Голландский крен — это тип движения самолета , состоящий из противофазной комбинации «вибрирования хвостом» (рыскание) и покачивания из стороны в сторону (крен). Эта связь рыскания и крена является одним из основных динамических режимов полета (другие включают фугоид , короткий период и спиральное расхождение ). Это движение обычно хорошо демпфируется в большинстве легких самолетов, хотя на некоторых самолетах с хорошо демпфированными режимами голландского крена демпфирование может ухудшаться по мере уменьшения воздушной скорости и увеличения высоты . Устойчивость голландского крена можно искусственно увеличить за счет установки демпфера рыскания . Крылья, расположенные значительно выше центра тяжести, стреловидные ( стреловидные крылья ) и двугранные крылья имеют тенденцию увеличивать восстанавливающую силу крена и, следовательно, усиливать тенденцию голландского крена; именно поэтому самолеты с высоким крылом часто имеют слегка анэдральную форму , а самолеты транспортной категории со стреловидным крылом оснащены демпферами рыскания. Аналогичное явление может произойти в прицепе, запряженном автомобилем.
В конструкции самолета голландский крен является результатом относительно более слабой положительной курсовой устойчивости по сравнению с положительной боковой устойчивостью . При крене самолета вокруг продольной оси в относительный ветер в направлении движения крена вносится боковое скольжение (за счет боковой составляющей подъемной силы при невыровнености крыльев). Сильная боковая устойчивость (из-за более прямого потока воздуха мимо нижнего крыла, которое было повернуто вперед из-за скольжения) начинает возвращать самолет к горизонтальному полету. В то же время несколько более слабая путевая устойчивость (из-за большего сопротивления крыла, которое теперь создает большую подъемную силу, а также из-за аэродинамической силы на вертикальном киле из-за рыскания) пытается исправить боковое скольжение, выравнивая самолет по воспринимаемой высоте. относительный ветер. Поскольку путевая устойчивость у конкретного самолета слабее, чем поперечная, восстанавливающееся рыскание значительно отстает от восстанавливающегося крена. Самолет проходит горизонтальный полет, поскольку рыскание продолжается в направлении первоначального крена. В этот момент боковое скольжение происходит в противоположном направлении, и процесс меняется на обратный.
Существует компромисс между курсовой и боковой устойчивостью. Большая поперечная устойчивость приводит к большей устойчивости спирали и меньшей колебательной устойчивости. Большая направленная устойчивость приводит к спиральной нестабильности, но к большей колебательной устойчивости. [1]
Наиболее распространенным механизмом возникновения голландского крена является рыскание, которое может быть вызвано любым количеством факторов. Когда самолет со стреловидным крылом отклоняется от курса (например, вправо), левое крыло становится менее стреловидным, чем правое, в зависимости от относительного ветра. Из-за этого левое крыло развивает большую подъемную силу, чем правое, что приводит к крену самолета вправо. Это движение продолжается до тех пор, пока угол рыскания самолета не достигнет точки, в которой вертикальный стабилизатор фактически становится флюгером и меняет направление рыскания. Когда самолет отклоняется назад влево, правое крыло становится менее стреловидным, чем левое, в результате чего правое крыло развивает большую подъемную силу, чем левое. Затем самолет катится влево, когда угол рыскания снова достигает точки, когда флюгер самолета поворачивается в другом направлении, и весь процесс повторяется. Средняя продолжительность полупериода голландского ролла составляет 2–3 секунды.
Режим голландского крена можно активировать любым использованием элеронов или руля направления , но в целях летных испытаний он обычно активируется синглетом руля направления (короткое резкое движение руля направления на заданный угол, а затем обратно в центральное положение) или дублет (пара таких движений в противоположных направлениях). Некоторые более крупные самолеты лучше возбуждаются элеронами. Периоды могут варьироваться от нескольких секунд для легких самолетов до минуты и более для авиалайнеров . [ нужна цитата ]
Текс Джонстон описывает голландский крен как «...неотъемлемую характеристику самолетов со стреловидным крылом. Он начинается с рыскания. В самолете со стреловидным крылом на 35 градусов рыскание сопровождается одновременным креном в направлении рыскания. Крен вызван изменением коэффициента подъемной силы при изменении траектории воздушного потока по крылу. Например, при рыскании влево левое крыло поворачивается назад, так что поток воздуха смещается по размаху от своего обычного пути вперед-назад по аэродинамическому профилю. Это уменьшает подъемную силу. Одновременно с этим наступающее правое крыло получает больший поток по хорде, и поэтому его подъемная сила увеличивается. В сочетании эти два условия создают левый крен. Аналогичным образом, рыскание вправо приводит к крену вправо. колебание установлено». [2]
Голландский перекат - это также название (которое профессионалы считают неправильным), данное координационному маневру , которому обычно обучают пилотов -студентов для улучшения их техники «ручки и руля направления». Самолет поочередно кренится на 60 градусов влево и вправо, при этом руль направления используется для удержания носа самолета в фиксированной точке. Точнее, это практическое упражнение по координации руля направления, призванное научить пилота-студента корректировать эффект, известный как неблагоприятное рыскание элеронов во время крена.
Этот метод координации лучше называть «качкой по курсу», при которой самолет перекатывается таким образом, чтобы поддерживать точный курс без движения носа из стороны в сторону (или рыскания). Рыскание вызывается за счет использования только элеронов из-за сопротивления элеронов, при этом подъемное крыло (элероны вниз) выполняет больше работы, чем опускающееся крыло (элероны вверх), и, следовательно, создает большее сопротивление, заставляя подъемное крыло назад, отклоняясь от курса. самолет навстречу ему. Этот эффект рыскания, вызванный движением крена, известен как неблагоприятное рыскание. Этому необходимо противодействовать, применяя руль направления в том же направлении , что и управление элеронами (левый стик, левый руль направления – правый стик, правый руль направления). Если все сделано правильно, это называется синхронизированным управлением, и его трудно освоить и хорошо применить. Правильная величина руля направления для применения с элеронами различна для каждого самолета.
Происхождение названия голландский ролл неясно. Однако вполне вероятно, что этот термин, описывающий боковое асимметричное движение самолета, был заимствован из ссылки на аналогичное движение при катании на коньках . В 1916 году авиационный инженер Джером К. Хансакер опубликовал: «Голландский крен – третий элемент [бокового] движения [самолета] представляет собой рыскание вправо и влево в сочетании с качкой. Движение является колебательным с периодом 7 до 12 секунд, которые могут быть демпфированы, а могут и не демпфироваться. Аналогия с «Dutch Roll» или «Outer Edge» в катании на коньках очевидна». [3] В 1916 году голландский ролл - это термин, используемый для обозначения повторяющегося катания вправо и влево (по аналогии с движением, описанным для самолета) на внешнем крае коньков. К 1916 году этот термин был импортирован из катания на коньках в авиационную технику, возможно, самим Хансакером. В 1916 году было всего пять лет после того, как Г.Х. Брайан провел первый математический анализ бокового движения самолетов в 1911 году. [4]