P-фактор , также известный как эффект асимметричной лопасти и эффект асимметричного диска, представляет собой аэродинамическое явление, испытываемое движущимся винтом , [ 1] при котором центр тяги винта смещается от центра, когда самолет находится под большим углом атаки . Это смещение положения центра тяги будет оказывать рыскающий момент на самолет, заставляя его слегка рыскать в одну сторону. Для противодействия тенденции рыскания требуется воздействие руля направления.
Когда винтовой самолет летит на крейсерской скорости в горизонтальном полете, диск винта перпендикулярен относительному потоку воздуха через винт. Каждая из лопастей винта контактирует с воздухом под одинаковым углом и скоростью, и, таким образом, создаваемая тяга равномерно распределяется по винту.
Однако на более низких скоростях самолет обычно будет находиться в положении нос-вверх, а диск винта будет слегка повернут к горизонтали. Это имеет два эффекта. Во-первых, лопасти винта будут больше направлены вперед, когда они находятся в нижнем положении, и больше направлены назад, когда они находятся в верхнем положении. Лопасть винта, движущаяся вниз и вперед (для вращения 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 производить больше тяги. Лопасть винта, движущаяся вверх и назад (от положения «семь часов» до положения «двенадцать часов»), будет иметь меньшую скорость движения вперед, поэтому меньшую скорость полета, чем опускающаяся лопасть, и меньшую тягу. Эта асимметрия смещает центр тяги диска винта в сторону лопасти с увеличенной тягой. [2]
Во-вторых, угол атаки нисходящей лопасти увеличится, а угол атаки восходящей лопасти уменьшится из-за наклона диска пропеллера. Больший угол атаки нисходящей лопасти даст большую тягу. [3]
Обратите внимание, что увеличенная скорость движения нисходящей лопасти фактически уменьшает ее угол атаки, но это компенсируется увеличением угла атаки, вызванным наклоном диска винта. В целом, нисходящая лопасть имеет большую воздушную скорость и больший угол атаки. [4]
P-фактор имеет наибольшее значение при больших углах атаки и большой мощности, например, во время взлета или медленного полета. [1] [5]
При использовании пропеллера, вращающегося по часовой стрелке (со стороны пилота), самолет имеет тенденцию к рысканию влево при подъеме и вправо при снижении. Этому необходимо противодействовать с помощью противоположного руля. Пропеллер, вращающийся по часовой стрелке, является наиболее распространенным. Рысканье заметно при добавлении мощности, хотя у него есть дополнительные причины, включая эффект спирального скольжения . В самолете с неподвижным крылом обычно нет возможности регулировать угол атаки отдельных лопастей винтов, поэтому пилот должен бороться с P-фактором и использовать руль направления, чтобы противодействовать смещению тяги. Когда самолет снижается, эти силы меняются местами. Опускающаяся правая сторона пропеллера теперь движется немного назад с меньшим углом атаки, а поднимающаяся левая сторона пропеллера движется немного вперед с большим углом атаки. Эта асимметричная тяга заставляет самолет тянуть вправо, и пилот использует левый руль направления, чтобы компенсировать это. Тот факт, что тенденция тяги влево-вправо меняется на противоположную при снижении, показывает, что различия в угле атаки на левой и правой сторонах винта подавляют другие эффекты, такие как спиральный поток. Иными словами, если бы спиральный поток был доминирующим фактором, самолет всегда тянул бы влево и не тянул 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 качки, чем самолеты с трехопорным шасси , из-за большего угла диска винта к вертикали. P-фактор незначителен во время начальной качки, но даст выраженную тенденцию к отклонению носа влево на более поздних этапах качки по мере увеличения скорости движения, особенно если ось тяги удерживается наклоненной к вектору траектории полета (например, хвостовое колесо касается взлетно-посадочной полосы). Эффект не так очевиден во время посадки, выравнивания и выкатывания, учитывая относительно низкую настройку мощности (обороты винта). Однако, если дроссельная заслонка будет внезапно увеличена при контакте хвостового колеса с взлетно-посадочной полосой, то предвосхищение этой тенденции к отклонению носа влево является благоразумным.
Для многомоторных самолетов с вращающимися в противоположных направлениях винтами P-факторы обоих двигателей будут аннулироваться. Однако, если оба двигателя вращаются в одном направлении или если один из двигателей выйдет из строя, P-фактор вызовет рыскание. Как и в случае с одномоторными самолетами, этот эффект сильнее всего проявляется в ситуациях, когда самолет находится на высокой мощности и имеет большой угол атаки (например, при наборе высоты). Двигатель с лопастями, направленными вниз к законцовке крыла, производит больше рыскания и крена, чем другой двигатель, потому что момент (плечо) центра тяги этого двигателя относительно центра тяжести самолета больше. Таким образом, двигатель с лопастями, направленными вниз, ближе к фюзеляжу будет « критическим двигателем », потому что его отказ и связанная с ним зависимость от другого двигателя потребуют от пилота значительно большего отклонения руля направления для поддержания прямолинейного полета, чем если бы другой двигатель вышел из строя. Таким образом, P-фактор определяет, какой двигатель является критическим двигателем. [6] Для большинства самолетов (с вращающимися по часовой стрелке винтами) критическим является левый двигатель. Для самолетов с вращающимися в противоположных направлениях винтами (т.е. не вращающимися в одном направлении) моменты P-фактора равны, и оба двигателя считаются одинаково критическими.
При вращении двигателей в одном направлении P-фактор будет влиять на минимальные скорости управления ( V MC ) самолета в асимметричном полете с двигателем. Опубликованные скорости определяются на основе отказа критического двигателя. Фактические минимальные скорости управления после отказа любого другого двигателя будут ниже (безопаснее).
P-фактор чрезвычайно важен для вертолетов в прямом полете, потому что диск пропеллера почти горизонтален. Лопасть, движущаяся вперед, имеет более высокую воздушную скорость, чем лопасть, движущаяся назад, поэтому она создает большую подъемную силу, известную как асимметрия подъемной силы . Вертолеты могут контролировать угол атаки каждой лопасти независимо (уменьшая угол атаки на наступающей лопасти, одновременно увеличивая угол атаки на отступающей лопасти), чтобы поддерживать подъемную силу диска ротора сбалансированной. Если бы лопасти ротора не могли независимо изменять свой угол атаки, вертолет с вращающимися против часовой стрелки лопастями ротора кренился бы влево при прямом полете из-за увеличенной подъемной силы на стороне диска ротора с наступающей лопастью. [7] Гироскопическая прецессия преобразует это в обратный шаг, известный как « закрылок назад ». [8]
Непревышаемая скорость ( V NE ) вертолета будет выбрана отчасти для того, чтобы гарантировать, что вращающаяся назад лопасть не свалится.