Аэродинамический фокус. продольная устойчивость по перегрузке

В сбалансированном полёте на крыло действует подъёмная сила Y, сила веса G и балансировочная сила и момент стабилизатора.

Рис. 33.

При этом моменты сил от силы Y, и балансировочный момент стабилизатора от силы Уст. равны, но противоположны по знаку и взаимно уравновешивают друг друга. По этой причине ЛА находится в горизонтальном полёте.

При случайном увеличении a возникает неуравновешенная сила DY (дельта игрек), которая приложена в аэродинамическом фокусе крыла. На самом деле никакой дополнительной силы не возникает, а сила Y несколько смещается назад. Но в аэродинамике для удобства введено понятие аэродинамического фокуса, т.е. точки приложения приращения подъёмной силы.

рис. 34

Увеличение подъёмной силы вызовет увеличение перегрузки. Перегрузкой называется величина, обозначающая, во сколько раз сила, приложенная к телу, превышает массу этого тела. Перегрузку ещё называют ускорением.

В аэродинамике перегрузка, как и аэродинамическая сила R, раскладывается по осям координат и обозначается n_y (эн игрек) — вертикальная перегрузка, n_x (эн икс) — горизонтальная перегрузка, n_z — боковая перегрузка. В данном случае речь идёт о вертикальной перегрузке n_y.

Дальнейшее поведение ЛА будет зависеть от взаимного расположения фокуса и центра тяжести.

Если фокус расположен позади центра тяжести, то DY создаёт пикирующий момент, который превышает балансировочный момент стабилизатора и стремится уменьшить угол атаки, а следовательно, и перегрузку до исходной. ЛА с такой центровкой называется устойчивым по перегрузке.

Если фокус расположен впереди ЦТ, то DY создаёт дополнительный кабрирующий момент, который стремится ещё больше увеличить a и n_y (перегрузку). ЛА с такой центровкой называется неустойчивым по перегрузке.

Рис. 35.

Если фокус совпадает с центром тяжести, то DY не создаёт никакого момента и ЛА сохраняет полученную дополнительную перегрузку. Такая центровка называется нейтральной по перегрузке.

Таким образом, расположение фокуса позади центра тяжести является обязательным условием устойчивости ЛА по перегрузке.

Расстояние между нейтральной центровкой и фактической центровкой называется запасом центровки или запасом устойчивости ЛА по перегрузке.

При всех вариантах загрузки и заправки ЛА центровка должна находиться в допустимых пределах. ЛА должен всегда иметь минимальный запас центровки, ни при каких условиях нельзя допускать нейтральной или запредельно задней центровки. В авиации и по сей день происходят аварии и катастрофы из-за пренебрежения или незнания необходимости контроля центровки ЛА.

Каждый ЛА имеет свой диапазон допустимых центровок, он приводится в инструкциях экипажу и инженерно-техническому составу.

УСТОЙЧИВОСТЬ ПО СКОРОСТИ

Статической устойчивостью по скорости называется способность ЛА сохранять заданную скорость без вмешательства лётчика. Статическая устойчивость по скорости обеспечивается аэродинамической схемой и запасом центровки.

Рис. 36.

При случайном увеличении скорости увеличивается подъёмная сила на стабилизаторе, создаётся небольшой кабрирующий момент и ЛА, несколько увеличив a, начинает набирать высоту. Скорость снижается, момент стабилизатора возвращается к исходному и ЛА возвращается в исходный режим.

При снижении скорости подъёмная сила стабилизатора уменьшается, ЛА опускает нос и происходит разгон скорости. При достижении исходной скорости стабилизатор поднимает нос ЛА и восстанавливается исходный режим.

ПРОДОЛЬНАЯ УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Продольной управляемостью называется способность ЛА изменять a под действием руля высоты.

Управляя рулём высоты, лётчик управляет направлением и величиной подъёмной силы стабилизатора. Под действием этой силы ЛА может поворачиваться вокруг поперечной оси Z, изменяя тем самым угол атаки крыла.

Продольная управляемость сильно зависит от центровки ЛА, а также от площади руля высоты, стабилизатора и длины хвостовой части фюзеляжа.

При передней центровке ЛА более устойчив по перегрузке, и для создания требуемой перегрузки необходим больший расход руля высоты, и, наоборот, при предельно задней центровке устойчивость минимальна, и ЛА резко реагирует на малейшее отклонение руля высоты.