_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)
Двугранный угол — это угол, направленный вверх от горизонтали крыльев или хвостового оперения самолета с фиксированным крылом . «Угол, направленный вниз» — это название отрицательного двугранного угла, то есть угла, направленного вниз от горизонтали крыльев или хвостового оперения самолета с фиксированным крылом.
Двугранный угол оказывает сильное влияние на двугранный эффект , который назван в его честь. Двугранный эффект — это величина момента крена, создаваемого пропорционально величине бокового скольжения . Двугранный эффект является критическим фактором устойчивости самолета относительно оси крена ( спиральный режим ). Он также имеет отношение к природе голландского колебания крена самолета и к маневренности относительно оси крена .
Продольный двугранный угол — сравнительно малоизвестный термин, относящийся к оси тангажа самолета. Это угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью нулевой подъемной силы горизонтального хвоста. Продольный двугранный угол может влиять на характер управляемости относительно оси тангажа и характер колебаний самолета в фугоидной моде.
Когда термин «двугранный» (самолета) используется сам по себе, он обычно подразумевает «двугранный угол ». Однако контекст может указывать на то, что «двугранный эффект » — это предполагаемое значение.
Двугранный угол — это угол, направленный вверх от горизонтали крыльев самолета с фиксированным крылом или любых парных номинально горизонтальных поверхностей на любом самолете . Этот термин может также применяться к крыльям птицы . Двугранный угол также используется в некоторых типах воздушных змеев, таких как коробчатые воздушные змеи. Крылья с более чем одним изменением угла вдоль полного размаха называются многогранными .
Двугранный угол оказывает важное стабилизирующее воздействие на летящие тела, поскольку он оказывает сильное влияние на двугранный эффект.
Эффект двугранного угла [1] самолета — это вращающийся момент, возникающий из-за того, что транспортное средство имеет ненулевой угол бокового скольжения . Увеличение угла двугранного угла самолета увеличивает эффект двугранного угла на нем. Однако многие другие параметры самолета также оказывают сильное влияние на эффект двугранного угла. Некоторые из этих важных факторов: стреловидность крыла , вертикальный центр тяжести , а также высота и размер чего-либо на самолете, что изменяет свою 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 тогда он почти всегда находится между левым и правым крыльями . Однако математически двугранный означает угол между любыми двумя плоскостями. Так, в аэронавтике, в одном случае, термин «двугранный» применяется для обозначения разницы углов между двумя передне-задними поверхностями:
Продольный двугранный угол представляет собой разницу между углом наклона хорды корневой части крыла и углом наклона хорды горизонтального оперения.
Продольный двугранный угол может также означать угол между осью нулевой подъемной силы крыла и осью нулевой подъемной силы горизонтального хвоста, а не между корневыми хордами двух поверхностей. Это более осмысленное использование, поскольку направления нулевой подъемной силы имеют отношение к балансировке и устойчивости, а направления корневых хорд — нет.
Это измерение также часто называют декаляцией .
В геометрии двугранный угол — это угол между двумя плоскостями. Использование в авиации несколько отличается от использования в геометрии. В авиации использование « дигедральный » эволюционировало в значение положительного угла между левым и правым крыльями, в то время как использование с префиксом «ан-» (например, « ангедральный ») эволюционировало в значение отрицательного угла между крыльями, направленного вниз.
Аэродинамические стабилизирующие качества двугранного угла были описаны в влиятельной статье 1810 года сэра Джорджа Кейли . [2]
При анализе устойчивости самолета эффект двугранного угла 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 эффекта диэдра является содействие стабильности по оси крена. Это важный фактор стабильности спирального режима , который иногда называют «устойчивостью крена». [примечание 3] Эффект диэдра не способствует непосредственно восстановлению «уровня крыльев», но он косвенно помогает восстановить «уровень крыльев» через его 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 у самолетов со стреловидным крылом , законцовки крыла которых могут удариться о взлетно-посадочную полосу при вращении/приземлении. В военных самолетах пространство двугранного угла может использоваться для установки материальной части и сбрасываемых баков на опорных точках крыла, особенно в самолетах с низкими крыльями. Увеличенный двугранный эффект, вызванный этим выбором конструкции, может потребоваться компенсировать, возможно, путем уменьшения двугранного угла на горизонтальном хвосте.
При проектировании самолета с фиксированным крылом (или любого самолета с горизонтальными поверхностями) изменение угла двугранного угла обычно является относительно простым способом регулировки общего эффекта двугранного угла. Это делается для компенсации влияния других элементов конструкции на эффект двугранного угла. Эти другие элементы (такие как стреловидность крыла, вертикальная точка крепления крыла и т. д.) может быть сложнее изменить, чем угол двугранного угла. В результате на разных типах самолетов с фиксированным крылом можно обнаружить разные величины угла двугранного угла. Например, угол двугранного угла обычно больше на самолетах с низким крылом, чем на в остальном похожих самолетах с высоким крылом. Это происходит потому, что «высота» крыла (или «низкость» вертикального центра тяжести по сравнению с крылом) естественным образом создает больший эффект двугранного угла. Это делает его таким образом, чтобы получить необходимую величину эффекта двугранного угла, требуется меньший угол двугранного угла.
Эффект диэдра определяется просто как момент качения, вызванный боковым скольжением и ничем иным. Моменты качения, вызванные другими вещами, которые могут быть связаны с боковым скольжением, имеют другие названия.
Эффект диэдра не вызван ни скоростью рыскания , ни скоростью изменения бокового скольжения . Поскольку эффект диэдра замечается пилотами при «применении руля направления», многие пилоты и другие почти эксперты объясняют, что момент качения вызван тем, что одно крыло движется в воздухе быстрее, а другое — медленнее. Действительно, это реальные эффекты, но они не являются эффектом диэдра, который вызван нахождением под углом бокового скольжения, а не достижением его. Эти другие эффекты называются «моментом качения из-за скорости рыскания» и «моментом качения из-за скорости бокового скольжения» соответственно.
Эффект диэдра не является устойчивостью качения сам по себе. Устойчивость качения менее двусмысленно называется «устойчивостью спирального режима», а эффект диэдра является способствующим фактором.
Двугранный угол вносит вклад в общий двугранный эффект самолета. В свою очередь, двугранный эффект вносит вклад в устойчивость спирального режима . Устойчивый спиральный режим заставит самолет в конечном итоге вернуться к номинальному углу крена «уровня крыльев», когда угол крыльев нарушается и становится неровным. [примечание 4]
Если возмущение заставляет самолет отклониться от своего нормального положения на уровне крыльев, как на рисунке 1, самолет начнет двигаться несколько вбок 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 набегающий воздух поступает несколько слева от носа. Теперь у самолета есть угол бокового скольжения в дополнение к углу крена. На рисунке 2 показан самолет, как он предстает перед набегающим воздухом.
На рисунке 2 условия бокового скольжения создают больший угол атаки на крыле с отклонением вперед и меньший угол атаки на крыле с отклонением назад. Это изменение угла атаки боковым скольжением 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 — меньшую. Эта разница в подъемной силе между крыльями является вращательным моментом, и он вызван боковым скольжением. Это вклад в общий двугранный эффект самолета.
Кренящий момент, создаваемый боковым скольжением (обозначенный как «P»), имеет тенденцию к тому, чтобы откатить самолет обратно к уровню крыльев. Более сильный двугранный эффект пытается сильнее наклонить крылья в направлении «выравнивания», а меньший двугранный эффект пытается слабее наклонить крылья в направлении «выравнивания». Двугранный эффект помогает стабилизировать спиральный режим, стремясь наклонить крылья к уровню пропорционально величине нарастающего бокового скольжения. Однако это не вся картина. В то же время, когда угол бокового скольжения нарастает, вертикальный киль пытается повернуть нос обратно к ветру, подобно флюгеру, минимизируя величину бокового скольжения, которое может присутствовать. Если нет бокового скольжения, не может быть восстанавливающего момента качения. Если меньше боковое скольжение, меньше восстанавливающего момента качения. Устойчивость рыскания, создаваемая вертикальным киль, противодействует тенденции двугранного эффекта наклонять крылья обратно к уровню, ограничивая боковое скольжение.
Спиральный режим — это тенденция медленно отклоняться от уровня крыльев или тенденция медленно возвращаться к нему. Если спиральный режим стабилен, самолет будет медленно возвращаться к уровню крыльев, если он нестабилен, самолет будет медленно отклоняться от уровня крыльев. Двугранный эффект и устойчивость по рысканию — два основных фактора, которые влияют на устойчивость спирального режима, хотя есть и другие факторы, которые влияют на него менее сильно.
Факторы конструкции, отличные от двугранного угла, также способствуют двугранному эффекту. Каждый из них увеличивает или уменьшает общий двугранный эффект самолета в большей или меньшей степени.
Стреловидность крыла также увеличивает эффект двугранного угла, примерно на 1° эффективного двугранного угла на каждые 10° стреловидности. [4] Это одна из причин использования ксеноморфной конфигурации на самолетах с большим углом стреловидности, а также на некоторых авиалайнерах, даже на самолетах с низким крылом, таких как Ту-134 и Ту-154 .
В любом случае, стреловидность крыла может также иметь место при конфигурации двугранного угла. Например, два небольших биплана, выпускавшихся с 1930-х по 1945 год компанией Bücker Flugzeugbau в Германии, двухместный учебный самолет Bücker Jungmann и биплан для пилотажных соревнований Bücker Jungmeister , были спроектированы со стреловидностью приблизительно в 11 градусов, что обеспечивало значительный эффект двугранного угла — в дополнение к их малым углам двугранного угла, имеющим аналогичный, но меньший эффект.
Центр масс , обычно называемый центром тяжести или «ЦТ», является точкой равновесия самолета. Если подвесить его в этой точке и позволить вращаться, тело (самолет) будет сбалансировано. Расположение ЦТ спереди назад имеет первостепенное значение для общей устойчивости самолета, но вертикальное расположение также имеет важное значение.
Вертикальное расположение ЦТ изменяет величину двугранного эффекта. По мере того, как «вертикальный ЦТ» перемещается ниже, двугранный эффект увеличивается. Это вызвано тем, что центр подъемной силы и сопротивления находится выше ЦТ и имеет более длинное плечо момента. Таким образом, те же силы, которые изменяются при изменении бокового скольжения (в первую очередь боковая сила, но также подъемная сила и сопротивление), создают больший момент относительно ЦТ самолета. Иногда это называют эффектом маятника . [примечание 5]
Крайним примером влияния вертикального ЦТ на двугранный эффект является параплан . Двугранный эффект, создаваемый очень низким вертикальным ЦТ, более чем компенсирует отрицательный двугранный эффект, создаваемый сильным ксеноморфным [примечание 6] обязательно сильно изогнутого вниз крыла.
Расположение крыла на самолете с фиксированным крылом также влияет на его двугранный эффект. Конфигурация с высокорасположенным крылом обеспечивает около 5° эффективного двугранного угла по сравнению с конфигурацией с низкорасположенным крылом. [4]
Побочным эффектом слишком большого двугранного эффекта, вызванного, среди прочего, чрезмерным двугранным углом, может быть рыскание-крен (тенденция самолета к голландскому крену ). Это может быть неприятно, или в экстремальных условиях это может привести к потере управления или перенапряжению самолета.
Военные истребители часто имеют близкий к нулю или даже ксеноморфный угол, что снижает двугранный эффект и, следовательно, снижает устойчивость спирального режима. Это увеличивает маневренность, которая желательна для истребителей.
Углы наклона также встречаются на самолетах с высоко расположенным крылом, например, на очень большом грузовом самолете Антонов Ан-124 и Lockheed C-5 Galaxy . В таких конструкциях высоко расположенное крыло находится выше центра тяжести самолета , что обеспечивает 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 поэтому быть чрезмерно устойчивыми в спиральном режиме, поэтому добавляется угол наклона крыла, чтобы компенсировать часть двугранного эффекта, чтобы самолетом было легче маневрировать.
,_in_1943.jpg/1280px-F4U-1_Corsair_of_VF-17_bouncing_during_landing_aboard_USS_Bunker_Hill_(CV-17),_in_1943.jpg)
Большинство самолетов были спроектированы с плоскими крыльями с простым двугранным (или анэдральным) углом. Некоторые старые самолеты, такие как Бериев Бе-12, были спроектированы с крыльями типа «чайка» , изогнутыми около корня. [ требуется ссылка ] Другие, такие как Vought F4U Corsair , использовали конструкцию крыла типа «перевернутая чайка», которая позволяла использовать более короткие посадочные стойки и дополнительный дорожный просвет для больших винтов и внешней полезной нагрузки, такой как внешние топливные баки или бомбы. Современные конструкции многогранного крыла обычно изгибаются вверх около законцовок крыла (также известные как двугранные кончики ), увеличивая эффект двугранного угла без увеличения угла, под которым крылья встречаются у корня, что может быть ограничено для соответствия другим критериям проектирования.
Многогранный можно увидеть на планерах и некоторых других самолетах. McDonnell Douglas F-4 Phantom II является одним из таких примеров, уникальным среди реактивных истребителей, поскольку имеет двугранные законцовки крыла. Это было добавлено после того, как летные испытания прототипа с плоским крылом показали необходимость исправления некоторой непредвиденной нестабильности спирального режима — наклон законцовок крыла, которые уже были спроектированы для складывания для операций на авианосце, был более практичным решением, чем перепроектирование всего крыла. [5]
