В авиации говорят, что самолет имеет ослабленную устойчивость , если он имеет низкую или отрицательную устойчивость . [1] [2]
Самолет с отрицательной устойчивостью будет иметь тенденцию к спонтанному изменению углов тангажа и крена . Самолет с отрицательной устойчивостью не может быть сбалансирован для поддержания определенного положения и будет, будучи возмущенным по тангажу или крену, продолжать крениться или наклоняться в направлении возмущения со все возрастающей скоростью.
Это можно сравнить с поведением самолета с положительной устойчивостью, который можно настроить на полет в определенном положении, которое он будет продолжать поддерживать при отсутствии управляющего воздействия, и, если его возмущение будет колебаться в простом гармоническом движении в уменьшающемся масштабе вокруг уравновешенного положения и в конечном итоге вернется к нему. [ необходима цитата ] Положительно устойчивый самолет также будет сопротивляться любому движению крена. Cessna 152 является примером устойчивого самолета. Аналогично, самолет с нейтральной устойчивостью не вернется в свое исходное положение без управляющего воздействия, но будет продолжать крениться или наклоняться с постоянной (ни увеличивающейся, ни уменьшающейся) скоростью. [ необходима цитата ]
Ранние попытки полета тяжелее воздуха были отмечены иной концепцией устойчивости, чем та, что используется сегодня. Большинство исследователей-аэронавтов считали полет не таким уж и отличным от передвижения по поверхности, за исключением того, что поверхность была приподнята. Они думали об изменении направления в терминах руля корабля , поэтому летательный аппарат оставался бы по существу ровным в воздухе, как это делали автомобиль или корабль на поверхности. Идея преднамеренного наклона или крена в одну сторону либо казалась нежелательной, либо не приходила им в голову. [3]
Некоторые из этих ранних исследователей, включая Лэнгли , Шанюта , а позже Сантос-Дюмона и братьев Вуазен , стремились к идеалу «внутренней устойчивости» в очень строгом смысле, полагая, что летательный аппарат должен быть построен так, чтобы автоматически переходить в горизонтальное ( боковое ) положение после любого возмущения. Они достигли этого с помощью сотовых крыльев Харгрейва (крылья с коробчатой конструкцией воздушного змея , включая вертикальные панели) и сильно двугранных крыльев. В большинстве случаев они не включали никаких средств для пилота, чтобы контролировать крен самолета [4] [ нужна страница ] — они могли управлять только рулем высоты и рулем направления. Непредсказуемым эффектом этого было то, что было очень трудно повернуть самолет без крена. [4] [ нужна страница ] [5] Они также сильно страдали от боковых порывов и бокового ветра при посадке. [ нужна цитата ]
Братья Райт спроектировали свой первый летательный аппарат 1903 года с анэдральными (опускающимися) крыльями, которые по своей природе нестабильны. Они показали, что пилот может сохранять контроль над боковым креном, и это был хороший способ для летательного аппарата поворачивать — «наклоняться » или «наклоняться» в поворот, как птица или как человек, едущий на велосипеде. [6] Не менее важно, что этот метод позволял восстанавливаться, когда ветер наклонял машину в одну сторону. Хотя он использовался в 1903 году, он не стал широко известен в Европе до августа 1908 года, когда Уилбур Райт продемонстрировал европейским летчикам важность скоординированного использования руля высоты, руля направления и управления креном для выполнения эффективных поворотов. [ требуется ссылка ]
Вертикальное положение крыла изменяет поперечную устойчивость самолета.
Современные военные самолеты, особенно малозаметные (« стелс ») конструкции, часто демонстрируют неустойчивость из-за своей формы. Например, Lockheed F-117 Nighthawk использует весьма нетрадиционную форму фюзеляжа и крыла, чтобы уменьшить его радиолокационную поверхность рассеяния и позволить ему относительно безнаказанно проникать в систему ПВО. Однако плоские грани конструкции снижают его устойчивость до такой степени, что для полета требуется компьютеризированная система управления по проводам . [7]
Конструкции с ослабленной устойчивостью не ограничиваются военными самолетами. McDonnell Douglas MD-11 имеет конструкцию нейтральной устойчивости, которая была реализована для экономии топлива. Для обеспечения устойчивости для безопасного полета была введена система LSAS ( система повышения продольной устойчивости ), чтобы компенсировать довольно короткий горизонтальный стабилизатор MD-11 и гарантировать, что самолет останется устойчивым. [8] Однако были инциденты, в которых ослабленная устойчивость MD-11 вызывала «полетное расстройство». [9]
Многие современные истребители часто используют элементы конструкции, которые уменьшают устойчивость для повышения маневренности . Большая устойчивость приводит к меньшему авторитету поверхности управления; следовательно, менее устойчивая конструкция будет иметь более быструю реакцию на управляющие воздействия. Это очень востребовано в конструкции истребителей.
Менее устойчивый самолет требует меньших отклонений управления для начала маневрирования; следовательно, сопротивление и накладываемые поверхности управления напряжения будут уменьшены, а отзывчивость самолета будет улучшена. Поскольку эти характеристики обычно делают управление пилотом сложным или невозможным, искусственная устойчивость обычно навязывается с использованием компьютеров, сервоприводов и датчиков как частей системы управления по проводам . [ необходима цитата ]