Kort antwoord
De dihedral speelt een rol bij de rol (laterale) stabiliteit, of
om preciezer te zijn in de spiraalmodus stabiliteit.
Wanneer het vliegtuig de zijslip binnengaat, verschijnt een
zijwindcomponent. In een dihedral profiteert de lagere vleugel meer
van deze schuine luchtstroom dan de hogere vleugel vanwege een
grotere aanvalshoek, waardoor een herstelmoment ontstaat.
Gedetailleerd antwoord
Zijklip invoeren en een zijwind maken
De resulterende lift van vleugels is de som van individuele
liftvectoren, en bevindt zich in het symmetrievlak van de vleugels,
d.w.z. verticaal.
Als een verstoring veroorzaakt dat het vliegtuig rolt op de
rechtervleugel, zal de resulterende liftvector worden geroteerd met
de vleugels. De geroteerde vector kan worden gezien als de som van
twee componenten: - Eén verticaal die nog steeds tegen het
gewicht van het vliegtuig is, hoewel het iets kleiner is, dus het
vliegtuig daalt nu. - Eén kruis dat het vliegtuig aan de
rechterkant trekt en de zijslipbeweging creëert.
Omdat het vliegtuig nu ook zijwaarts beweegt, komt de relatieve
wind niet meer van voren, maar een beetje van rechts. Deze zijwind
is de sleutel tot het herstellen van de worp.
Verschillende aanvalshoeken maken om een herstellende
kracht te creëren
Als de vleugel tweevlakig is, legt de rechteronderhoek na de rol
een grotere aanvalshoek (α) dan de andere vleugel bloot aan de nu
schuine wind. Deze rechtervleugel genereert meer lift. Evenzo nam
de linker AoA af en genereerde minder lift. Dit creëert een rollend
moment dat de niveauattitude herstelt. Hoewel dit principe vrij
eenvoudig is, is de reden die de aanvalshoek op een asymmetrische
manier verandert minder duidelijk.
Visuele demonstratie
In plaats van een wiskundige demonstratie, laten we eens kijken
naar dihedral vleugels. Om het verschil zichtbaarder te maken,
voegen we vleugels toe met een toenemende dihedrale hoek ten
opzichte van de afbeelding (aan de linkerkant).
Vanwege de geometrie, wanneer we naar de vleugels kijken van
waar de wind komt (rechterfoto), zien we een beetje van het
onderste gedeelte van de rechtervleugel, hoe hoger de
tweevlakshumoon, hoe meer we zien. We zouden hetzelfde zien van de
linkervleugel als het nog steeds in hetzelfde plan was dan de
rechtervleugel. Maar het is gevouwen en hoe meer de inklaphoek, hoe
minder we de onderkant zien.
Het vouwen heeft geen roleffect wanneer de relatieve luchtstroom
evenwijdig is aan de rolas, waarbij elke vleugel in dit geval
dezelfde AoA voorstelt aan de luchtstroom. Echter, wanneer de
luchtstroom schuin staat, is de AoA - dat wil zeggen, per
definitie , de hoek tussen het akkoord en de luchtstroom - nu
anders omdat het akkoord van elke vleugel anders is georiënteerd
ten opzichte van de luchtstroom als gevolg van de dihedrale.
Hoe groter de tweevlakshoek, hoe groter het verschil in
invalshoeken tussen de twee vleugels en hoe sterker het
herstelmoment. Het effect bestaat zodra de tweevlakshoek niet nul
is. Er is een soortgelijk effect wanneer de vleugels hoog zijn en
de hoek negatief is (anhedrale vleugels).
Merk op dat de tweevoudige herstellende kracht afhankelijk is
van het feit dat de wind schuin komt te staan, zei anders over het
bestaan van de sideslip.
Extra rol betaald door de oriëntatie van het akkoord ten
opzichte van de luchtstroom
De koorde lijn van de aërodynamica kan worden benaderd als
zijnde loodrecht op de voorrand. De luchtstroom kan willekeurig
worden gezien als hebbende twee componenten, één parallel aan het
akkoord, één loodrecht op het akkoord.
Lift wordt gegenereerd rekening houdend met de luchtstroom
evenwijdig aan het versnelde versnelling. Lucht die in de richting
loodrecht wordt bewogen, wordt niet versneld en veroorzaakt geen
lift, zie linkerafbeelding:
Overigens betekent dit dat een geveegde vleugel de hoeveelheid
gecreëerde lift vermindert (dit wordt gecompenseerd door andere
voordelen die het hoe dan ook nuttig maken).
Als de geveegde vleugel wind uit een schuine richting ontvangt,
zoals tijdens een sideslip, zal de beschikbare luchtenergie niet in
dezelfde verhouding voor elke vleugel verloren gaan (zie afbeelding
rechts, hierboven).
Het akkoord van de rechtervleugel is beter georiënteerd in de
luchtstroom die van rechts komt, en kan een grotere luchtverhouding
hebben om lift te genereren dan wanneer de luchtstroom frontaal is.
Dit is het tegenovergestelde voor de linkervleugel.
Kort samengevat: de onderste vleugel genereert meer lift om twee
redenen: de grotere invalshoek vanwege de tweevlakshoek en het
betere rendement vanwege de geveegde vleugelhoek.
Beperkende spiraalmodus is onderdeel van de
rolstabiliteit
De tweevlakshoek neemt deel aan de rolstabiliteit, maar andere
factoren dragen ook bij. Het gebied waar de dihedral een cruciale
rol speelt, is de stabilisatie van de spiraalmodus (of
spiraalvormige divergentie). De spiraalmodus, zoals de Nederlandse
rol en de phugoid, is een oscillatory mode die zelf kan draaien
verval met de tijd (stabiel) of voortdurend toenemen (onstabiel).
De onstabiele spiraalmodus gebeurt op deze manier:
- The disturbance creates a small roll moment and sideslip to the
right.
- The sideslip creates a crosswind component from the right.
- The vertical stabilizer AoA increases and creates lift to the
left.
- Lift creates a yaw moment and turns the nose to the right.
- The yaw moment increases the roll moment and the sideslip to
the right.
- A new cycle has begun.
Als dit effect niet wordt gedetecteerd en gecorrigeerd, wat
gemakkelijk kan gebeuren in IMC wanneer de natuurlijke horizon niet
zichtbaar is, blijft het vliegtuig sideslip en gieren, terwijl het
verticale onderdeel van de lift afneemt als gevolg van de rol,
waardoor een gevaarlijke spiraal naar beneden ontstaat die kan
leiden tot structurele schade of een grondbotsing.
De cyclus is het resultaat van alle dynamische krachten in actie
op het vliegtuig, in het bijzonder de lift op elke vleugel en de
positie van het drukpunt. Het gebruik van een dihedrale vleugels
beïnvloedt de krachten en hun relatieve timing en transformeert een
onstabiele spiraalmodus in een stabiele. Dit wordt mogelijk gemaakt
door ook een kleinere verticale stabilisator en roer te gebruiken,
die op hun beurt een onstabiele Nederlandse rol , of een kortere cabine.
Bedankt aan
ahmetsalih voor het Learjet 3D-model
beschikbaar op TF3DM .