Współczynnik P

Kąt natarcia łopaty śmigła (po lewej) i kąt natarcia łopaty śmigła zmieniają się wraz ze zmianą skoku samolotu, pokazując asymetryczne obciążenie (po prawej)

Współczynnik P , znany również jako efekt asymetrycznego ostrza i efekt asymetrycznego dysku, jest zjawiskiem aerodynamicznym doświadczanym przez poruszające się śmigło , w którym środek ciągu śmigła przesuwa się poza środek, gdy samolot znajduje się pod dużym kątem natarcia . Ta zmiana położenia środka ciągu wywrze moment odchylający na samolot, powodując jego odchylenie w jedną stronę. Wejście steru jest wymagane, aby przeciwdziałać tendencji do zbaczania.

Powoduje

Współczynnik P, zmiana względnej prędkości i ciągu łopat śmigła w górę iw dół przy rosnącym kącie natarcia

Kiedy samolot śmigłowy leci z prędkością przelotową w locie poziomym, tarcza śmigła jest prostopadła do względnego przepływu powietrza przez śmigło. Każda z łopat śmigła styka się z powietrzem pod tym samym kątem i z tą samą prędkością, dzięki czemu wytwarzany ciąg jest równomiernie rozłożony na śmigle.

Jednak przy niższych prędkościach samolot będzie zazwyczaj znajdował się wysoko nad dziobem, z tarczą śmigła lekko obróconą w kierunku poziomym. Ma to dwa skutki. Po pierwsze, łopaty śmigła będą bardziej wysunięte do przodu w położeniu dolnym i bardziej do tyłu w położeniu górnym. Łopata śmigła poruszająca się w dół i do przodu (przy obrocie zgodnie z ruchem wskazówek zegara, od pozycji na godzinie pierwszej do pozycji na godzinie szóstej, patrząc z kokpitu) będzie miała większą prędkość do przodu. Zwiększy to prędkość łopaty, więc opadająca łopata wytworzy większy ciąg. Łopata śmigła poruszająca się w górę i do tyłu (od godziny siódmej do godziny 12) będzie miała zmniejszoną prędkość do przodu, a zatem mniejszą prędkość lotu niż łopata opadająca i mniejszy ciąg. Ta asymetria przesuwa środek ciągu tarczy śmigła w kierunku łopaty o zwiększonym ciągu.

Po drugie, kąt natarcia opadającej łopaty wzrośnie, a kąt natarcia łopaty skierowanej w górę zmniejszy się z powodu pochylenia tarczy śruby napędowej. Większy kąt natarcia opadającego ostrza wytworzy większy ciąg.

Należy zauważyć, że zwiększona prędkość do przodu opadającej łopaty w rzeczywistości zmniejsza jej kąt natarcia, ale jest to przezwyciężane przez wzrost kąta natarcia spowodowany przechyleniem tarczy śmigła. Ogólnie rzecz biorąc, opadające ostrze ma większą prędkość i większy kąt natarcia.

Współczynnik P jest największy przy dużych kątach natarcia i dużej mocy, na przykład podczas startu lub powolnego lotu.

Efekty

Jednosilnikowy samolot śmigłowy

W przypadku korzystania ze śmigła obracającego się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrząc przez pilota), samolot ma tendencję do odchylania się w lewo podczas wznoszenia i w prawo podczas opadania. Należy temu przeciwdziałać przeciwległym sterem. Śmigło obracające się zgodnie z ruchem wskazówek zegara jest zdecydowanie najbardziej powszechne. Odchylenie jest zauważalne podczas dodawania mocy, chociaż ma dodatkowe przyczyny, w tym spiralnego strumienia aerodynamicznego . W samolocie o stałym skrzydle zazwyczaj nie ma możliwości regulacji kąta natarcia poszczególnych łopat śmigieł, dlatego pilot musi zmagać się ze współczynnikiem P i przeciwdziałać przesunięciu ciągu za pomocą steru kierunku. Kiedy samolot opada, siły te odwracają się. Opadająca prawa strona podpory porusza się teraz nieco do tyłu z mniejszym kątem natarcia, a wznosząca się lewa strona podpory porusza się nieco do przodu z większym kątem natarcia. Ten asymetryczny ciąg powoduje, że samolot ściąga w prawo, a pilot używa lewego steru, aby to skompensować. Fakt, że tendencja do ściągania w lewo i w prawo odwraca się podczas opadania, pokazuje, że różnice w kącie natarcia po lewej i prawej stronie śmigła przeważają nad innymi efektami, takimi jak spiralny strumień aerodynamiczny. Innymi słowy, gdyby dominującym czynnikiem był spiralny strumień powietrza, samolot zawsze ściągałby w lewo i nie ściągałby w prawo podczas opadania.

Piloci przewidują potrzebę użycia steru podczas zmiany mocy silnika lub kąta natarcia (kąta natarcia) i kompensują to, kierując w razie potrzeby lewy lub prawy ster.

Samoloty z tylnym kołem wykazują większy współczynnik P podczas dobiegu niż samoloty z trójkołowym podwoziem , ze względu na większy kąt tarczy śmigła do pionu. Współczynnik P jest nieznaczny podczas początkowego rozbiegu po ziemi, ale spowoduje wyraźną tendencję do wychylenia dziobu w lewo podczas późniejszych etapów rozbiegu po ziemi, w miarę wzrostu prędkości do przodu, zwłaszcza jeśli oś ciągu jest utrzymywana nachylona do wektora toru lotu (np. koło styka się z pasem startowym). Efekt nie jest tak widoczny podczas lądowania, rozbłysku i dobiegu, biorąc pod uwagę stosunkowo niskie ustawienie mocy (obrotów śmigła). Jeśli jednak przepustnica zostanie nagle przyspieszona, gdy tylne koło styka się z pasem startowym, rozważne jest przewidywanie tej tendencji do lewego dziobu.

Wielosilnikowy samolot śmigłowy

Do samolotów wielosilnikowych ze śmigłami obracającymi się w przeciwnych kierunkach , współczynniki P obu silników zniosą się. Jeśli jednak oba silniki obracają się w tym samym kierunku lub jeden z nich ulegnie awarii, współczynnik P spowoduje odchylenie. Podobnie jak w przypadku samolotów jednosilnikowych, efekt ten jest największy w sytuacjach, gdy samolot ma dużą moc i duży kąt natarcia (np. podczas wznoszenia). Silnik z łopatami poruszającymi się w dół w kierunku końcówki skrzydła wytwarza większe odchylenie i przechylenie niż drugi silnik, ponieważ moment (ramię) środka ciągu tego silnika wokół środka ciężkości samolotu jest większy. Tak więc silnik z opadającymi łopatami bliżej kadłuba będzie „ silnikiem krytycznym ”. ”, ponieważ jego awaria i związana z tym zależność od drugiego silnika będzie wymagała od pilota znacznie większego wychylenia steru w celu utrzymania lotu prostego niż w przypadku awarii drugiego silnika. Współczynnik P określa zatem, który silnik jest silnikiem krytycznym. W przypadku większości statków powietrznych ( które mają śmigła obracające się zgodnie z ruchem wskazówek zegara), silnik lewy jest silnikiem krytycznym. W przypadku statków powietrznych ze śmigłami obracającymi się w przeciwnych kierunkach (tj. nie obracającymi się w tym samym kierunku) momenty współczynnika P są równe i oba silniki są uważane za równie krytyczne.

Ryc. 1. Pracujący prawy silnik będzie wytwarzał silniejszy moment odchylający w kierunku martwego silnika, przez co awaria lewego silnika będzie krytyczna

Gdy silniki obracają się w tym samym kierunku, współczynnik P będzie miał wpływ na minimalne prędkości sterowania ( V _MC ) statku powietrznego w locie z napędem asymetrycznym. Opublikowane prędkości są określane na podstawie awarii krytycznego silnika. Rzeczywiste minimalne prędkości sterowania po awarii jakiegokolwiek innego silnika będą niższe (bezpieczniejsze).

Helikoptery

Współczynnik P jest niezwykle istotny dla śmigłowców w locie do przodu, ponieważ tarcza śmigła jest prawie pozioma. Łopata poruszająca się do przodu ma większą prędkość lotu niż łopata cofająca się, więc wytwarza większą siłę nośną, znaną jako asymetria siły nośnej . Śmigłowce mogą niezależnie kontrolować kąt natarcia każdej łopaty (zmniejszając kąt natarcia na wysuwającą się łopatę, jednocześnie zwiększając kąt natarcia na wycofującą się łopatę), aby utrzymać zrównoważony wzrost tarczy wirnika. Gdyby łopaty wirnika nie były w stanie samodzielnie zmieniać kąta natarcia, śmigłowiec z łopatami obracającymi się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara przechylałby się w lewo podczas lotu do przodu, ze względu na zwiększoną siłę nośną po stronie tarczy wirnika z nacierającą łopatą . Precesja żyroskopowa przekształca to w odchylenie do tyłu znane jako „ powrót klapy ”.

Prędkość nigdy nie przekraczana ( V _NE ) helikoptera zostanie wybrana częściowo po to, aby zapewnić, że poruszająca się do tyłu łopata nie utknie.

Zobacz też