясь закону собственной путевой и поперечной устойчивости, будет стремиться развернуться в сторону созданного вами крена, но вам это совсем не нужно, поэтому педалями, повернув руль направления в противоположную крену сторону, удерживайте ЛА на прямолинейной траектории, при этом, увеличив угол снижения, поддерживайте нормальную скорость. ЛА начинает лететь как бы боком по крутой нисходящей траектории без разгона скорости. При этом остаётся легко управляемым. Направление снижения можно корректировать изменением крена или уменьшением угла отклонения педалей. При выполнении скольжения также необходимо следить за скоростью и не допускать её падения ниже V_нв+10…15 км/ч.