Продольное равновесие устойчивость и управляемость самолёта.

Балансировочные кривые.

Продольным равновесием называется такое состояние самолета, при котором его центр масс движется прямолинейно и равномерно, и самолет не вращается вокруг поперечной оси.

Для обеспечения продольного равновесия моментов необходимо, чтобы сумма пикирующих моментов была равна сумме кабрирующих моментов (рис. 7.5).

Рис. 14.1. Продольное равновесие самолета

В полете изменяются величины действующих сил, точки их приложения, а также расположение центра масс самолета. Это может вызвать изменение не только величины, но и направления моментов относительно поперечной оси, в результате чего нарушится продольное равновесие. Например, продольное равновесие может быть нарушено при изменении режима работы двигателя, центровки, конфигурации самолета, положения руля высоты, а также при воздействии порыва ветра.

Продольная устойчивость самолета по углу атаки (перегрузке)

Продольной устойчивостью самолета называется способность самолета (без вмешательства пилота) восстанавливать нарушенное продольное равновесие.

Сущность продольной устойчивости самолета удобно рассматривать, используя понятия о фокусе крыла и фокусе самолета.

Рис. 7.6. Объяснение фокуса крыла

Фокус крыла. Точка, относительно которой момент крыла при изменении угла атаки не изменяется, называется фокусом крыла. На рис. 7.6 показано, что можно подобрать такую точку F, относительно которой величина аэродинамической силы изменяется обратно пропорционально плечу, тогда момент относительно этой точки не будет изменяться при изменении угла атаки: M _{z 1} = M _{z 2} =…= const.

Можно фокус крыла определить иначе – как точку, где прикладывается прирост подъемной силы, вызванный изменением угла атаки (рис. 7.6, в): Y ₂ = Y ₁ + D Y.

Фокус самолета. Все части самолета (крыло, фюзеляж, оперение, гондолы двигателей) имеют свой фокус, и при попадании в восходящий порыв W на них возникают приросты подъемных сил. Равнодействующая этих дополнительных сил (D Y _кр,D Y ГО, D Y _ф) приложена на расстояниях, обратно пропорциональных величинам этих сил. Точка приложения равнодействующей дополнительных сил (D Y) называется фокусом самолета (рис. 7.7).

Рис. 14.2. Фокус самолета

Ввиду того, что самолет по-разному реагирует на изменение по углу атаки и изменение по скорости во времени, ввели понятия:

– статическая устойчивость по углу атаки (перегрузке);

– статическая устойчивость по скорости.

Продольная статическая устойчивость по перегрузке – это способность самолета самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять или восстанавливать перегрузку (угол атаки) исходного режима полета. Критерием статической устойчивости по перегрузке является: .

О продольной устойчивости по скорости удобно судить по графику (рис. 7.8). Если центр масс совпадет с фокусом, то самолет нейтрален, то есть он не способен при изменении угла атаки создавать восстанавливающие моменты.

Рис. 14.3. Зависимость коэффициента продольного момента от угла атаки

Основными факторами, влияющими на продольную устойчивость самолета, являются:

– центровка: чем более переднее расположение центра масс, тем большие восстанавливающие моменты будут создаваться на самолете при изменении угла атаки. Предел передней центровки устанавливается из условия получения приемлемых усилий в полете при пилотировании самолета и достаточности руля высоты на посадке. Предел задней центровки устанавливается из условия обеспечения запаса устойчивости по перегрузке (углу атаки). Этот запас устойчивости должен составлять не менее 10 % между фокусом самолета и предельно задней центровкой;

– высота полета: с увеличением высоты фокус самолета смещается вперед, уменьшая устойчивость по перегрузке;

– режим работы двигателя: влияние очень незначительное;

– выпуск механизации: устойчивость в посадочной конфигурации меньше, чем в полетной;

– освобождение руля высоты: при «брошенном» руле высоты устойчивость по перегрузке уменьшается.