Dynamiczne tryby samolotu
Stabilność dynamiczna statku powietrznego odnosi się do tego, jak statek powietrzny zachowuje się po tym, jak został zakłócony po stałym, nieoscylacyjnym locie.
Tryby podłużne
oscylacyjne można opisać za pomocą dwóch parametrów, okresu czasu potrzebnego do wykonania jednej pełnej oscylacji oraz czasu potrzebnego do wytłumienia do połowy amplitudy lub czasu podwojenia amplitudy w przypadku ruchu niestabilnego dynamicznie. Ruch wzdłużny składa się z dwóch odrębnych oscylacji, oscylacji długookresowej zwanej phugoidu i oscylacji krótkookresowej zwanej trybem krótkookresowym.
Phugoid (dłuższy okres) oscylacje
Tryb dłuższego okresu, zwany „trybem phugoidalnym”, to ten, w którym występuje duża amplituda zmian prędkości powietrza, kąta nachylenia i wysokości, ale prawie nie ma zmian kąta natarcia. Oscylacja fhugoidu to powolna wymiana energii kinetycznej (prędkość) i energii potencjalnej (wysokość) wokół pewnego poziomu energii równowagi, gdy samolot próbuje przywrócić stan równowagi lotu poziomego, z którego został zakłócony. Ruch jest tak powolny, że wpływ bezwładności i sił tłumienia jest bardzo mały. Chociaż tłumienie jest bardzo słabe, okres jest tak długi, że pilot zwykle koryguje ten ruch, nie zdając sobie sprawy, że oscylacja w ogóle istnieje. Zazwyczaj okres ten wynosi 20–60 sekund. Ta oscylacja może być generalnie kontrolowana przez pilota.
Oscylacje krótkookresowe
Bez specjalnej nazwy tryb krótszego okresu nazywany jest po prostu „trybem krótkiego okresu”. Tryb krótkookresowy jest zwykle mocno tłumiony [ jak? ] oscylacja z okresem zaledwie kilku sekund. Ruch polega na szybkim pochylaniu samolotu wokół środka ciężkości, zasadniczo zmianie kąta natarcia. Czas do wytłumienia amplitudy do połowy jej wartości jest zwykle rzędu 1 sekundy. Zdolność do szybkiego samoistnego zawilgocenia, gdy drążek zostanie na chwilę przesunięty, jest jednym z wielu kryteriów ogólnej certyfikacji statku powietrznego .
Tryby kierunkowe boczne
Tryby „kierunkowe boczne” obejmują ruchy toczenia i odchylania. Ruchy w jednej z tych osi prawie zawsze łączą się z drugą, więc tryby są ogólnie omawiane jako „mody kierunkowe boczne”.
Istnieją trzy typy możliwego ruchu dynamicznego w kierunku poprzecznym: tryb osiadania przechyłu, tryb spirali i tryb przechyłu holenderskiego.
Tryb osiadania rolki
Tryb osiadania to po prostu tłumienie ruchu toczenia. Nie ma bezpośredniego momentu aerodynamicznego, który ma tendencję do bezpośredniego przywracania poziomu skrzydeł, tj. Nie ma powracającej „siły/momentu sprężyny” proporcjonalnej do kąta przechyłu. Istnieje jednak moment tłumiący (proporcjonalny do prędkości przechyłu ) tworzony przez obracanie się długich skrzydeł. Zapobiega to narastaniu dużych współczynników przechyłu, gdy wykonywane są sygnały sterujące przechyłem lub tłumi współczynnik przechyłu ( nie kąt) do zera, gdy nie ma sygnałów wejściowych sterowania przechyleniem.
Tryb przechyłu można ulepszyć dzięki efektom dwuściennym pochodzącym z cech konstrukcyjnych, takich jak wysokie skrzydła, kąty dwuścienne lub kąty odchylenia.
Holenderski tryb rolki
Drugi ruch boczny to oscylacyjny połączony ruch przechyłu i odchylenia, zwany przetoczeniem holenderskim, być może ze względu na jego podobieństwo do ruchu na łyżwach o tej samej nazwie, wykonywanego przez holenderskich łyżwiarzy; pochodzenie nazwy jest niejasne. Holenderski przewrót można opisać jako odchylenie i przechylenie w prawo, po którym następuje powrót do stanu równowagi, następnie przekroczenie tego stanu i odchylenie i przechylenie w lewo, a następnie powrót poza położenie równowagi i tak dalej. Okres ten jest zwykle rzędu 3–15 sekund, ale może wahać się od kilku sekund w przypadku lekkich samolotów do minuty lub więcej w przypadku samolotów pasażerskich. Tłumienie jest zwiększane przez dużą stabilność kierunkową i mały dwuścienny, a zmniejszane przez małą stabilność kierunkową i duży dwuścienny. Chociaż w normalnym samolocie zwykle jest stabilny, ruch może być tak lekko tłumiony, że efekt jest bardzo nieprzyjemny i niepożądany. W samolocie ze skośnym skrzydłem przechylenie holenderskie jest rozwiązywane przez zainstalowanie amortyzatora odchylenia , w efekcie automatycznego pilota specjalnego przeznaczenia, który tłumi wszelkie oscylacje odchylające poprzez zastosowanie korekcji steru. Niektóre samoloty ze skośnymi skrzydłami mają niestabilny przechył holenderski. Jeśli przechylenie holenderskie jest bardzo lekko tłumione lub niestabilne, amortyzator odchylenia staje się wymogiem bezpieczeństwa, a nie wygodą pilota i pasażera. Wymagane są podwójne amortyzatory odchylenia, a uszkodzony amortyzator odchylenia jest przyczyną ograniczenia lotu do niskich wysokości i prawdopodobnie niższych Macha , gdzie poprawiono stabilność przechyłu holenderskiego.
Rozbieżność spiralna
Spirala jest nieodłączna. Większość samolotów wyważonych do lotu poziomego i prostego, jeśli leci z nieruchomym drążkiem, ostatecznie rozwinie zaostrzające się nurkowanie spiralne. Jeśli nurkowanie spiralne zostanie wprowadzone w sposób niezamierzony, wynik może być śmiertelny.
Nurkowanie spiralne to nie obrót; zaczyna się nie od przeciągnięcia lub momentu obrotowego, ale od przypadkowego, rosnącego przechyłu i prędkości. Bez szybkiej interwencji pilota może to doprowadzić do uszkodzenia konstrukcji płatowca , albo w wyniku nadmiernego obciążenia aerodynamicznego , albo w wyniku zderzenia z terenem. Samolot początkowo daje niewiele wskazówek, że coś się zmieniło. Wrażenie „w dół” pilota nadal dotyczy dna samolotu, chociaż samolot w rzeczywistości coraz bardziej wychyla się z prawdziwej pionu. W VFR pilot automatycznie koryguje niewielkie odchylenia od poziomu, korzystając z rzeczywistego horyzontu, ale w warunkach IMC lub w ciemności odchylenia mogą pozostać niezauważone: przechylenie wzrośnie, a siła nośna, która nie będzie już pionowa, będzie niewystarczająca do utrzymania samolotu. Nos opada, a prędkość wzrasta; rozpoczęło się spiralne nurkowanie.
Zaangażowane siły
Powiedz, że rolka jest po prawej stronie. Rozwija się poślizg boczny, co powoduje przepływ poślizgu od prawej do lewej. Teraz zbadaj wynikowe siły pojedynczo, nazywając każdy wpływ w prawo odchyleniem do wewnątrz, odchyleniem w lewo lub obrotem do wewnątrz lub na zewnątrz, w zależności od tego, co ma zastosowanie. Przepływ poślizgu:
- popchnąć płetwę, ster i inne obszary boczne za środkiem ciężkości samolotu w lewo, powodując odchylenie w prawo,
- popchnąć obszary boczne przed środkiem ciężkości w lewo, powodując odchylenie w lewo,
- pchnij prawą końcówkę skrzydła w górę, lewą w dół, lewy rollout dzięki kątowi dwuściennemu,
- spowodować, aby lewe skrzydło jechało szybciej, prawe skrzydło wolniej, dobieg,
- przesunąć boczne obszary samolotu powyżej środka ciężkości w lewo, roll-out,
- popchnij boczne obszary samolotu poniżej środka ciężkości w lewo, roll-in,
Również siła aerodynamiczna jest nakładana przez względne pionowe położenie kadłuba i skrzydeł, tworząc dźwignię toczenia, jeśli kadłub znajduje się nad skrzydłami, jak w konfiguracji dolnopłata; lub rozwiń, jeśli poniżej, jak w konfiguracji górnopłata.
Śmigło obracające się pod wpływem mocy będzie miało wpływ na przepływ powietrza przez nie. Jego działanie zależy od ustawienia przepustnicy (wysokie przy wysokich obrotach, niskie przy niskich) oraz nastawienia samolotu.
Tak więc nurkowanie spiralne wynika z połączenia wielu sił, w zależności częściowo od konstrukcji samolotu, częściowo od jego położenia, a częściowo od ustawienia przepustnicy (konstrukcja podatna będzie nurkować po spirali pod mocą, ale może nie w ślizgu) .
Powrót do zdrowia
Samolot nurkujący ma większą energię kinetyczną (która zmienia się do kwadratu prędkości) niż w przypadku lotu prostego i poziomego. Aby wrócić do normalnego stanu, regeneracja musi w bezpieczny sposób pozbyć się tego nadmiaru energii. Sekwencja jest następująca: Wyłącz wszystko; wyrównaj skrzydła do horyzontu lub, jeśli horyzont został utracony, do instrumentów; zmniejszyć prędkość, delikatnie naciskając na elementy sterujące, aż do osiągnięcia żądanej prędkości; wyrównać i przywrócić zasilanie. Pilot powinien być wyczulony na tendencję do podnoszenia się, gdy statek powietrzny jest przechylany do poziomu skrzydeł.
Rozlanie paliwa
Oscylacje mogą być powodowane wzdłużnie lub poprzecznie przez chlupot paliwa, zjawisko, o którym wiadomo, że wpływa na samoloty, w tym Douglas A4D, Lockheed P-80, Boeing KC-135, Cessna T-37 i North American YF-100. Jego efekt jest minimalny, gdy zbiorniki paliwa są pełne lub prawie puste: pełny zbiornik ma dużą masę, ale mały ruch, podczas gdy prawie pusty zbiornik ma większy ruch, ale małą masę. Rozbryzgi paliwa można zmniejszyć, instalując przegrody w zbiornikach paliwa, jednak zwiększają one masę i zmniejszają pojemność paliwa.