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 .