МЕХАНІКА ПОЛЮ - Валанс Планер

Механіка польоту: Ви не можете говорити про політ, не дивлячись на теорію. Важча частина і більш математична, все, що ви завжди хотіли знати про механізм польоту (або майже).

Вибір слів

Як і будь-яке технічне співтовариство, аеронавтика має свій жаргон. Трохи лексикографії перед тим, як заглибитися в суть проблеми.

  • Extrados = верхня частина крила
  • Intrados = нижня сторона крила
  • Передній край = передній край крила, який буде "атакувати" повітряну масу.
  • Задній край = задній край крила, через який будуть виходити повітряні потоки.
  • Відносний вітер: З аеродинамічної точки зору дме і рухається має однакові ефекти. Отже, швидкість щодо повітря - поняття відносне. Його можна отримати або шляхом переміщення предмета в обсязі повітря в спокої (швидкість руху об'єкта), або за швидкістю повітря, що надходить на об'єкт у спокої (вдих). Цей рух повітря по відношенню до об'єкта називається "відносним вітром".

полю

Моделізація:

Для пояснення уявіть крило, поміщене в тягу, і спостерігайте, що відбувається.
Ми підемо за двома частинками повітря. Той, хто пройде верхню поверхню, пройде довгий шлях, ніж той, який пройде нижню поверхню. Тому їй доведеться пришвидшити, щоб прибути одночасно з іншою.

Фізичне правило полягає в тому, що тиск змінюється в протилежному напрямку швидкості: отже, чим більше рідина прискорюється, тим більше тиск цієї рідини зменшується. Ця різниця швидкостей призведе до різниці тисків між верхньою та нижньою частинами крила.

Як ми щойно побачили, повітряні трубки, які рухатимуться у верхній частині крила, матимуть більшу швидкість, ніж ті, які рухатимуться по нижній частині крила (відстань, яку потрібно подолати на верхній поверхні, важливіша, ніж для внутрішньо).

На цій схемі ми проілюстрували поля тиску, що чиняться на крило. Ви помітите, що верхня частина крила (верхня поверхня) знаходиться під меншим тиском, ніж нижня сторона крила (нижня поверхня), тому вона знаходиться в депресії.

Поглиблення на верхній поверхні і тиск на нижню поверхню крила створюють несучу силу, спрямовану вгору.

Ця сила називається «аеродинамічним результатом».
Ця сила може бути піднятою, якщо профіль крила має правильну форму. Аеродинамічний результат орієнтований вгору і трохи назад.

Ми бачимо, що аеродинамічна результуюча речовина (R) діє на планер двояко.

Він має несучий ефект, змушуючи планер підніматися.
Він схильний протистояти руху планера в потоці.

Зверніть увагу, що підйомник перпендикулярний відносному вітру, і тому він не завжди вертикальний (уявіть собі планер, який робить пілотаж).

Експерименти показують, що підйом Rz і перетягування Rx залежать від:

  • З густини повітря (rho)
  • швидкості повітряного потоку V
  • поверхні крила S
  • коефіцієнта аеродинаміки, який ми позначаємо Cz і Cx за аналогією з Rz і Rx і які змінюються залежно від падіння, форми крила, стану його поверхні

Отриманий аеродинамічний “R” (RA на діаграмі) ми розбиємо умовно на дві сили, що відповідають цим двом ефектам:

  • Примітка “Підйом” RZ, перпендикулярна відносному вітру, що дозволяє підйом,
  • "Перетягування", примітка RX, паралельно відносному вітру, який протистоїть зміщенню.

Всякий раз, коли є підйом, навколо профілю обов’язково є вихор. Цей вихор відповідає за певні неприємності. Що відбувається на кінчику крила ?
Більше не стикаючись з поверхнею, яка його спрямовує, вихор складається назад до кінчика крила під впливом відносного вітру.
Ця частина вихору називається «граничним вихором». Це має два наслідки:

  • він генерує індуковане опору (індуковане підйомом),
  • це генерує тертя.

Звичайно, ці стежки будуть чинити опір просуванню планера.

Це одна з причин, чому крила планерів вузькі та довгі, справді вихор менш важливий для цього типу профілю (зменшення індукованого опору) порівняно з класичними профілями (площиною), які вони шукають '. інші показники і компенсує роботу двигуна .

Планер розвивається на 3 осях навколо центру ваги.
Для того, щоб він міг розвиватися за цими 3 осями, він обладнаний контрольними поверхнями (рухливі відростки на кінчику крила та на хвості).
Перш ніж побачити, як ці рулі керують змінами напрямку чи частоти, повернімось до теорії.
Як ми щойно побачили, повітряні потоки створюють різний тиск залежно від швидкості.
Змінюючи ці тиски, ми будемо контролювати еволюцію планера (або літака, це все одно).
Уявіть, наш кермо він рухливий і може рухатися знизу вгору (ліфт або елерони червоним і зеленим) або зліва направо (кермо синім).

Якщо ми піднімемо кермо лівого крила, ми збільшимо відстань, яку потрібно проїхати для нашої частинки повітря, яка проходить нижче, на цей раз це якщо нижня сторона керма буде чинити менше тиску, тож опускати підйом. Тому крило опуститься.
Одночасно ми робимо реверс на правому крилі, спрямований вниз руль подовжує шлях частинки, що проходить над верхньою поверхнею, підйом збільшується, крило йде вгору.

Ви все зрозуміли? Тож продовжимо. Ось ми в повітрі, керуючи своїм планером. Ручкою праворуч, щоб повернути праворуч. Ми відразу помічаємо химерне явище.
Ліве крило відступає відносно правого, і більше, ніж бажано, ніс планера піднімається вліво.

Пояснення: орієнтуючи наші контрольні поверхні, ми граємо на підйомнику. (зменшення праворуч, збільшення ліворуч). Так, але це у вас є, у свою чергу зовнішнє крило в повороті відчуватиме відносний вітер, який важливіший (він йде швидше), ніж внутрішнє крило. В результаті підйомник збільшиться, але і опір зросте !

Ці явища уповільнюють крило, ми називаємо їх "зворотне похитування" та "індукований крен".

Зверніть увагу, що планер або літак літає навіть у цій ситуації, але створює значне опору (отже, втрата швидкості та збільшення швидкості потоплення) іноді небезпечно.

Щоб скасувати наслідки зворотного похитування, на хвіст планера розміщували вертикальний руль, який називався «дрейфом» або «кермом». Його дія контролюється підйомником.

Працюючи кермом (отже, кермом) у напрямку повороту, планер повертається до симетричного польоту щодо відносного вітру.
Ця маніпуляція, додана до руху ручки, називається "спряження".

На планері є 2 прилади, які дозволяють контролювати точність «симетрії» польоту.
“Пасмо вовни” (орієнтована на відносному вітрі, див. Схему) та “куля”. Якщо планер ковзає, досить пограти або на елеронах, або на кермі, щоб повернути планер назад.

Це поняття є важливим, оскільки воно генерує, як ми щойно бачили, значне опору, яке впливає на експлуатаційні характеристики планера.

Таким чином, протягом польоту пілот контролюватиме та виправлятиме природні тенденції планера до заносу при в’їзді на поворот.

Ось схематично дії спряження відповідно:

  • правий поворот

Ми представляємо тут дії на палицю носом вгору і вниз, з їх впливом на аеродинамічні результати.

У випадку планера, що спрямовує ніс, збільшений кут атаки (кут між хордою профілю крила та відносним вітром) призводить до збільшення підйому. Аеродинамічний результат більше, ніж очевидна вага планера, він зростає.

Тут явище навпаки, занурившись, ми зменшуємо кут атаки і одночасно підйом. Аеродинамічний результат менше очевидної ваги планера, він падає.

При стабілізованому польоті аеродинамічна результуюча рівноважує вагу планера. Він стабільний.

Зверніть увагу, що у планера в цьому випадку планер систематично перебуває у невеликій конфігурації, що спрямована вниз.

Ми обговоримо наслідки включення різних сил у дії.

На діаграмі навпроти планер знаходиться в рівновазі, отримана аеродинаміка врівноважує видиму вагу.

Щоб викликати поворот, потрібно створити бічну силу, перпендикулярну траєкторії. Ця сила досягається нахилом планера. Результат аеродинаміки залишається перпендикулярним крилам, з’являється горизонтальна сила, яка відхиляє траєкторію і, таким чином, створює поворот.

Коли ми нахиляємо планер, ми нахиляємо його аеродинамічний результат, не змінюючи його, але його вертикальна складова, протилежна вазі, стає недостатньою, виникає дисбаланс.

Щоб відновити рівновагу у вертикальній площині, потрібно буде збільшувати значення результуючої, поки вертикальна складова знову не стане рівною вазі.

Коли планер перебуває у стабілізованому повороті, його аеродинаміка в результаті більша, ніж отримана аеродинаміка по прямій.

Ми виражаємо це відношення наступним чином:
RA/PA = RA ’/ RA, RA’, в свою чергу, є результуючою аеродинамікою.
Результат цього раціону називається “коефіцієнтом навантаження” (n).