В авиации говорят, что самолет имеет ослабленную устойчивость , если он имеет низкую или отрицательную устойчивость . [1] [2]
Самолет с отрицательной устойчивостью будет иметь тенденцию самопроизвольно изменять углы тангажа и крена . Самолет с отрицательной устойчивостью нельзя балансировать для поддержания определенного положения , и при нарушении тангажа или крена он будет продолжать крениться или крениться в направлении возмущения с постоянно возрастающей скоростью.
Это можно противопоставить поведению самолета с положительной устойчивостью, который можно настроить для полета в определенном положении, которое он будет продолжать поддерживать в отсутствие управляющего воздействия, и, если его возмутить, будет совершать простые гармонические колебания . уменьшение масштаба вокруг и, в конечном итоге, возвращение к урезанному положению. [ нужна цитата ] Положительно устойчивый самолет также будет сопротивляться любому движению крена. Cessna 152 является примером стабильного самолета. Точно так же самолет с нейтральной устойчивостью не вернется в исходное положение без управления, а будет продолжать катиться или наклоняться с постоянной (ни возрастающей, ни уменьшающейся) скоростью. [ нужна цитата ]
Ранние попытки полета на самолетах тяжелее воздуха были отмечены иной концепцией устойчивости, чем та, которая используется сегодня. Большинство исследователей в области авиации рассматривали полет так, как если бы он не сильно отличался от передвижения по поверхности, за исключением того, что поверхность была приподнята. Они думали об изменении направления с помощью руля корабля , чтобы летательный аппарат оставался в воздухе практически ровно, как это делал автомобиль или корабль на поверхности. Идея намеренно наклониться или перевернуться в сторону либо казалась нежелательной, либо не приходила им в голову. [3]
Некоторые из этих ранних исследователей, в том числе Лэнгли , Шанют , а позже Сантос-Дюмон и братья Вуазен , искали идеал «врожденной устойчивости» в очень сильном смысле, полагая, что летательный аппарат должен быть сконструирован таким образом, чтобы автоматически перекатываться в горизонтальное ( боковое) положение . ) положение после любого возмущения. Они добились этого с помощью сотовых крыльев Харгрейва (крылья с коробчатой структурой, включая вертикальные панели) и сильно двугранных крыльев. В большинстве случаев они не включали в себя никаких средств, позволяющих пилоту управлять креном самолета [4] [ нужна страница ] — они могли управлять только рулем высоты и рулем направления. Непредсказуемый эффект заключался в том, что самолет стало очень трудно повернуть, не перекатываясь. [4] [ нужна страница ] [5] При приземлении на них также сильно влияли боковые порывы ветра и боковой ветер. [ нужна цитата ]
Братья Райт спроектировали свой первый флаер с двигателем в 1903 году с угловатыми (опущенными) крыльями, которые по своей природе нестабильны. Они показали, что пилот может сохранять контроль над боковым креном, и для летательного аппарата это был хороший способ развернуться — « крениться » или «наклоняться» в повороте, как птица или как человек, едущий на велосипеде. [6] Не менее важно и то, что этот метод позволит восстановиться, когда ветер наклонит машину в сторону. Хотя он использовался в 1903 году, он не стал широко известен в Европе до августа 1908 года, когда Уилбур Райт продемонстрировал европейским авиаторам важность скоординированного использования руля высоты, руля направления и управления креном для выполнения эффективных разворотов. [ нужна цитата ]
Вертикальное расположение крыла изменяет устойчивость самолета по крену.
Современные военные самолеты, особенно малозаметные (« стелс ») конструкции, часто демонстрируют нестабильность из-за своей формы. Например, Lockheed F-117 Nighthawk использует весьма нетрадиционную форму фюзеляжа и крыла , чтобы уменьшить его радиолокационное сечение и позволить ему преодолевать средства ПВО с относительной безнаказанностью. Однако плоские грани конструкции снижают ее устойчивость до такой степени, что для ее полета требуется компьютеризированная электродистанционная система управления. [7]
Конструкции с ослабленной устойчивостью не ограничиваются военными самолетами. McDonnell Douglas MD-11 имеет конструкцию нейтральной устойчивости, реализованную для экономии топлива. Чтобы обеспечить устойчивость и безопасный полет, была введена система повышения продольной устойчивости (LSAS ), которая компенсирует довольно короткий горизонтальный стабилизатор MD-11 и гарантирует сохранение устойчивости самолета. [8] Однако бывали инциденты, когда ослабленная устойчивость MD-11 приводила к «сбою в полете». [9]
В истребителях последнего поколения [ необходимы пояснения ] часто используются элементы конструкции, которые снижают устойчивость ради увеличения маневренности . Большая стабильность приводит к меньшему авторитету поверхности управления; следовательно, менее стабильная конструкция будет быстрее реагировать на управляющие входы. Это очень востребовано в конструкции истребителей.
Менее устойчивому самолету требуются меньшие отклонения органов управления для начала маневрирования; следовательно, напряжения, вызываемые сопротивлением и поверхностью управления, будут уменьшены, а отзывчивость самолета будет улучшена. Поскольку эти характеристики обычно затрудняют или делают невозможным управление пилотом, искусственная устойчивость обычно создается с использованием компьютеров, сервоприводов и датчиков как частей электродистанционной системы управления. [ нужна цитата ]