P-фактор , также известный как эффект асимметричной лопасти и эффект асимметричного диска, представляет собой аэродинамическое явление, испытываемое движущимся пропеллером , [1] при котором центр тяги пропеллера смещается от центра, когда самолет находится под большим углом атаки . Это смещение положения центра тяги создаст на самолете рыскающий момент, заставляя его слегка отклоняться в сторону. Для противодействия тенденции рыскания требуется управление рулем направления.
Когда винтовой самолет летит с крейсерской скоростью в горизонтальном полете, диск пропеллера перпендикулярен относительному потоку воздуха, проходящему через пропеллер. Каждая из лопастей пропеллера контактирует с воздухом под одинаковым углом и скоростью, поэтому создаваемая тяга равномерно распределяется по пропеллеру.
Однако на более низких скоростях самолет обычно находится в положении высоко носовой части, а диск винта слегка повернут в сторону горизонтали. Это имеет два эффекта. Во-первых, лопасти гребного винта будут смещены вперед в нижнем положении и назад в верхнем положении. Лопасть винта, движущаяся вниз и вперед (при вращении по часовой стрелке, от положения «один час» до положения «шесть часов», если смотреть из кабины), будет иметь большую скорость движения вперед. Это увеличит скорость полета лопасти, поэтому опускающаяся лопасть будет создавать большую тягу. Лопасть винта, движущаяся вверх и назад (от положения «7 часов» до положения «12 часов»), будет иметь уменьшенную скорость движения вперед, следовательно, более низкую скорость полета, чем лопасти, идущие вниз, и меньшую тягу. Эта асимметрия смещает центр тяги гребного диска в сторону лопасти с повышенной тягой. [2]
Во-вторых, угол атаки опускающейся лопасти увеличится, а угол атаки восходящей лопасти уменьшится из-за наклона диска винта. Больший угол атаки опускающейся лопасти создаст большую тягу. [3]
Обратите внимание, что увеличенная скорость движения опускающейся лопасти фактически уменьшает ее угол атаки, но это компенсируется увеличением угла атаки, вызванным наклоном диска гребного винта. В целом, опускающаяся лопасть имеет большую скорость полета и больший угол атаки. [4]
P-фактор является наибольшим при больших углах атаки и большой мощности, например, при взлете или при медленном полете. [1] [5]
При использовании пропеллера, вращающегося по часовой стрелке (если смотреть со стороны пилота), самолет имеет тенденцию отклоняться влево при наборе высоты и вправо при снижении. Этому необходимо противостоять с помощью противоположного руля направления. Пропеллер, вращающийся по часовой стрелке, является наиболее распространенным. Отклонение от курса заметно при добавлении мощности, хотя оно имеет и другие причины, включая эффект спирального скольжения . В самолетах обычно нет возможности регулировать угол атаки отдельных лопастей винтов, поэтому пилоту приходится бороться с P-фактором и использовать руль направления для противодействия смещению тяги. Когда самолет снижается, эти силы меняются местами. Опускающаяся правая часть винта теперь движется немного назад с меньшим углом атаки, а поднимающаяся левая сторона винта перемещается немного вперед с большим углом атаки. Эта асимметричная тяга заставляет самолет тянуть вправо, и пилот использует левый руль направления для компенсации. Тот факт, что тенденция тяги влево-вправо меняется при спуске, показывает, что разница в угле атаки на левой и правой сторонах винта подавляет другие эффекты, такие как спиральный поток. Другими словами, если бы спиральный поток был доминирующим фактором, самолет всегда тянуло бы влево и не тянуло бы вправо при снижении.
Пилоты предвидят необходимость использования руля направления при изменении мощности двигателя или угла тангажа (угла атаки) и компенсируют это, применяя левый или правый руль направления по мере необходимости.
Самолеты с хвостовым колесом демонстрируют больший P-фактор во время разбега по земле, чем самолеты с трехопорным шасси , из-за большего угла диска винта к вертикали. P-фактор незначителен во время начального разбега, но будет давать выраженную тенденцию отклонения носа влево на более поздних стадиях разворота по мере увеличения скорости движения вперед, особенно если ось тяги сохраняется наклонной к вектору траектории полета (например, хвостовое оперение). колесо контактирует с взлетно-посадочной полосой). Эффект не столь заметен при приземлении, развальцовке и выкатке, учитывая относительно низкую мощность (обороты винта). Однако, если дроссельная заслонка внезапно переместится вперед, а хвостовое колесо коснется взлетно-посадочной полосы, то разумно предвидеть эту тенденцию отклонения носа влево.
Для многомоторных самолетов с воздушными винтами встречного вращения P-факторы обоих двигателей взаимно компенсируются. Однако, если оба двигателя вращаются в одном направлении или если один из двигателей выходит из строя, P-фактор вызовет отклонение от курса. Как и в случае с одномоторным самолетом, этот эффект наиболее выражен в ситуациях, когда самолет имеет большую мощность и большой угол атаки (например, при наборе высоты). Двигатель с лопастями, движущимися вниз к законцовке крыла, создает большее рыскание и крен, чем другой двигатель, потому что момент (плечо) центра тяги этого двигателя относительно центра тяжести самолета больше. Таким образом, двигатель с опускающимися вниз лопастями ближе к фюзеляжу будет « критическим двигателем », поскольку его отказ и связанная с этим зависимость от другого двигателя потребуют от пилота значительно большего отклонения руля направления для поддержания прямолинейного полета, чем если бы другой двигатель двигатель вышел из строя. Таким образом, P-фактор определяет, какой двигатель является критическим. [6] Для большинства самолетов (которые имеют винты, вращающиеся по часовой стрелке), левый двигатель является критическим. Для самолетов с воздушными винтами, вращающимися в противоположных направлениях (т. е. вращающимися не в одном направлении), моменты P-фактора равны, и оба двигателя считаются одинаково критическими.
Когда двигатели вращаются в одном направлении, P-фактор будет влиять на минимальные скорости управления ( V MC ) самолета в асимметричном полете с двигателем. Опубликованные скорости определяются с учетом отказа критического двигателя. Реальные минимальные скорости управления после отказа любого другого двигателя будут ниже (более безопасны).
P-фактор чрезвычайно важен для вертолетов, летящих вперед, поскольку диск винта практически горизонтален. Лопасть, идущая вперед, имеет более высокую скорость полета, чем лопасть, идущая назад, поэтому она создает большую подъемную силу, известную как асимметрия подъемной силы . Вертолеты могут контролировать угол атаки каждой лопасти независимо (уменьшая угол атаки наступающей лопасти и увеличивая угол атаки отступающей лопасти), чтобы поддерживать баланс подъемной силы диска несущего винта. Если бы лопасти несущего винта не могли самостоятельно менять угол атаки, вертолет с лопастями несущего винта, вращающимися против часовой стрелки, в прямом полете кренился бы влево из-за увеличенной подъемной силы со стороны диска несущего винта с наступающей лопастью. . [7] Гироскопическая прецессия преобразует это в обратный шаг, известный как « откидной закрылок ». [8]
Никогда не превышаемая скорость ( VNE ) вертолета будет выбрана частично для того, чтобы гарантировать, что лопасть, движущаяся назад, не остановится.