Оси летательного аппарата

Оси летательного аппарата. Оси ЛА—это три воображаемых линии, проходящие через его ЦТ под прямыми углами друг к другу. Их можно рассматривать как своего рода направляющие, вокруг которых поворачивается ЛА в процессе движения. Ось, проходящая от носа до хвоста, называется продольной, соединяющая концевые части крыльев — поперечной, а идущая через ЦТ сверху вниз — вертикальной. При любом изменении положения ЛА в воздухе он враща­ется вокруг одной или более своих осей (рис. 4-15).

Движение ЛА вокруг своей продольной оси напоминает поперечное покачивание морского корабля. Фактически, названия, используемые для обозначения движения ЛА вокруг своих осей, первоначально возникли в морском деле и были приняты в авиации из-за сходства движения ЛА и морских кораблей. Перемещение ЛА вокруг своей продольной оси называ­ется «крен», вокруг поперечной оси — «тангаж», вокруг вертикальной оси — «рыскание». Рыскание — это горизонтальное (вправо и влево) движение носа ЛА.

Три угловых движения самолёта обычной схемы (крен, тангаж и рыскание) контролируются тремя управляющими поверхностями. Крен контролируется элеронами, тангаж — рулями высоты, рыскание — рулём направления. Использование этих управляющих компонентов подробно обсуждается в главе 5, «Системы управления полётом».

Другие виды ЛА могут использовать иные методы управления движением вокруг осей. Например, пилот ЛА, управляемого переносом веса, контролирует две оси (крен и тангаж), используя А-образную раму, которая висит на гибком крыле и прикреплена к трёхколёсному шасси. Такие ЛА управляются перемещением горизонтальной (управляющей) штанги. Примерно так же происходит управление дельтапланом (рис. 4-16).

Такие летательные средства называются «ЛА, управляемые переносом веса», поскольку пилот управляет ЛА, меняя положение его ЦТ. В случае паромотора (моторного параплана), управление ЛА обеспечивается изменением формы аэродинамической поверхности посредством строп. Крыло паромотора — это парашют, имеющий выпуклую внешнюю поверхность и пологую нижнюю. Две поверхности разделены рёбрами, действующими как ячейки, которые открыты для воздушного потока у передней кромки и имеют внутренние отверстия для пропускания поперечного потока. Принцип полёта такого ЛА основан на том, что давление в ячейке выше, чем внешнее давление, что превращает её в своего рода «крыло», действующее в полёте как аэродинамическая поверхность. Пилот и пассажир сидят друг за другом перед двигателем, располагающимся в задней части аппарата. Планер ЛА присоединяется к парашюту в двух точках посредством строп. Управление обеспечивается как регулировкой мощности двигателя, так и изменением профиля аэродинамической поверхности через управляющие стропы (рис. 4-17).

Оси летательного аппарата. Согласно законам физики, тело, находящееся в состоянии свободного вращения, всегда вращается вокруг своего ЦТ. В аэродинамике величина, характеризующая склонность ЛА к вращению вокруг своего ЦТ, называется моментом. Момент зависит от приложенной силы и расстояния, на котором эта сила приложена. Плечом момента называется расстояние от начала отсчёта (референсной точки) до точки приложения силы. При расчётах веса и балансировки моменты определя­ются как произведение плеча момента на вес ЛА и измеряются в ньютон-метрах (Н-м).

При проектировании ЛА его ЦТ обычно располагают на расстоянии примерно 1/5 длины средней аэродинамической хорды (САХ) от его носа. В этом случае, при изменении мощности двигателя ЛА не будет совершать движения тангажа, и момент всегда будет оставаться неизменным. Хотя конструкторы могут до некоторой степени контролировать точки приложения сил лобового сопротивления, они не всегда способны сделать так, чтобы их равнодействующая была приложена к ЦТ летательного аппарата. Однако, они в полной степени могут контролировать размер и расположение хвостового оперения. Цель заключается в том, чтобы уменьшить моменты тяги, лобового сопротивления и подъёмной силы до минимума, обеспечив продольное равновесие ЛА в любых условиях.

Во время полёта пилот не может напрямую контролировать приложение сил, действующих на ЛА. Он может лишь управлять расположением центра тяжести (через изменение УА). Но такое изменение немедленно приводит к изменению всей совокупности сил. Например, изменение воздушной скорости приводит к изменению подъёмной силы, а также меняет лобовое сопротивле­ние и силы, действующие на хвостовое оперение ЛА. Реагируя на такие воздействия, как турбулентность или порывы ветра (стремящиеся изменить положение ЛА), пилот обеспечивает противодействующие управляющие силы, которые должны скомпенсиро­вать эти изменения.

У некоторых ЛА расположение ЦТ может меняться в зависимости от веса и положения груза на борту. Для противодействия изменениям сил, связанным с выгора­нием топлива и загрузкой/разгрузкой груза и пассажи­ров, используются триммеры. Триммеры руля высоты и регулируемые горизонтальные стабилизаторы — это компоненты конструкции, позволяющие пилоту балансировать ЛА при изменениях груза на борту. Без тримминга постоянная необходимость выполнять балансировку больших ЛА во время полёта вызывала бы чрезмерную нагрузку на пилотов, утомляя их.