_taxying_for_take_off_at_Bristol_Airport,_England_14May2019.jpg/1280px-Dihedral_on_a_TUI_Boeing_737-800_(G-TAWJ)_taxying_for_take_off_at_Bristol_Airport,_England_14May2019.jpg)
.svg/1280px-Dihedral_and_anhedral_angle_(aircraft_wing).svg.png)
В воздухоплавании двугранник — это угол между левым и правым крыльями (или хвостовым оперением) самолета. «Двугранный» также используется для описания влияния бокового скольжения на крен самолета.
Двугранный угол - это угол вверх от горизонтали крыльев или хвостового оперения самолета . «Анэдральный угол» - это название отрицательного двугранного угла, то есть угла наклона вниз от горизонтали крыльев или хвостового оперения самолета с неподвижным крылом.
Двугранный угол оказывает сильное влияние на двугранный эффект , названный в его честь. Двугранный эффект — это величина момента крена , пропорциональная величине бокового скольжения . Двугранный эффект является решающим фактором устойчивости самолета вокруг оси крена ( спиральный режим ). Это также имеет отношение к природе колебаний самолета по голландскому крену и к маневренности вокруг оси крена .
Продольный двугранник — сравнительно неясный термин, относящийся к оси тангажа самолета. Это угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью нулевой подъемной силы горизонтального оперения. Продольный двугранник может влиять на характер управляемости относительно оси тангажа и характер колебаний самолета по фугоидной моде.
Когда термин «двугранный угол» (самолета) используется сам по себе, он обычно означает «двугранный угол ». Однако в противном случае контекст может указывать на то, что «двугранный эффект » является подразумеваемым значением.
Двугранный угол - это угол вверх от горизонтали крыльев самолета или любых парных номинально-горизонтальных поверхностей на любом самолете . Этот термин также может применяться к крыльям птицы . Двугранный угол также используется в некоторых типах воздушных змеев, таких как коробчатые воздушные змеи. Крылья, имеющие более одного изменения угла по всему размаху, называются многогранными .
Двугранный угол оказывает важное стабилизирующее воздействие на летающие тела, поскольку он сильно влияет на двугранный эффект.
Двугранный эффект [1] летательного аппарата — это момент качения, возникающий в результате наличия у транспортного средства ненулевого угла скольжения . Увеличение двугранного угла самолета увеличивает двугранное воздействие на него. Однако многие другие параметры самолета также оказывают сильное влияние на двугранный эффект. Вот некоторые из этих важных факторов: стреловидность крыла , вертикальный центр тяжести , а также высота и размер всего, что находится на самолете, что меняет боковую силу при изменении бокового скольжения .
Двугранный угол на самолете почти всегда подразумевает угол между двумя парными поверхностями, по одной с каждой стороны самолета . Даже в этом случае он почти всегда находится между левым и правым флангами . Однако математически двугранник означает угол между любыми двумя плоскостями. Так, в воздухоплавании в одном случае термин «двугранник» применяется для обозначения разницы углов между двумя передними и задними поверхностями:
Продольный двугранник - это разница между углом падения корневой хорды крыла и углом падения горизонтальной корневой хорды хвостового оперения.
Продольный двугранник может также означать угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью нулевой подъемной силы горизонтального оперения, а не между корневыми хордами двух поверхностей. Это более осмысленное использование, поскольку направления нулевой подъемной силы относятся к дифференту и устойчивости, а направления корневых хорд - нет.
Это измерение также часто называют декаляжем .
В геометрии двугранный угол — это угол между двумя плоскостями. Использование в авиации немного отличается от использования в геометрии. В авиации использование « диэдра » развилось для обозначения положительного угла вверх между левым и правым крыльями, в то время как использование с префиксом «ан-» (как в слове « эдрал ») развилось для обозначения отрицательного угла вниз между левым и правым крыльями. крылья.
Аэродинамические стабилизирующие свойства двугранного угла были описаны во влиятельной статье 1810 года сэра Джорджа Кэли . [2]
При анализе устойчивости самолета двугранный эффект также является производной устойчивости , называемой C l [примечание 1] , что означает изменение коэффициента момента качения (« C l ») [примечание 2] на градус (или радиан) изменения угла бокового скольжения . (« »).
Целью двугранного эффекта является обеспечение устойчивости оси крена. Это важный фактор стабильности спирального режима , который иногда называют «устойчивостью крена». [примечание 3] Двугранный эффект не способствует непосредственно восстановлению «уровня крыльев», но косвенно помогает восстановить «уровень крыльев» через свое влияние на спиральный режим движения, описанный ниже.
Конструкторы самолетов могут увеличить двугранный угол, чтобы обеспечить больший зазор между законцовками крыла и взлетно-посадочной полосой. Это вызывает особую озабоченность в отношении самолетов со стреловидным крылом , законцовки крыла которых могут удариться о взлетно-посадочную полосу при вращении/приземлении. В военных самолетах двугранное угловое пространство может быть использовано для установки техники и подвесных баков на узлах подвески крыла, особенно на самолетах с низким крылом. Увеличенный двугранный эффект, вызванный таким выбором конструкции, возможно, придется компенсировать, возможно, за счет уменьшения двугранного угла горизонтального оперения.
При проектировании самолета с неподвижным крылом (или любого самолета с горизонтальными поверхностями) изменение двугранного угла обычно является относительно простым способом регулировки общего двугранного эффекта. Это сделано для того, чтобы компенсировать влияние других элементов дизайна на двугранный эффект. Эти другие элементы (такие как стреловидность крыла, точка вертикального крепления крыла и т. д.) изменить может быть сложнее, чем двугранный угол. В результате на разных типах самолетов можно обнаружить разную величину двугранного угла. Например, двугранный угол обычно больше у самолетов с низким крылом, чем у аналогичных самолетов с высоким крылом. Это связано с тем, что «высота» крыла (или «низкость» вертикального центра тяжести по сравнению с крылом), естественно, сама по себе создает больший двугранный эффект. Благодаря этому для получения необходимого двугранного эффекта требуется меньший двугранный угол.
Двугранный эффект определяется просто как момент качения, вызванный боковым скольжением, и ничем больше. Моменты качения, вызванные другими причинами, которые могут быть связаны с скольжением, имеют разные названия.
Двугранный эффект не вызван ни скоростью рыскания , ни скоростью изменения бокового скольжения . Поскольку пилоты замечают двугранный эффект при «руле направления», многие пилоты и другие околоэксперты объясняют, что момент крена возникает из-за того, что одно крыло движется по воздуху быстрее, а другое — медленнее. Действительно, это реальные эффекты, но это не двугранный эффект, который возникает из-за нахождения под углом бокового скольжения, а не из-за попадания в него. Эти другие эффекты называются «моментом крена из-за скорости рыскания» и «моментом крена из-за скорости бокового скольжения» соответственно.
Двугранный эффект сам по себе не является устойчивостью крена. Устойчивость к крену менее двусмысленно называют «стабильностью спирального режима», и двугранный эффект является способствующим этому фактором.
Двугранный угол способствует общему двугранному эффекту самолета. В свою очередь, двугранный эффект способствует устойчивости спиральной моды . Стабильный спиральный режим приведет к тому, что самолет в конечном итоге вернется к номинальному углу крена «на уровне крыльев», когда угол крыльев изменится и станет невыровненным. [примечание 4]
Если возмущение заставляет самолет откатиться от его нормального положения на уровне крыльев, как показано на рисунке 1, самолет начнет двигаться несколько в сторону к нижнему крылу. [3] На рисунке 2 траектория полета самолета начала смещаться влево, в то время как нос самолета все еще указывает в исходном направлении. Это означает, что встречный воздух поступает несколько слева от носа. У самолета теперь помимо угла крена есть угол бокового скольжения . На рисунке 2 показан самолет в том виде, в каком он встречается с набегающим воздухом.
На рисунке 2 условия бокового скольжения приводят к большему углу атаки крыла с рысканием вперед и меньшему углу атаки к крылу с рысканием назад. Это изменение угла атаки из-за бокового скольжения видно на рисунке 2. Поскольку больший угол атаки создает большую подъемную силу (в обычном случае, когда крыло не находится на грани сваливания), переднее крыло будет иметь большую подъемную силу, а заднее крыло - меньше подъем. Эта разница в подъемной силе между крыльями представляет собой момент качения, вызванный боковым скольжением. Это вклад в общий двугранный эффект самолета.
Крутящий момент, создаваемый боковым скольжением (обозначенный буквой «P») , стремится откатить самолет обратно на уровень крыльев. Более двугранный эффект пытается повернуть крылья в направлении «выравнивания» сильнее, а меньший двугранный эффект пытается менее сильно повернуть крылья в направлении «выравнивания». Двугранный эффект помогает стабилизировать спиральный режим, стремясь развернуть крылья к уровню пропорционально величине возникающего бокового скольжения. Однако это еще не вся картина. В то же время угол бокового скольжения увеличивается, вертикальный плавник пытается повернуть нос обратно против ветра, подобно флюгеру, сводя к минимуму возможное боковое скольжение. Если нет бокового скольжения, то не может быть и восстанавливающего момента качения. Чем меньше боковое скольжение, тем меньше восстанавливающий момент качения. Устойчивость к рысканью, создаваемая вертикальным килем, противодействует тенденции двугранного эффекта к откатыванию крыльев назад, ограничивая боковое скольжение.
Спиральный режим — это тенденция медленного отклонения от уровня крыльев или тенденция медленного возвращения на уровень крыльев. Если спиральный режим устойчив, самолет будет медленно возвращаться на уровень крыльев, если он неустойчив, самолет будет медленно отклоняться от уровня крыльев. Двугранный эффект и устойчивость по рысканью являются двумя основными факторами, влияющими на стабильность спиральной моды, хотя есть и другие факторы, которые влияют на нее менее сильно.
Факторы конструкции, помимо двугранного угла, также способствуют двугранному эффекту. Каждый из них в большей или меньшей степени увеличивает или уменьшает общий двугранный эффект самолета.
Стреловидность крыла также увеличивает двугранный эффект примерно на 1 ° эффективного двугранного угла на каждые 10 ° стреловидности. [4] Это одна из причин двугранной конфигурации на самолетах с большим углом стреловидности, а также на некоторых авиалайнерах, даже на низкопланах, таких как Ту -134 и Ту-154 , с небольшими немецкими бипланами 1930-1945 гг. Bücker Flugzeugbau , двухместный учебно-тренировочный самолет Bucker Jungmann и более известный биплан Bücker Jungmeister для соревнований по высшему пилотажу, оба имели стреловидность крыла примерно 11 °, что придавало обеим конструкциям определенный двугранный эффект, помимо небольшого количества двугранных углов, также присутствовали конструкции обоих бипланов.
Центр масс , обычно называемый центром тяжести или «ЦТ», является точкой равновесия самолета. Если подвесить в этой точке и позволить вращаться, тело (самолет) будет сбалансировано. Расположение центра тяжести спереди назад имеет первостепенное значение для общей устойчивости самолета, но вертикальное расположение также имеет важные последствия.
Вертикальное расположение ЦТ меняет величину двугранного эффекта. По мере того как «вертикальная центральная точка» перемещается ниже, двугранный эффект увеличивается. Это вызвано тем, что центр подъемной силы и сопротивления находится выше центра тяжести и имеет более длинное плечо момента. Таким образом, те же силы, которые изменяются при изменении бокового скольжения (в первую очередь боковая сила, а также подъемная сила и сопротивление), создают больший момент относительно центра тяжести самолета. Иногда это называют эффектом маятника . [примечание 5]
Крайним примером влияния вертикальной ЦТ на двугранный эффект является параплан . Эффект двугранности, создаваемый очень низким вертикальным центром тяжести, более чем компенсирует отрицательный эффект двугранности, создаваемый сильным углом наклона [примечание 6] обязательно сильно изогнутого вниз крыла.
Расположение крыла самолета также будет влиять на его двугранный эффект. Конфигурация с высоким крылом обеспечивает эффективный двугранный угол примерно на 5° по сравнению с конфигурацией с низким крылом. [4]
Побочным эффектом слишком сильного двугранного эффекта, вызванного, среди прочего, чрезмерным двугранным углом, может быть соединение рыскания и крена (склонность самолета к голландскому крену ). Это может быть неприятно, а в экстремальных условиях может привести к потере управления или перегрузке самолета.
Военные истребители часто имеют угол, близкий к нулю, или даже угол, уменьшающий двугранный эффект и, следовательно, снижающий стабильность спирального режима. Это увеличивает маневренность, которая желательна для самолетов типа истребителей.
Анэдральные углы также наблюдаются на самолетах с высоко расположенным крылом, таких как очень большой Ан-124 и грузовой самолет Lockheed C-5 Galaxy . В таких конструкциях высоко расположенное крыло находится над центром тяжести самолета , что создает дополнительный двугранный эффект из-за эффекта маятника (также называемого эффектом киля ), поэтому дополнительный двугранный угол часто не требуется. Такие конструкции могут иметь чрезмерный двугранный эффект и, следовательно, быть чрезмерно устойчивыми в спиральном режиме, поэтому к крылу добавляется угловой угол, чтобы компенсировать часть двугранного эффекта и облегчить маневрирование самолета.
,_in_1943.jpg/1280px-F4U-1_Corsair_of_VF-17_bouncing_during_landing_aboard_USS_Bunker_Hill_(CV-17),_in_1943.jpg)
Большинство самолетов спроектированы с плоскими крыльями с простым двугранным (или двугранным) крылом. Некоторые старые самолеты, такие как Бе-12 Бериева, имели крыло типа «чайка» , изогнутое у корня. Другие , такие как Vought F4U Corsair , использовали конструкцию перевернутого крыла чайки, которая позволяла использовать более короткие посадочные стойки и дополнительный дорожный просвет для больших винтов и внешних полезных нагрузок, таких как внешние топливные баки или бомбы . Современные конструкции многогранных крыльев обычно изгибаются вверх возле законцовок крыла (также известных как двугранные кончики ), увеличивая двугранный эффект без увеличения угла, который крылья встречаются у основания, который может быть ограничен для соответствия другим критериям конструкции.
Многогранник встречается на планерах и некоторых других летательных аппаратах. McDonnell Douglas F-4 Phantom II является одним из таких примеров, уникальным среди реактивных истребителей благодаря двугранным законцовкам крыла. Это было добавлено после того, как летные испытания прототипа с плоским крылом показали необходимость исправить некоторую непредвиденную нестабильность спирального режима - наклон законцовок крыла, которые уже были предназначены для складывания для операций авианосца, был более практичным решением, чем модернизация всего крыла. [5]
