Стреловидность крыла. Килевой эффект. Вертикальная устойчивость

Стреловидность крыла. Стреловидность, в дополнение к поперечному V, также увеличивает подъёмную силу, возникающую при отклонении крыла от горизонтального положения. Крыло со стреловидностью — это такое крыло, передняя кромка которого скошена назад. Когда под внешним воздействием ЛА со стреловидностью начинает скользить на крыло, передняя кромка опущенного крыла оказывается расположенной под прямым углом к набегающему воздушному потоку. В результате действующая на опущенное крыло подъёмная сила возрастает, оно поднимается, и ЛА восстанавливает своё первоначальное положение в воздухе.

Стреловидность крыла также влияет на путевую устойчивость. Когда турбулентность или движение руля направления заставляют ЛА отклониться от курса (рыскать), например, влево, то фактическая длина передней кромки, подвергающаяся воздействию относительного воздушного потока, у обоих крыльев начинает различаться — у правого крыла она становится больше, чем у левого. Воздушная скорость правого крыла возрастает, и оно начинает испытывать большее лобовое сопротивление, чем левое. Это дополнительное сопротивление толкает правое крыло назад, возвращая ЛА на его оригинальный курс.

Килевой эффект. ЛА всегда стремится повернуть свою продольную ось в направлении набегающего потока. Этот «эффект флю­гера», аналогичный поведению киля морского судна, стабилизирует положение ЛА относительно продоль­ной оси. Когда под внешним воздействием одно крыло ЛА опускается, фюзеляж действует подобно маятнику, возвращая ЛА в первоначальное положение.

Поперечно устойчивый ЛА проектируется таким об­разом, чтобы основная часть киля находилась выше и позади ЦТ (рис.4-26).

В этом случае, при скольжении на крыло сочетание веса ЛА и давления воздушного потока на верхнюю часть киля (обе силы приложены к ЦТ) создают обратный крен, возвращающий ЛА в пер­воначальное положение.

Вертикальная устойчивость (устойчивость к рысканию). Устойчивость относительно вертикальной оси ЛА (бо­ковой момент) называется путевой устойчивостью или устойчивостью к рысканию. Путевая устойчивость при проектировании ЛА достигается легче всего. Область вертикального хвостового оперения и боковые поверх­ности фюзеляжа позади ЦТ вносят основной вклад во «флюгероподобное» поведение ЛА — поворот носа в на­правлении набегающего потока.

В процессе наблюдения за флюгером можно увидеть, что если зоны его поверхности, подвергающиеся воз­действию ветра и расположенные впереди и позади точки вращения, одинаковы по площади, то передняя и задняя действующие на него силы уравновешиваются, и в этом случае флюгер практически неподвижен. Следовательно, необходимо предусмотреть, чтобы зона позади точки вращения имела большую площадь, чем впереди неё. Аналогично, авиаконструкторы обеспечивают пу­тевую устойчивость, делая боковую поверхность по­зади ЦТ более обширной, чем впереди (рис. 4-27).

Дополнительную устойчивость обеспечивает верти­кальное хвостовое оперение. Оно действует подобно оперению стрелы лука, обеспечивая прямолинейный полёт. Как и в случае флюгера или стрелы лука, — чем дальше расположено хвостовое оперение и чем оно больше по размеру, тем выше путевая устойчивость ЛА. Если ЛА летит по прямой линии, а порыв бокового ве­тра слегка поворачивает его вокруг вертикальной оси (например, направо), это движение замедляется и, в конечном итоге, прекращается хвостовым оперением. В то время как ЛА поворачивается направо, воздушный поток ударяет в левую сторону хвостового оперения под некоторым углом, создавая давление на левую сторону хвостового оперения, противодействующее повороту и замедляющее движение рыскания. Процесс в какой-то степени сходен с движением флюгера, поворачивающе­гося в направлении ветра.

Начальное изменение траектории полёта ЛА в целом немного ниже, чем общее изменение курса. Поэтому, после небольшого рыскания вправо, ЛА в течение корот­кого времени движется по первоначальному курсу, но его продольная ось направлена немного вправо. Затем происходит кратковременное скольжение на крыло, и в этот момент ЛА стремится частично повернуться влево (предполагается, что, хотя движение рыскания прекра­тилось, излишнее давление на левую сторону хвостового оперения продолжает оказываться). Другими словами, возникает восстанавливающий момент, созданный хво­стовым оперением. Эта восстанавливающая тенденция проявляется относительно медленно и исчезает, когда ЛА прекращает скольжение на крыло. Затем ЛА продол­жает полёт в направлении, несколько отличающемся от первоначального. Другими словами, самостоятельно он не сможет вернуться на первоначальный курс; это дол­жен сделать пилот.

Небольшое повышение путевой устойчивости мо­жет быть достигнуто за счёт стреловидности крыла. Основная функция стреловидности — замедлить эф­фект сжатия во время скоростного полёта. В более лёг­ких и медленных ЛА стреловидность крыла помогает правильно расположить центр давления по отношению к ЦТ. Продольно устойчивый ЛА проектируется та­ким образом, чтобы его центр давления находился позади ЦТ.

В силу структурных причин авиаконструкторы ино­гда не имеют возможности присоединить крылья к фю­зеляжу в желаемой точке. Если им придётся выдвинуть крылья слишком далеко вперёд, при этом установив их под прямым углом к фюзеляжу, центр давления ока­жется слишком близко с ЦТ, и обеспечение желаемой продольной устойчивости станет невозможным. Придав крыльям прямую стреловидность, конструкторы могут переместить центр давления назад. Таким образом, пра­вильное расположение центра давления обеспечивается степенью стреловидности крыльев и их расположением на фюзеляже.

Крылья обычно почти не влияют на статическую путевую устойчивость ЛА. Стреловидное крыло вносит определённый вклад (в зависимости от степени стреловидности), но это вклад относительно мал в срав­нении с влиянием других компонентов.

Материал взят из «Энциклопедия пилота».