Летные качества

Летные качества — один из трех основных показателей в науке летных испытаний , который также включает характеристики и системы. ^[1] Летные качества включают изучение и оценку характеристик устойчивости и управляемости самолета. Они имеют решающее значение для безопасности полета и удобства управления самолетом в установившемся полете и при маневрах.

Отношение к стабильности

Чтобы понять дисциплину летных качеств, следует понять концепцию стабильности. Устойчивость можно определить только тогда, когда автомобиль находится в балансе; то есть на транспортное средство не действуют никакие несбалансированные силы или моменты, которые могли бы заставить его отклониться от устойчивого полета. Если такое состояние существует и если транспортное средство нарушено, под устойчивостью понимается тенденция транспортного средства вернуться в балансированное состояние. Если транспортное средство изначально имеет тенденцию возвращаться в балансированное состояние, его называют статически устойчивым. Если он продолжает приближаться к состоянию уравновешивания, не выходя за пределы, движение называется опусканием. Если движение приводит к тому, что автомобиль выходит за пределы триммированного состояния, он может раскачиваться вперед и назад. Если это колебание затухает, то движение называют затухающим колебанием, а транспортное средство называют динамически устойчивым. С другой стороны, если амплитуда движения увеличивается, говорят, что транспортное средство динамически неустойчиво.

Теория устойчивости самолетов была разработана Г.Х. Брайаном в Англии в 1904 году. Эта теория, по существу, эквивалентна теории, которую преподают сегодня студентам-аэронавтикам, и была выдающимся интеллектуальным достижением, учитывая, что в то время, когда Брайан разрабатывал эту теорию, он еще даже не имел слышал о первом полете братьев Райт. Из-за сложности теории и утомительных вычислений, необходимых для ее использования, конструкторы самолетов применяли ее редко. Очевидно, что для успешного полета беспилотные самолеты должны быть динамически стабильными. Самолет, на котором летали братья Райт, и большинство самолетов, летавших после него, не были устойчивыми, но методом проб и ошибок конструкторы разработали несколько самолетов, имевших удовлетворительные летные качества. Однако многие другие самолеты имели плохие летные качества, что иногда приводило к авариям.

Управляемость – это характеристики летательного аппарата, которые определяют легкость и точность, с которыми пилот может выполнять летные задачи. ^[2] Это включает в себя человеко-машинный интерфейс. То, как конкретные факторы транспортного средства влияют на летные качества, изучалось в авиации на протяжении десятилетий. ^[3] и эталонные стандарты летных качеств обоих самолетов. ^[4] и винтокрылые самолеты ^[5] были разработаны и в настоящее время широко используются. Эти стандарты определяют часть области проектирования динамики и управления, которая обеспечивает хорошие характеристики управляемости для данного типа транспортного средства и летной задачи.

Историческое развитие

Брайан показал, что характеристики устойчивости самолетов можно разделить на продольные и поперечные группы с соответствующими движениями, называемыми режимами движения. Эти режимы движения были либо апериодическими, что означает, что самолет плавно приближается к балансированному состоянию или отклоняется от него, либо колебательным, что означает, что самолет колеблется около балансированного состояния. Было показано, что продольные моды статически устойчивого самолета после возмущения состоят из долгопериодических колебаний, называемых фугоидными колебаниями, обычно с периодом в секундах, примерно равным одной четверти воздушной скорости в милях в час, и короткопериодических колебаний с периодом в секундах, равным примерно четверти воздушной скорости в милях в час. период всего несколько секунд. Боковое движение имело три режима движения: апериодический режим, называемый спиральным режимом, который мог представлять собой расхождение или опускание, сильно затухающий апериодический режим, называемый оседанием крена, и короткопериодические колебания, обычно плохо затухающие, называемые режимом голландского крена. .

Некоторые первые конструкторы самолетов пытались создать самолеты, которые были бы динамически устойчивыми, но было обнаружено, что требования к устойчивости противоречили требованиям, предъявляемым к удовлетворительным летным качествам. Между тем, не было никакой информации, которая могла бы помочь конструктору относительно того, какие характеристики следует использовать для обеспечения удовлетворительных летных качеств.

К 1930-м годам существовало общее мнение, что самолеты должны быть динамически устойчивыми, но некоторые авиационные инженеры начали осознавать конфликт между требованиями к устойчивости и летными качествами. Чтобы решить этот вопрос, Эдвард Уорнер, работавший консультантом компании Douglas Aircraft Company над проектированием DC-4, большого четырехмоторного транспортного самолета, предпринял первую в США попытку написать набор требований. на удовлетворительные летные качества. Доктор Уорнер, член главного комитета NACA , также поручил провести летное исследование для определения летных качеств самолета в соответствии с предложенными требованиями. Это исследование было проведено Хартли А. Соуле из Лэнгли. Отчет Суле , озаглавленный «Предварительное исследование летных качеств самолетов» , показал несколько областей, в которых предложенные требования нуждались в пересмотре, и показал необходимость дополнительных исследований других типов самолетов. ^[6] В результате Роберт Р. Гилрут начал программу с Мелвином Н. Гофом в качестве главного летчика-испытателя.

Оценка летных качеств

Методика изучения требований к летным качествам, использованная Гилрутом, заключалась в том, что сначала были установлены инструменты для регистрации соответствующих величин, таких как положения органов управления и силы, угловые скорости самолета, линейные ускорения, воздушная скорость и высота. Затем опытный летчик-испытатель выполнил программу заданных условий полета и маневров. После полета данные были расшифрованы из записей и результаты сопоставлены с мнением пилота. Сегодня этот подход можно было бы считать рутинным, но это был заметный оригинальный вклад Гилрута, который воспользовался преимуществами приборов регистрации полета, уже имеющихся в Лэнгли, и разнообразия самолетов, доступных для испытаний в сопоставимых условиях.

Важной величиной при измерении летных качеств в поворотах или подтягиваниях является изменение управляющей силы на ручке управления или руле при значении ускорения, нормальном к направлению полета, выраженном в единицах g. Эту величину обычно называют силой на г.

Отношение к космическому кораблю

Новое поколение космических кораблей, которые в настоящее время разрабатываются НАСА для замены космического корабля "Шаттл" и возвращения астронавтов на Луну, будет иметь возможность ручного управления для выполнения нескольких задач миссии, а легкость и точность, с которой пилоты смогут выполнять эти задачи, окажут важное влияние на производительность, риск миссии и затраты на обучение. ^{[ нужна ссылка ]} В настоящее время не существует эталонных стандартов летных качеств пилотируемых космических аппаратов.

См. также

Ссылки

^ Хамель, Питер (2017). Бортовые тренажеры и электродистанционные/световые демонстраторы: исторический отчет о международных авиационных исследованиях . Спрингер. п. 2. ISBN 978-3-319-53996-6 .
^ Купер, Дж. Э. и Харпер, Р. П., «Использование рейтинга пилота при оценке качеств управления самолетом», НАСА TN D-5153, апрель 1969 г.
^ Гилрут, Р.Р., «Требования к удовлетворительным летным качествам самолетов», NACA TR 755, 1943 г.
^ «Военный стандарт, летные качества пилотируемых самолетов», MIL-STD-1797, март 1987 г.
^ Стандарт авиационного проектирования, Технические характеристики: Требования к эксплуатационным качествам для военных вертолетов", ADS-33, май 1996 г.
^ Малкольм Дж. Абзуг; Э. Юджин Ларраби (2002). Устойчивость и управление самолетом: история технологий, сделавших авиацию возможной . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-80992-4 .

Внешние ссылки

Уильям Хьюитт Филлипс. «Летающие качества» . Путешествие в авиационные исследования: карьера в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли . Проверено 31 июля 2010 г.
Стабильность и управляемость самолета, Малкольм Л. Абзуг
Стенгель Р.Ф.: Динамика полета . Издательство Принстонского университета , 2004 г., ISBN 0-691-11407-2 .

[1] Хамель, Питер (2017). Бортовые тренажеры и электродистанционные/световые демонстраторы: исторический отчет о международных авиационных исследованиях . Спрингер. п. 2. ISBN 978-3-319-53996-6 .

[2] Купер, Дж. Э. и Харпер, Р. П., «Использование рейтинга пилота при оценке качеств управления самолетом», НАСА TN D-5153, апрель 1969 г.

[3] Гилрут, Р.Р., «Требования к удовлетворительным летным качествам самолетов», NACA TR 755, 1943 г.

[4] «Военный стандарт, летные качества пилотируемых самолетов», MIL-STD-1797, март 1987 г.

[5] Стандарт авиационного проектирования, Технические характеристики: Требования к эксплуатационным качествам для военных вертолетов", ADS-33, май 1996 г.

[6] Малкольм Дж. Абзуг; Э. Юджин Ларраби (2002). Устойчивость и управление самолетом: история технологий, сделавших авиацию возможной . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-80992-4 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]