Стабилизатор (аэронавтика)
Стабилизатор самолета - это аэродинамическая поверхность, обычно включающая одну или несколько подвижных контрольных поверхностей , [ 1 ] [ 2 ] Это обеспечивает продольную (шаг) и/или направленную (рыскание) стабильность и контроль. Стабилизатор может иметь фиксированную или регулируемую структуру, на которой шарнируют любые подвижные поверхности управления, или сама по себе может быть полностью подвижной поверхностью, такой как стабилатор . В зависимости от контекста «стабилизатор» может иногда описывать только переднюю часть общей поверхности.
В обычной конфигурации самолетов отдельные вертикальные (FIN) и горизонтальные ( хвостовые ) стабилизаторы образуют эмпеннаж , расположенный на хвосте самолета. Другие меры Empennage, такие как конфигурация V-хвоста , стабилизаторы функций, которые способствуют комбинации продольной и направленной стабилизации и контроля.
Продольная стабильность и контроль могут быть получены с помощью других конфигураций крыла, включая Canard , Tandem Wing и самолеты Hailless .
Некоторые типы самолетов стабилизируются с помощью электронного управления полетом ; В этом случае фиксированные и подвижные поверхности, расположенные в любом месте вдоль самолета, могут служить амортизаторами или стабилизаторами активного движения.
Горизонтальные стабилизаторы
[ редактировать ]
Горизонтальный стабилизатор используется для поддержания самолета в продольном балансе или отделке : [ 3 ] Он оказывает вертикальную силу на расстоянии, поэтому суммирование моментов высоты о центре гравитации равно нулю. [ 4 ] Вертикальная сила, оказываемая стабилизатором, варьируется в зависимости от условий полета, в частности в зависимости от коэффициента подъема самолета и отклонения крыльев , которые влияют на положение центра давления , так и с положением центра тяжести авиационного суда (который изменяется с самолетом нагрузка и расход топлива). Трансконный рейс предъявляет особые требования на горизонтальные стабилизаторы; Когда локальная скорость воздуха над крылом достигает скорости звука, возникает внезапное движение кормовой части центра давления .
Другая роль горизонтального стабилизатора заключается в обеспечении продольной статической статической устойчивости . Стабильность может быть определена только тогда, когда транспортное средство находится в отделке; [ 5 ] Это относится к тенденции самолета возвращаться в обрезанное состояние, если оно нарушено. [ 6 ] Это поддерживает постоянное отношение самолета с неизменным углом шага по сравнению с воздушным потоком, без активного ввода от пилота. Обеспечение статической устойчивости самолета с обычным крылом требует, чтобы центр тяжести самолет был впереди центра давления, поэтому стабилизатор, расположенный в задней части самолета, будет производить подъем в направлении вниз.
Лифт ; служит для управления осью шага В случае полностью подвижного хвоста вся сборка действует как контрольная поверхность.
Взаимодействие крыла-стабилизатора
[ редактировать ]Впрыскивание и промывка, связанные с генерацией подъема, являются источником аэродинамического взаимодействия между крылом и стабилизатором, что приводит к изменению эффективного угла атаки для каждой поверхности. Влияние крыла на хвост гораздо более значительнее, чем противоположный эффект, и может быть смоделировано с использованием теории подъемной линии Prandtl ; Тем не менее, точная оценка взаимодействия между несколькими поверхностями требует компьютерного моделирования или на аэродинамической трубы . тестов [ 7 ]
Горизонтальные конфигурации стабилизатора
[ редактировать ]Обычный хвостовой самолет
[ редактировать ]
В обычной конфигурации горизонтальный стабилизатор представляет собой небольшой горизонтальный хвост или хвостовой самолет, расположенный к задней части самолета. Это самая распространенная конфигурация.
На многих самолетах сборка хвостовой платы состоит из фиксированной поверхности, установленной на шарнирной поверхности лифта . Вкладки TRIM могут использоваться для облегчения пилотных сил ввода. В качестве альтернативы, некоторые легкие самолеты, такие как Piper PA-24 Comanche и Piper Pa-28 Cherokee, имеют всежие, стабилизатор, известный как стабилятор , без отдельного лифта. Стабиляторы также встречаются во многих сверхзвуковых самолетах, где отдельный контроль лифта может вызвать неприемлемое сопротивление. [ 8 ]
Большинство авиалайнеров и транспортных самолетов имеют большую медленную триммиручную хвостовую плоскость , которая сочетается с независимыми лифтами. Лифты контролируются пилотом или автопилотом и в первую очередь служат для изменения отношения самолета, в то время как вся сборка используется для обрезки (поддержание горизонтального статического равновесия) и стабилизации самолета на оси шага. В Boeing 737 регулируемая система обрезки стабилизатора питается электрически управляемым гонщиком . [ 9 ]
Варианты на обычной конфигурации включают в себя T-хвост , крестообразный хвост , двойной хвост и хвост с двойным бумом .
Трехпородные самолеты
[ редактировать ]
Трехповерхностные самолеты, такие как Piaggio P.180 Avanti или The Scaled Composites Triumph и Catbird , хвостовая плана является стабилизатором, как и в обычных самолетах; Фронт -санкция, вызванная долюневым или каналом, обеспечивает подъем и служит балансирующей поверхностью.
Некоторые ранние трехповерхностные самолеты, такие как Curtiss AEA June Bug или Voisin 1907 Biplane , были обычной компоновкой с дополнительной поверхностью управления передним шагом, которая называлась «лифт» или иногда «стабилизатор». [ 10 ] Не имея лифтов, хвосты этих самолетов не были тем, что сейчас называют обычными стабилизаторами. Например, Voisin представлял собой макет с тандемой (главное крыло и заднее крыло) с долюслом, который не стабилизировал и не поднимал в основном; Это называлось « équilibreur » («балансировщик»), [ 11 ] и используется в качестве контроля шага и обрезки поверхности.
Канард самолеты
[ редактировать ]
В конфигурации Canard небольшое крыло или долюснуе расположено перед главным крылом. Некоторые авторы называют это стабилизатором [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] или дать только долюду только стабилизирующую роль, [ 16 ] Хотя что касается стабильности высоты тона , долюсен обычно описывается как дестабилизирующая поверхность, [ 17 ] Главное крыло обеспечивает стабилизирующий момент в поле. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
В естественном нестабильном самолете поверхности Canard могут использоваться в качестве активной части системы искусственной стабильности и иногда называются горизонтальными стабилизаторами. [ 21 ]
Самолет
[ редактировать ]
В самолетах хрусталиста не хватает отдельного горизонтального стабилизатора. В самолете хрустящей полосы горизонтальной стабилизирующей поверхности является частью главного крыла. [ 22 ] [ 23 ] Продольная стабильность в самолете хрустящей полости достигается путем проектирования самолета, так что его аэродинамический центр находится позади центра тяжести. Обычно это делается путем изменения конструкции крыла, например, путем изменения угла падения в направлении промывки ( вымывание крыла или поворот ) или с использованием рефлекторных аэродинамических профилей Camber .
Вертикальные стабилизаторы
[ редактировать ]Вертикальный стабилизатор обеспечивает стабильность направленного (или рыскания ) и обычно содержит фиксированный плавник , а подвижный управляющий руль, расположенный на заднем крае. [ 24 ] Реже, нет шарнира, и вся поверхность плавника разворачивается как для стабильности, так и для контроля. [ 25 ]
Когда самолет сталкивается с горизонтальным порывом ветра, стабильность рыскания приводит к превращению самолета в ветер, а не поворачивается в одном и том же направлении. [ 26 ]
Геометрия фюзеляжа, гонщики двигателя и вращающиеся пропеллеры все влияют на боковую статическую статическую статическую статическую статическую статическую статику и влияют на необходимый размер стабилизатора. [ 27 ]
Не все самолеты имеют вертикальный стабилизатор. Вместо этого крыло и диэдры могут обеспечить одинаковую степень стабильности направления, в то время как управление направлением часто подвергается добавлению сопротивления на стороне самолета, к которому можно повернуть самолет, либо в виде спойлеров, либо разделенных элеронов.
Стабилизация и контроль направленной полосы движения
[ редактировать ]Хотя использование вертикального стабилизатора является наиболее распространенным, можно получить стабильность направления без дискретного вертикального стабилизатора. Это происходит, когда крыло охвачено , а в некоторых случаях, например, на крыле Рогалло , часто используемое для подвесных планеров , означает, что плавник не требуется.
- Стабилизация. Когда в рыхле вращается подхваченное крыло, развертка наружного крыла уменьшается, поэтому увеличивается сопротивление, в то время как внутреннее развертывание крыла увеличивается, уменьшая сопротивление. Это изменение в распределении сопротивления создает восстановительный момент.
- Контроль. Способ управления рысканием - использовать дифференциальное воздушное торможение, чтобы напрямую повлиять на сопротивление. Этот метод подходит для электронных управления полетом , как и на летающем крыле Northrop Grumman B-2 . [ 28 ]
Комбинированные продольные - посвященные стабилизаторы
[ редактировать ]
На некоторых самолетах горизонтальные и вертикальные стабилизаторы объединяются в паре поверхностей с названием V-Tail . В этом расположении два стабилизатора (плавники и руля) монтируются на расстоянии 90–120 ° друг от друга, [ Примечание 1 ] придавая большую горизонтальную проектируемую площадь, чем вертикальную, как в большинстве обычных хвостов. Затем движущиеся поверхности управления называются Ruddervators . [ 29 ] [ Примечание 2 ] Таким образом, V-хвост действует как рыскание, так и стабилизатор шага.
Хотя может показаться, что конфигурация V-хвоста может привести к значительному снижению областей смачиваемой хвоста , она страдает от увеличения сложности контроля-актуации, [ 29 ] а также сложное и вредное аэродинамическое взаимодействие между двумя поверхностями. [ 30 ] Это часто приводит к увеличению общей площади, которая уменьшает или отрицает первоначальную выгоду. [ 29 ] Легкий самолет Bechcraft Bonanza изначально был разработан с V-хвостом.
Другие объединенные макеты существуют. Генеральный атмосфера Atomics MQ-1 Hepator Unlanced самолет имеет инвертированный V-хвост . Поверхности хвоста Lockheed XFV можно было описать как V-хвост с поверхностями, которые простирались через фюзеляж до противоположной стороны. У фаната Learavia Lear был Y-хвост . Все расположения двух двойных хвостов с диэдрическим углом хвоста обеспечат комбинацию продольной и направленной стабилизации.
Примечания
[ редактировать ]- ^ F-117 Nighthawk , 90 ° -фуга Магистер , 105 ° -Beech Bonanza , 116 °
- ^ Порманто руля и лифта
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Empennage - D. Stinton Проектирование самолета , продольная стабильность - динамический подъемник Hoerner - Илан -кроо, дизайн самолета . В соображениях стабильности (размер хвоста, площадь хвоста, коэффициент объема стабилизатора) авторы всегда имеют дело со всем устройством, которое включает лифты. «Горизонтальный хвост» или «хвостовые» термины обычно используются вместо «стабилизатора».
- ^ Роскам, Ян (2002). Дизайн самолета: Pt. 3 Лоуренс: Даркурпорация. п. 287. ISBN 1-884885-56-x Полем Получено 30 июля 2015 года .
- ^ Daroll Stinton, дизайн самолета , «Продольный баланс (TRIM)».
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.1 Основы статического равновесия и стабильности». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. п. 377. ISBN 978-0-470-53975-0 Полем
Когда элементы управления устанавливаются так, что результирующие силы и моменты о центре тяжести были нулевыми, самолет, как говорят, находится в отделке , что просто означает статическое равновесие
- ^ WH Phillips, карьера в исследовательском центре НАСА Лэнгли , глава 4, Летающие качества
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4,2 стабильности шага изгенерированного крыла». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. п. 381. ISBN 978-0-470-53975-0 Полем
Чтобы самолет был статически стабильным в вращении, любые нарушения в ролике, высоте или рыскании должны привести к производству восстановительного момента, который вернет самолет в исходное состояние равновесия.
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.3 Упрощенный анализ стабильности шага для комбинации крыла». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. п. 391. ISBN 978-0-470-53975-0 .
- ^ Абзуг, Малкольм Дж.; Ларраби, Э. Юджин (23 сентября 2002 г.). Стабильность и контроль самолета: история технологий, которые сделали возможной авиации . Издательство Кембриджского университета. п. 78. ISBN 978-1-107-32019-2 Полем Получено 17 октября 2022 года .
Всеобъемлющие поверхности хвоста стали интересными ... когда теория высоких чисел Маха и тесты на трансон-туннель раскрывали плохую производительность обычных контролей типа лоскута.
- ^ Федеральный реестр . Управление Федерального реестра, Национальная служба архивов и записей, Администрация общих услуг. Июль 1978 г. с. 32404 . Получено 18 октября 2022 года .
- ^ Герард Хартманн (12 мая 2003 г.), «Les Hydros Farman» (PDF) , французский авиационный и технические файлы ,
передний стабилизатор будет удален в течение года («передний стабилизатор будет удален в течение года»)
- ^ Габриэль Войзин, мой 10 000 воздушных змеев (мои 10 000 воздушных змеев), стр. 166: «И я собирался застрелить моего балансировщика ... затем он нарезал своего балансировщика к восхождению».
- ^ Гарнисон, P; « Компания Три »; Полет 129 (12), декабрь 2002 г., с.85-86: «Стабилизатор спереди» ... »Это функция стабилизатора. Если он находится сзади, он обычно толкает вниз, и если он спереди. он поднимается вверх ".
- ^ Benson, T (Ed): «Запчасти и функции самолета» , Руководство для начинающих по аэронавтике , Исследовательский центр НАСА Гленн,
на первом самолете брата Райта, горизонтальный стабилизатор был помещен перед крыльями.
- ^ Патент США 6064923 А , самолеты с пониженной нагрузкой крыла : «... передний стабилизатор, обычно известный как стабилизатор Канарда».
- ^ «Части самолета» , «Руководство по аэронавтике» , исследовательский центр НАСА Гленн.
- ^ Горизонтальный стабилизатор - лифт , НАСА,
На некоторых самолетах стабильность и контроль высоты даты обеспечиваются горизонтальной поверхностью, расположенной вперед в центре гравитации
- ^ Например, в Air International, май 1999, с.311, Hoerner and Borst, Fluid Dynamic Lift , стр. 11-29 и стр. 11-33 Delta Canard , NASA TM 88354, Взгляд на качества конфигураций Canard , с. 14 и Кунду, дизайн самолетов , стр. 92,
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.6 Упрощенный анализ стабильности шага для комбинации крыльев». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. п. 425. ISBN 978-0-470-53975-0 Полем
… Это главное крыло, а не канад, который обеспечивает стабильность для конфигурации крыла.
- ^ AIAA/AHS/ASEE Design, Системные и Операционные собрания: ... - Том 2 - стр. 309, «Результаты момента подачи показывают стабилизирующий эффект крыла и дестабилизирующий эффект Канарда».
- ^ Fh nichols, влияние вертикального расположения крыла и расположения вертикального хвоста на характеристики стабильности конфигураций самолета Канард , стр. 9, «корпус также создает существенный дестабилизирующий компонент, который адекватно сбалансирован путем большого стабилизирующего эффекта крыла».
- ^ X-29 ... в то время как его Канарды-горизонтальные стабилизаторы для управления шагом-находились перед крыльями, а не на хвосте » [1]
- ^ Теория и практика использования летающих крыльев, компонентов апогея
- ^ Примечания о стабильности и контроле самолетов хрусталиков, Джонс, Роберт, NACA-TN-837, 1941
- ^ Даролл Стинтон , дизайн самолета , боковая и направленная стабильность и вращение
- ^ Барнард, RH; Филпотт, доктор (2010). «10. Управление самолетами». Полет самолета (4 -е изд.). Харлоу, Англия: Прентис Холл. п. 271 . ISBN 978-0-273-73098-9 .
- ^ Парикмахер, Горацио , «Глава II - Стабильность и контроль» , Самолет говорит , электронный текстовый центр, библиотека Университета Вирджинии
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «5 боковая статическая статичность и отделка». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-53975-0 .
- ^ Свитман, Билл (2005). Lockheed Stealth . Северная филиал, Миннесота: Zenith Imprint. п. 73. ISBN 0-7603-1940-5 .
- ^ Jump up to: а беременный в Реймер, Даниэль П. (1999). «4,5 Геометрия хвоста и расположение». Дизайн самолета: концептуальный подход (3 -е изд.). Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. п. 78 ISBN 1-56347-281-3 .
- ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «5,5 Влияние диэдрического хвоста на стабильность рыскания». Механика полета (2 -е изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Wiley & Sons. п. 533. ISBN 978-0-470-53975-0 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Связанная с самолетами терминология
- Талай, Теодор А. (27 января 2005 г.). «Введение в аэродинамику полета - стабильность и контроль» . Отделение истории НАСА . Лэнгли исследовательский центр . Получено 21 апреля 2013 года .
- «Динамическая продольная, направленная и боковая стабильность» , Centennial of Flight , Centennial of Flight Commission