Неблагоприятное рыскание – это естественная и нежелательная тенденция самолета к рысканию в направлении, противоположном крену . Это вызвано разницей в подъемной силе и сопротивлении каждого крыла. Эффект можно значительно свести к минимуму с помощью элеронов , специально предназначенных для создания сопротивления при отклонении вверх, и/или механизмов, которые автоматически применяют некоторую скоординированную работу руля направления . Поскольку основные причины неблагоприятного рыскания меняются в зависимости от подъемной силы, любой механизм с фиксированным передаточным числом не сможет полностью решить проблему во всех условиях полета, и, таким образом, любой самолет с ручным управлением потребует от пилота определенного воздействия на руль направления для поддержания скоординированного полета .
Неблагоприятное отклонение от курса впервые испытали братья Райт, когда они не смогли выполнить контролируемые развороты на своем планере 1901 года , у которого не было вертикальной поверхности управления. Орвилл Райт позже описал отсутствие у планера контроля направления. [1]
Неблагоприятное рыскание - это вторичный эффект наклона векторов подъемной силы крыла из-за скорости его качения и применения элеронов. [2] : 327 В некоторых руководствах по подготовке пилотов основное внимание уделяется дополнительному сопротивлению, вызываемому отклонением элеронов вниз [3] [4] , и лишь вкратце [5] или косвенно [6] упоминаются эффекты крена. На самом деле крен крыльев обычно вызывает больший эффект, чем крен элеронов. [8] Если предположить, что скорость крена вправо, как показано на диаграмме, причины объясняются следующим образом:
Во время положительного перекатывания левое крыло движется вверх. Если бы самолет каким-то образом подвис в воздухе без движения, кроме положительного крена, то с точки зрения левого крыла воздух будет поступать сверху и ударяться о верхнюю поверхность крыла. Таким образом, левое крыло будет испытывать небольшой встречный поток воздуха просто из-за движения крена. Это можно представить как вектор, исходящий от левого крыла и направленный в сторону набегающего воздуха во время положительного крена, то есть перпендикулярно вверх от поверхности левого крыла. Если бы этот самолет с положительным креном дополнительно двигался вперед в полете, то вектор, направленный к встречному воздуху, был бы в основном вперед из-за полета вперед, но также и немного вверх из-за движения крена. Это пунктирный вектор, идущий из левого крыла диаграммы.
Таким образом, для левого крыла движущегося вперед самолета положительный крен приводит к небольшому отклонению встречного воздуха вверх. Аналогично, эффективный угол атаки левого крыла уменьшается из-за положительного крена. [2] : 361 По определению подъемная сила перпендикулярна набегающему потоку. [2] : 18 Отклонение встречного воздуха вверх приводит к отклонению вектора подъемной силы назад . И наоборот, когда правое крыло опускается, его вектор, направленный в сторону набегающего воздуха, отклоняется вниз, а вектор подъемной силы отклоняется вперед . Отклонение подъемной силы левого крыла назад и отклонение подъемной силы правого крыла вперед приводит к возникновению неблагоприятного момента рыскания влево, противоположного предполагаемому повороту вправо. Этот неблагоприятный момент рыскания присутствует только тогда, когда самолет катится относительно окружающего воздуха, и исчезает, когда угол крена самолета становится постоянным.
Чтобы начать перекат вправо, требуется кратковременно больший подъем левой руки, чем правой. Это также вызывает большее индуцированное сопротивление слева, чем справа, что еще больше усиливает неблагоприятное рыскание, но ненадолго. Как только установится устойчивая скорость крена, дисбаланс подъемной силы влево/вправо уменьшается, [2] : 351 , в то время как другие механизмы, описанные выше, сохраняются.
Отклонение элеронов вниз слева увеличивает развал крыла , что обычно увеличивает сопротивление профиля . И наоборот, отклонение элеронов вверх справа уменьшит развал и сопротивление профиля. Дисбаланс сопротивления профиля усиливает неблагоприятное отклонение от курса. Элерон Frize уменьшает сопротивление дисбаланса, как описано ниже.
Существует ряд конструктивных характеристик самолета, которые можно использовать для уменьшения отрицательного рыскания и облегчения работы пилота:
Сильная курсовая устойчивость — первый способ уменьшить неблагоприятное рыскание. [7] На это влияет вертикальный хвостовой момент (площадь и плечо рычага относительно центра тяжести).
Поскольку наклон векторов подъемной силы влево/вправо является основной причиной неблагоприятного рыскания, важным параметром является величина этих векторов подъемной силы или, если быть более точным, коэффициент подъемной силы самолета . Полет с низким коэффициентом подъемной силы (или на высокой скорости по сравнению с минимальной скоростью) приводит к менее неблагоприятному рысканию. [2] : 365
По задумке, руль направления является наиболее мощным и эффективным средством управления рысканьем, но механическое соединение его с элеронами непрактично. Электронное соединение является обычным явлением в самолетах с электронным управлением.
Геометрия большинства тяг элеронов может быть настроена так, чтобы смещать ход вверх, а не вниз. При чрезмерном отклонении элеронов вверх сопротивление профиля увеличивается, а не уменьшается, а сопротивление отрыва дополнительно способствует созданию сопротивления на внутреннем крыле, создавая силу рыскания в направлении разворота. Хотя дифференциал элеронов и не так эффективен, как подмешивание руля направления, его очень легко реализовать практически на любом самолете, и он дает значительное преимущество, заключающееся в уменьшении склонности крыла к срыву сначала на законцовке, ограничивая отклонение элеронов вниз и связанное с ним эффективное увеличение угла. атаки.
В большинстве самолетов используется этот метод смягчения отрицательного рыскания - особенно это заметно на одном из первых известных самолетов, когда-либо использовавших его, учебном биплане de Havilland Tiger Moth 1930-х годов - из-за простоты реализации и преимуществ в области безопасности.
Элероны Frize сконструированы таким образом, что при поднятии элерона часть передней кромки элерона будет выступать вниз в поток воздуха, вызывая повышенное сопротивление этого (нисходящего) крыла. Это позволит противодействовать лобовому сопротивлению, создаваемому другим элероном, тем самым уменьшая неблагоприятное отклонение от курса.
К сожалению, элероны Frize не только уменьшают неблагоприятное рыскание, но и увеличивают общее сопротивление самолета гораздо больше, чем коррекция руля направления. Поэтому они менее популярны в самолетах, где важно минимизировать сопротивление (например, в планере ).
Примечание. Элероны Frize в первую очередь были разработаны для уменьшения усилий управления по крену. В отличие от иллюстрации, передняя кромка элеронов на самом деле закруглена, чтобы предотвратить отрыв потока и флаттер при отрицательных отклонениях. [9] Это предотвращает появление важных дифференциальных сил сопротивления.
На больших самолетах, где использование руля направления нецелесообразно на высоких скоростях или элероны слишком малы на низких скоростях, можно использовать интерцепторы крена (также называемые спойлеронами ), чтобы минимизировать неблагоприятное рыскание или увеличить момент крена. Чтобы выполнять функцию бокового управления, спойлер поднимается на опускающемся крыле (верхний элерон) и остается втянутым на другом крыле. Поднятый спойлер увеличивает сопротивление, поэтому рыскание происходит в том же направлении, что и крен. [10]
Сбор данных испытаний сбалансированных элеронов, FM Rogallo, Naca WR-L 419