Mach tuck

Mach tuck to efekt aerodynamiczny , w wyniku którego dziób samolotu ma tendencję do pochylania się w dół, gdy przepływ powietrza wokół skrzydła osiąga prędkość ponaddźwiękową . Ta tendencja do nurkowania jest również znana jako podwinięcie . Samolot po raz pierwszy doświadczy tego efektu przy znacznie poniżej Macha .

Fala uderzeniowa nad skrzydłem przesuwa się do tyłu, gdy prędkość samolotu zbliża się do Macha 1

Powoduje

Mach tuck jest zwykle spowodowany przez dwie rzeczy, ruch środka nacisku skrzydła do tyłu i spadek prędkości podmuchu skrzydła na stateczniku poziomym , z których oba powodują moment pochylenia nosa w dół. ^{[ Potrzebne źródło ]} W przypadku konkretnego projektu samolotu tylko jeden z nich może być znaczący w wywoływaniu tendencji do nurkowania, samolot ze skrzydłami typu delta bez przedniego lub tylnego samolotu w pierwszym przypadku i na przykład Lockheed P-38 w drugim przypadku . Alternatywnie, określony projekt może nie mieć znaczącej tendencji, na przykład Stypendium Fokkera F28 .

Gdy winda generująca płatowiec porusza się w powietrzu, powietrze przepływające nad górną powierzchnią przyspiesza do wyższej prędkości lokalnej niż powietrze przepływające nad dolną powierzchnią. Kiedy prędkość samolotu osiąga krytyczną liczbę Macha, przyspieszony przepływ powietrza lokalnie osiąga prędkość dźwięku i tworzy małą falę uderzeniową, mimo że samolot nadal porusza się z prędkością poniżej prędkości dźwięku. Obszar przed falą uderzeniową generuje wysokie uniesienie. Gdy sam samolot leci szybciej, fala uderzeniowa nad skrzydłem staje się silniejsza i przesuwa się do tyłu, tworząc dużą siłę nośną dalej wzdłuż skrzydła. Ten ruch windy do tyłu powoduje, że samolot pochyla się lub pochyla dziób w dół.

Na nasilenie podwinięcia Macha w dowolnym projekcie wpływa grubość płata, kąt odchylenia skrzydła i położenie statecznika poziomego względem głównego skrzydła. ^{[ potrzebne dalsze wyjaśnienia ]}

Usterka, która jest umieszczona dalej na rufie, może zapewnić większy stabilizujący moment wychylenia.

Pochylenie i grubość płata wpływają na krytyczną liczbę Macha, przy czym bardziej zakrzywiona górna powierzchnia powoduje niższą krytyczną liczbę Macha .

Na skrzydle skośnym fala uderzeniowa zwykle tworzy się najpierw u nasady skrzydła , zwłaszcza jeśli jest bardziej wygięta niż końcówka skrzydła . Wraz ze wzrostem prędkości fala uderzeniowa i związana z nią siła nośna rozciągają się na zewnątrz, a ponieważ skrzydło jest zamiatane, do tyłu.

Zmieniający się przepływ powietrza nad skrzydłem może zmniejszyć spłukiwanie w dół w stosunku do konwencjonalnego statecznika poziomego, sprzyjając silniejszemu pochyleniu dziobu w dół.

Innym problemem związanym z oddzielnym stabilizatorem poziomym jest to, że może on sam osiągnąć lokalny przepływ naddźwiękowy za pomocą własnej fali uderzeniowej. Może to wpływać na działanie konwencjonalnej powierzchni sterującej windą.

Samoloty bez wystarczających uprawnień steru wysokości, aby utrzymać poziom wyważenia i lotu, mogą wejść w strome, czasem nieodwracalne nurkowanie. Dopóki samolot nie osiągnie prędkości naddźwiękowej, szybsza górna fala uderzeniowa może zmniejszyć autorytet steru wysokości i stateczników poziomych .

Mach tuck może wystąpić lub nie, w zależności od konstrukcji samolotu. Wiele nowoczesnych samolotów ma niewielki wpływ lub nie ma go wcale.

Powrót do zdrowia

Odzyskanie jest czasami niemożliwe w samolotach poddźwiękowych; jednakże, gdy statek powietrzny schodzi w niższe, cieplejsze, gęstsze powietrze, władza kontrolna (czyli zdolność do kontrolowania statku powietrznego) może powrócić, ponieważ opór ma tendencję do spowalniania samolotu, podczas gdy prędkość dźwięku i władza kontrolna rosną.

Aby zapobiec postępowi przeciągnięcia Macha, pilot powinien utrzymywać prędkość lotu poniżej krytycznej liczby Macha dla danego typu, zmniejszając ciąg , wysuwając hamulce pneumatyczne i, jeśli to możliwe, wysuwając podwozie .

Cechy konstrukcyjne

Aby przeciwdziałać skutkom zakładki Macha, stosuje się szereg technik projektowania.

Zarówno w konwencjonalnych konfiguracjach statecznika poziomego, jak i kanardowego , statecznik poziomy może być duży i wystarczająco mocny, aby skorygować duże zmiany trymu związane z zacięciem Macha. Zamiast konwencjonalnej powierzchni sterującej windą, cały stabilizator może być ruchomy lub „latający”, czasami nazywany stabilizatorem . Zwiększa to autorytet stabilizatora w szerszym zakresie pochylenia samolotu, ale także pozwala uniknąć problemów ze sterowalnością związanych z oddzielnym sterem wysokości.

Samoloty, które latają z prędkością naddźwiękową przez długi czas, takie jak Concorde , mogą kompensować podwinięcie Macha, przesuwając paliwo między zbiornikami w kadłubie, aby zmienić położenie środka masy , aby dopasować się do zmieniającego się położenia środka nacisku, minimalizując w ten sposób ilość wymagane wykończenie aerodynamiczne.

Trymer Macha to urządzenie, które automatycznie zmienia trymer nachylenia w zależności od liczby Macha, aby przeciwstawić się zacięciu Macha i utrzymać lot poziomy.

Historia

P -38 Lightning sprawił inżynierom Lockheed wiele początkowych problemów projektowych, ponieważ był tak szybki, że był pierwszym amerykańskim samolotem, który doświadczył ściśliwości i podwinięcia Macha.

Najszybsze myśliwce II wojny światowej były pierwszymi samolotami, które doświadczyły zacięcia Macha. Ich skrzydła nie były zaprojektowane do przeciwdziałania podwinięciu Macha, ponieważ badania nad płatami naddźwiękowymi dopiero się zaczynały; na skrzydle występowały obszary przepływu naddźwiękowego wraz z falami uderzeniowymi i separacją przepływu. Ten stan był wówczas znany jako bulgotanie ściśliwości i występował na końcówkach śmigła przy dużych prędkościach samolotu.

P -38 był pierwszym myśliwcem o prędkości 400 mil na godzinę i cierpiał bardziej niż zwykłe problemy z ząbkowaniem. Miał grube skrzydło o dużej nośności, charakterystyczne podwójne bomy i pojedynczą, centralną gondolę zawierającą kokpit i uzbrojenie. Szybko przyspieszył do prędkości granicznej podczas nurkowania. Krótki, przysadzisty kadłub miał szkodliwy wpływ na zmniejszenie krytycznej liczby Macha środkowej części skrzydła o grubości 15% przy dużych prędkościach nad czaszą, dodających się do prędkości na górnej powierzchni skrzydła. Mach tuck występował przy prędkościach powyżej 0,65 Macha; przepływ powietrza nad środkową sekcją skrzydła stał się transsoniczny , powodując utratę siły nośnej. Wynikająca z tego zmiana podmuchu na ogonie spowodowała moment pochylenia dziobem w dół i strome nurkowanie (podwinięcie Macha). Samolot był bardzo stabilny w tym stanie, przez co wyjście z nurkowania było bardzo trudne.

Do dolnej części skrzydła (P-38J-LO) dodano klapy wyprowadzające z nurkowania (pomocnicze), aby zwiększyć siłę nośną skrzydła i spłukiwanie w dół na ogonie, aby umożliwić wyjście z nurkowań transonicznych.

Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z Podręcznika latania samolotem . Rząd Stanów Zjednoczonych . Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej z Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge . Rząd Stanów Zjednoczonych .