Подача вверх

В аэродинамике — кабрирование это неконтролируемое вращение самолета носом вверх. Это нежелательная характеристика, которая наблюдалась в основном у экспериментальных самолетов со стреловидным крылом при высоких дозвуковых числах Маха или больших углах атаки. ^{[ 1 ]}

История

Проблемы с кабрированием впервые были замечены на испытательных высокоскоростных самолетах со стреловидным крылом. Это была обычная проблема на Douglas Skyrocket , который широко использовался для проверки этой проблемы.

До того, как феномен тангажа был хорошо изучен, он преследовал все первые самолеты со стреловидным крылом. В F-100 Super Sabre он даже получил собственное название — танец Сабли. На самолетах с высокорасположенным хвостовым оперением, таких как F-101 Voodoo , восстановление было особенно трудным, поскольку во время кабрирования хвостовое оперение располагалось прямо в следе крыла, вызывая глубокое сваливание (хотя Т-образное хвостовое оперение предназначалось для предотвращения кабрирования). с самого начала). Развертывание тормозного парашюта и значительная высота над землей были необходимы для шанса на выздоровление.

Описание

Крылья создают распределение давления на своих верхних и нижних поверхностях, которое создает единую силу, действующую в точке, известной как « центр давления », или CoP, которая обычно расположена между ⅓ и ½ пути назад от передней кромки . Эта сила наклона вверх и назад заменяется эквивалентной парой сил, называемых подъемной силой и сопротивлением. Продольное положение, при котором действуют эти силы, и величина сил изменяются с углом атаки . Кроме того, для любого местоположения силы, кроме ЦП, существует изменяющийся момент тангажа. Эти изменения приводят к необходимости триммировать самолеты при изменении настроек скорости или мощности. ^{[ 2 ]}

Еще одним важным моментом при проектировании самолета является векторное сложение всех весовых показателей частей самолета, включая крыло. Это также можно свести к одному весовому члену, действующему в некоторой точке вдоль продольной оси самолета, « центра тяжести » или центра тяжести. Если крыло расположено так, что его центр тяжести находится рядом с центром тяжести самолета, в горизонтальном полете крыло поднимет самолет прямо вверх. Это уменьшает любые чистые силы, раскачивающие самолет вверх или вниз, но по ряду причин эти две точки обычно слегка разделены, и небольшое количество силы со стороны поверхностей управления полетом . для уравновешивания этого используется ^{[ 2 ]}

Такая же принципиальная схема желательна и для самолета со стреловидным крылом. На обычном прямоугольном крыле ЦД встречает самолет в точке хорды, выходящей непосредственно из корневой части. Хотя тот же анализ покажет центр точки давления для стреловидного крыла, его расположение может находиться значительно позади передней кромки, измеренной в основании крыла . Для сильно стреловидных форм в плане центр тяжести может находиться за задней кромкой корневой части крыла, что требует, чтобы крыло встречало самолет в, казалось бы, далеко вперед месте. ^{[ 3 ]}

В случае стреловидного крыла изменения CoP в зависимости от угла атаки могут быть увеличены. ^{[ 4 ]}

Внедрение стреловидных крыльев также произошло во время перехода к более коническим конструкциям. Хотя давно было известно, что эллиптическая форма в плане «идеальна» с точки зрения вынужденного сопротивления , также было замечено, что линейное сужение крыла имело почти тот же эффект, хотя и было легче. Исследования во время войны ^{[ 5 ]} привело к широкому использованию конусов, особенно в послевоенное время. Однако сразу было замечено, что такие конструкции имеют неблагоприятные характеристики сваливания; поскольку наконечники были более сильно нагружены при больших углах атаки, они работали ближе к точке срыва.

Хотя этот эффект был неблагоприятным для обычного самолета с прямым крылом, на самолете со стреловидным крылом он имел неожиданные и опасные результаты. При срыве законцовок на стреловидном крыле центр давления, средняя точка подъемной силы крыла в целом, смещается вперед. Это связано с тем, что секция, все еще создающая значительную подъемную силу, находится дальше вперед. Это вызывает дополнительную силу подъема носа, увеличивая угол атаки и вызывая срыв большей части носовой части. Это может привести к цепной реакции, которая приведет к резкому качке самолета вверх.

Этот эффект впервые был замечен на самолете Douglas D-558-2 Skyrocket в августе 1949 года, когда разворот с 0,6 G внезапно вышел из-под контроля до 6 G. Это не было совсем уж удивительным; эффект уже наблюдался ранее при моделировании в аэродинамической трубе . ^{[ 4 ]} Эти эффекты можно увидеть на любой скорости; у Skyrocket они возникали в основном на околозвуковой скорости (критерии Вейла-Грея), но с более стреловидными и сужающимися формами в плане, как на North American F-100 Super Sabre , эффект был обычным явлением и на низких скоростях (критерий Ферлонга-МакХью). граница), когда самолет летел на больших углах атаки, чтобы сохранить подъемную силу на малых скоростях. ^{[ 6 ]}

Кроме того, стреловидные крылья имеют тенденцию создавать поток пограничного слоя по размаху , заставляя часть воздушного потока перемещаться «вбок» вдоль крыла. Это происходит по всему крылу, но по мере движения к кончику боковой поток увеличивается, поскольку он включает в себя как вклад крыла в этой точке, так и поток по размаху от точек, расположенных ближе к основанию. Для развития этого эффекта требуется время: на более высоких скоростях поток по размаху имеет тенденцию сдуваться с задней части крыла, прежде чем он успеет стать серьезным. Однако на более низких скоростях это может привести к значительному нарастанию пограничного слоя на законцовке крыла, что усугубляет проблемы, отмеченные выше. ^{[ 7 ]}

Наконец, хотя это и не было напрямую связано с вышеописанными эффектами, в раннюю эпоху реактивных самолетов было обычным явлением использовать Т-образное хвостовое оперение, чтобы аэродинамические поверхности оставались на достаточном расстоянии от зоны реактивного двигателя. В этом случае при кабрировании возможно, что турбулентный воздух за крылом будет течь через горизонтальный стабилизатор, что затруднит или сделает невозможным применение давления при опускании пикирования для противодействия кабрированию. Самолеты с низко расположенным хвостовым оперением не пострадали от этого эффекта и фактически улучшили свои возможности управления, поскольку след от крыла выходил за поверхности управления, протекая над ним. Однако этого не всегда было достаточно для устранения проблемы; F-86 продолжал страдать от крена, несмотря на возрастающее давление на нос со стороны хвостового оперения. ^{[ 8 ]}

смягчение последствий

Поскольку основные причины проблемы тангажа связаны с потоком по размаху и большей нагрузкой на законцовках, меры по решению этих проблем могут устранить проблему. В ранних конструкциях они обычно представляли собой «дополнения» к традиционной форме крыла в плане, но в современных конструкциях это часть общей конструкции крыла и обычно управляется с помощью существующих устройств механизации .

Первая известная попытка решить эти проблемы была предпринята на платформе Douglas Skyrocket, где они были впервые замечены. Это приняло форму ряда генераторов вихрей , добавленных к внешним частям крыла, разрушающих пограничный слой. Однако на практике это практически не имело никакого эффекта. Тем не менее, подобное решение было опробовано на Boeing B-47 Stratojet , где оно оказалось значительно более эффективным. Возможно, этому способствовало наличие гондоловых двигателей , чьи вертикальные опоры служили барьерами для потока.

Более распространенным решением проблемы потока по размаху является использование ограждения крыла или соответствующей выемки в виде зубца на передней кромке крыла. Это нарушает поток и перенаправляет его назад, а также вызывает скопление застоявшегося воздуха внутри борта, что приводит к снижению точки сваливания. Это действительно влияет на общий поток воздуха на крыле и обычно не используется при небольшой стреловидности.

Для решения проблем с нагрузкой по размаху использовался более широкий спектр методов, включая специальные предкрылки или закрылки, использование размыва или автоматического управления элеронами . Необычное решение, опробованное на прототипе истребителя XF-91 Thunderceptor, заключалось в том, чтобы придать законцовкам крыла более широкую хорду , чем основания крыла. Идея заключалась в том, чтобы повысить эффективность законцовок крыла и заставить корни крыла сваливаться в первую очередь.

Датчики угла атаки на самолете также могут определять, когда угол атаки приближается к положению, которое, как известно, приводит к тангажу, и активировать такие устройства, как шейкер ручки, чтобы предупредить пилота, и толкатель ручки, который подавляет пилота и заставляет нос самолет опустился на более безопасный угол атаки. Поворот или размытие законцовок крыла также могут уменьшить крен. Фактически, угол атаки на законцовке крыла становится меньше, чем в других частях крыла, а это означает, что внутренние части крыла сваливаются первыми.

Обычно используемым решением по тангажу в современных боевых самолетах является использование утки управления . ^{[ 9 ]} Еще одно современное решение тангажа — использование планок. Когда предкрылки выдвинуты, они увеличивают развал крыла и увеличивают максимальный коэффициент подъемной силы . ^{[ 10 ]}

Повышение тангажа также возможно на самолетах с крыльями прямой стреловидности , используемых на Grumman X-29 . У крыльев с прямой стреловидностью поток по размаху направлен внутрь, что приводит к срыву корневой части крыла раньше законцовки крыла. Хотя на первый взгляд может показаться, что это приведет к проблемам с понижением тангажа , крайняя задняя установка крыла означает, что при срыве корня подъемная сила движется вперед, к законцовкам.

Танец с саблей

Когда стреловидное крыло начинает срываться, в первую очередь имеют тенденцию срываться самые крайние части. Поскольку эти части находятся позади центра давления , общая подъемная сила движется вперед, наклоняя нос самолета вверх. Это приводит к увеличению угла атаки и вызывает сваливание большей части крыла, что усугубляет проблему. Пилот часто теряет управление, что приводит к летальному исходу на малой высоте, поскольку у пилота не было достаточно времени, чтобы восстановить управление или катапультироваться до падения на землю. Из-за этого явления погибло большое количество самолетов во время приземления, в результате чего самолеты упали на взлетно-посадочную полосу, часто с возгоранием.

Одним из самых громких инцидентов стала потеря F-100C-20-NA Super Sabre 54-1907 и его пилота во время попытки вынужденной посадки на авиабазе Эдвардс , штат Калифорния , 10 января 1956 года. По случайности именно этот инцидент был зафиксирован в Подробности на 16-миллиметровой пленке , снятые камерами, установленными для съемки несвязанного испытания. Пилот отчаянно пытался восстановить управление из-за неправильной техники приземления. ^{[ 11 ]} наконец, перекатился и отклонился вправо, прежде чем удариться о землю, когда фюзеляж повернулся примерно на 90 градусов к линии полета. Андерсон, 1993 г. ^{[ 12 ]} заявляет, что F-100 был заметно недостаточной мощности для своего времени и имел очень выраженные «обратные» тенденции, если воздушной скорости позволяли слишком сильно снижаться.

На совершенно новом F-100C пилотировал лейтенант Барти Р. Брукс, уроженец Марты, штат Оклахома , и выпускник техасского A&M , 1708-го перегонного крыла, отряд 12, авиабаза Келли , штат Техас . Самолет был одним из трех, доставленных с североамериканского завода в Палмдейле на авиабазу Джордж в Калифорнии, но шарнирный штифт носовой стойки ослаб, позволяя колесу поворачиваться в произвольном порядке, поэтому он направился в Эдвардс, у которого была более длинная взлетно-посадочная полоса. ^{[ 13 ]} При заходе на посадку на большом угле атаки истребитель превысил диапазон полета и слишком далеко вошел в состояние сваливания, потеряв управление по курсу, что привело к фатальным последствиям. Эти сцены были вставлены в фильм « Охотники в главных ролях » с Робертом Митчумом и Робертом Вагнером , в фильм «Х-15» с актером Чарльзом Бронсоном в роли пилота и в снятый для телевидения фильм «Красный флаг: Последняя игра» , хотя в «Охотниках» и «Охотники» в Red Flag: The Ultimate Game предположительно представленными самолетами были соответственно F-86 и F-5E . ^{[ 14 ]} Этот инцидент также был отмечен в песне летчиков-истребителей «Give Me Operations» (на мелодию песни «Как тебя звали в Штатах» времен «Золотой лихорадки Калифорнии»?): ^{[ 15 ]}

«Не дай мне раз-два-ох

Для борьбы с дружественным или врагом

Этот старый танец с саблями

Заставил меня обосраться в штанах

Не говори мне «Один-Двойной-Ой». ^{[ 13 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

См. также

Ссылки и примечания

^ https://archive.org/details/TheCambridgeAerospaceDictionary/mode/2up/search/cambridge+aerospace+dictionary+gunston?q=cambridge+aerospace+dictionary+gunston ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Перейти обратно: ^а ^б Ион Параскивою, «Дозвуковая аэродинамика» , Presses inter Polytechnique, 2003, §1.9
^ Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 179
^ Перейти обратно: ^а ^б Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 177
^ Истман Джейкобс, «Конические крылья, срыв кончиков и предварительные результаты испытаний закрылка системы сваливания» , NACA, 13 мая 1947 г.
^ Кеннет Шприманн, «Руководство по проектированию для оценки и исследования кабрирования на высоких дозвуковых скоростях возможных ограничений из-за изменений удлинения крыла» ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}, НАСА™ Х-26, 1959, с. 5
^ Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стабильность и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 174
^ Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 178
^ Реймер, Дэниел П. (1989), Проектирование самолетов: концептуальный подход , Раздел 4.5 — Геометрия и расположение хвостового оперения. Американский институт аэронавтики и астронавтики, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN 0-930403-51-7
^ Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Раздел 6.9
^ "Авторизоваться" .
^ «Проектирование управления полетом – лучшие практики» (PDF) . п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2013 г. Проверено 4 ноября 2017 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Смертельный танец с саблями
^ Танец с саблями
^ Айвз, Берл, «Сборник песен Берла Айвза», Ballantine Books, Inc., Нью-Йорк, ноябрь 1953 г., стр. 240.
^ madcat.org тексты песен: КАК ВАШЕ ИМЯ В ШТАТАХ
^ The Unhymnal — Неофициальный песенник групп Университета Клемсона , редакция около 1967 года, Университет Клемсона, Клемсон , Южная Каролина .

Библиография

Лофтин, Л.К. младший «В поисках производительности: эволюция современных самолетов. НАСА SP-468» . Проверено 22 апреля 2006 г.
Смертельный танец с саблями , дата обращения 24 ноября 2011 г.

[1] ttps://archive.org/details/TheCambridgeAerospaceDictionary/mode/2up/search/cambridge+aerospace+dictionary+gunston?q=cambridge+aerospace+dictionary+gunston ^{[ мертвая ссылка ]}

[ion-2] Перейти обратно: ^а ^б Ион Параскивою, «Дозвуковая аэродинамика» , Presses inter Polytechnique, 2003, §1.9

[3] Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 179

[stability-4] Перейти обратно: ^а ^б Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 177

[5] Истман Джейкобс, «Конические крылья, срыв кончиков и предварительные результаты испытаний закрылка системы сваливания» , NACA, 13 мая 1947 г.

[nasa-6] Кеннет Шприманн, «Руководство по проектированию для оценки и исследования кабрирования на высоких дозвуковых скоростях возможных ограничений из-за изменений удлинения крыла» ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}, НАСА™ Х-26, 1959, с. 5

[7] Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стабильность и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 174

[8] Малкольм Абзуг и Юджин Ларраби, «Стойкость и управление самолетом», Cambridge University Press, 2005, стр. 178

[9] Реймер, Дэниел П. (1989), Проектирование самолетов: концептуальный подход , Раздел 4.5 — Геометрия и расположение хвостового оперения. Американский институт аэронавтики и астронавтики, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN 0-930403-51-7

[10] Клэнси, LJ (1975), Аэродинамика , Раздел 6.9

[11] "Авторизоваться" .

[12] «Проектирование управления полетом – лучшие практики» (PDF) . п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2013 г. Проверено 4 ноября 2017 г.

[historynet.com-13] Перейти обратно: ^а ^б Смертельный танец с саблями

[14] Танец с саблями

[15] Айвз, Берл, «Сборник песен Берла Айвза», Ballantine Books, Inc., Нью-Йорк, ноябрь 1953 г., стр. 240.

[16] t.org тексты песен: КАК ВАШЕ ИМЯ В ШТАТАХ

[17] The Unhymnal — Неофициальный песенник групп Университета Клемсона , редакция около 1967 года, Университет Клемсона, Клемсон , Южная Каролина .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]