Hoe werkt de tweevlakshoek?

Ik ben op internet op zoek geweest naar dit onderwerp, maar ik heb niet genoeg concrete antwoorden. Stel dat we een vliegtuig hebben met dihedral en het heeft een plotseling slingerend naar rechts (kijkend vanaf de neus van het vliegtuig), dus de rechtervleugel gaat naar beneden. Ik probeer te begrijpen waarom de rechtervleugel meer lift genereert dan de linkervleugel wanneer deze een sideslip heeft. Ik heb op sommige sites gezien dat de sideslip een stroming van de punt naar de wortel induceert en dit zorgt ervoor dat de rechtervleugel lokaal de aanvalshoek vergroot, vandaar dat ook de lift van deze vleugel toeneemt.

Maar waarom verhoogt de rechter vleugel de aanvalshoek? Ik denk dat het niet mogelijk zou zijn omdat de zijslipstroom zich in een ander vlak bevindt dan de mainstream.

11
Voor mij is dit geen duplicaat. We hebben geen vraag op de site die het principe achter anhedraal/dihedraal uitlegt. Ik geef echter toe dat een herformulering mogelijk nodig is.
toegevoegd de auteur conmulligan, de bron
sorry, mijn moedertaal is geen Engels, dus ik weet dat ik veel fouten heb. Hoe dan ook, ik weet 'vanaf de neus kijken' is niet erg duidelijk. Wat ik bedoelde is "gezien in dezelfde richting die de hoofdstroom leidt"
toegevoegd de auteur data.world, de bron
start vanaf hier
toegevoegd de auteur GHB, de bron

3 antwoord

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.

enter image description here

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.

enter image description here

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).

enter image description here

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:

enter image description here

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.

    enter image description here
  • 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 .

11
toegevoegd
@TomMcW: de sideslips van het vliegtuig naar rechts ⟹ het vliegtuig beweegt nu naar rechts ⟹ een relatieve zijwind van rechts ⟹ de staart creëert een rechtsdraaiende neus. Voor de negatieve gier, ja maar wordt geannuleerd door de zijwind op de staart. Ik heb een foto voor dit effect toegevoegd. Onthoud dat dit een mechanisme is zonder dihedral, waarbij de dihedrale de oplossing is voor de onstabiele spiraal.
toegevoegd de auteur Galwegian, de bron
Uitstekend antwoord, minuten, hielp me om een ​​beetje beter te begrijpen. - Wat mij in de war is, is hoe de Wrights en andere vroege luchtvaartpioniers erin slaagden om al deze dingen uit te sorteren om een ​​werkend vliegtuig te maken zonder echt te begrijpen waar ze voor stonden.
toegevoegd de auteur FreeMan, de bron
Je hebt me echt in de war. De storing maakt de kleine zijslip naar rechts. maar De zijslip creëert een zijwindcomponent van rechts. Dit lijkt achterstevoren. Als je goed zwaait, is de zijwind vanaf de linkerkant.
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron
Als je sideslip naar rechts zegt, bedoel je dat de staart naar rechts of naar de neus gaat?
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron
Mijn hersenen doen pijn! Als de neus naar rechts draait, is de zijwindcomponent dan niet van de linkerkant?
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron
Plus, ik dacht dat een worp een nadelige slinger veroorzaakte
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron
Ok, nog steeds een ding dat ik niet eerlijk ben. (Sorry om te blijven plukken. Ik probeer de stabiliteit van de rol lange tijd te begrijpen) Uw laatste punt zegt Het giermoment vergroot de zijslip. Is de gier rechts niet vanwege windweer , dus afnemend de slip? Het zou logisch zijn als u zei "" Het giermoment verhoogt de rol "waardoor de hele keten opnieuw begint.
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron

In principe is het tweevoudige effect dat tijdens het bankieren, de 'lagere' vleugel een hogere aanvalshoek zal ervaren in vergelijking met de 'hogere' vleugel, en een resultaat, een grotere lift. De resulterende netto kracht en moment vermindert de bankhoek, waardoor de stabiliteit wordt verminderd.

Overweeg een vleugel met een tweevlakshoek $ \ Gamma $ met een voorwaartse snelheid van $ u $. Als de zijsliphoek $ \ beta $ is, is de wind ten gevolge van sideslip $ u \ cdot sin \ beta $. Vanuit de geometrie wordt de normale snelheid veroorzaakt door dihedral, $ v_ {n} $ wordt $ u \ cdot sin \ beta \ cdot sin \ Gamma $.

Dihedral angle

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

Opmerking: de notaties verschillen in de afbeelding; maar het principe is hetzelfde.

Voor onze doeleinden kunnen we de sideslip-snelheid ($ u \ cdot sin \ beta $) als $ v_ {y} $ nemen. Overweeg nu twee secties uit de vleugel - één elk vanaf de 'lagere' en 'hogere' zijden. De geïnduceerde snelheid is aan beide zijden even groot, terwijl de richting verschilt, zoals te zien is in de bovenstaande figuur.

Dihedral angle

Image from people.rit.edu

Wing section

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

Voor kleine hoeken is $ v_ {y} $ bijna gelijk aan $ u \ beta $. De geïnduceerde hoek kan worden gegeven als,

$ \ Delta \ alpha = \ frac {v_ {n}} {u} $.

Uit de eerdere relaties hebben we

$ \ Delta \ alpha_ {1} = \ beta \ cdot sin \ Gamma $, en $ \ Delta \ alpha_ {2} = - \ beta \ cdot sin \ Gamma $.

Vanwege deze geïnduceerde hoeken neemt de lift op de neergaande vleugel toe met $ \ Delta L $, terwijl de andere afneemt met $ \ Delta L $. Het netto resultaat is dat de 'lagere' vleugel een stijgende lift ervaart, wat een rollend moment veroorzaakt, waardoor de bankhoek afneemt.

Dihedral

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

10
toegevoegd

Dit is een erg overdreven diagram van een romp met tweevlakige vleugels.

Wanneer het vliegtuig normaal vliegt (boven), produceren beide vleugels dezelfde liftvectoren.

Wanneer het vliegtuig wordt gestoord in de rolas en de ene vleugel hoger dan de andere (onderkant), zijn de verticale hefvectoren anders, met de "neerwaartse" vleugel die meer verticale lift produceert dan de "bovenste" vleugel. Deze verhoogde verticale lift op de neergaande vleugel en verminderde verticale lift op de vleugel omhoog, duwt de neergaande vleugel naar boven en helpt het vliegtuig recht te zetten.

Opmerking: alles in dit diagram is schematisch en is niet bedoeld om specifieke wiskundige of natuurkundige wetten of formules aan te duiden.

enter image description here

2
toegevoegd
Merk op dat in het tweede beeld, terwijl de verticaal kleiner is, de horizontaal, die nu boven het zwaartepunt ligt, daadwerkelijk zou bijdragen aan meer bankposities en mogelijk zelfs overmacht ... Is dit de oorzaak van overbankingstrends in steile bochten?
toegevoegd de auteur Geoff Dalgas, de bron
Er is geen rolmoment als de liftintensiteit dezelfde is die loodrecht op de oppervlakken wordt gemeten.
toegevoegd de auteur Galwegian, de bron
@slebetman: Bedankt voor het aanwijzen van dit. Slechts één muggenzift: uw laatste zin zou verkeerd begrepen kunnen worden dat dihedral sideslip produceert. De sideslip vereist geen tweevlakshoek - een rolhoek doet dit al, ongeacht de dihedral. De tweevlakshelft is nodig om te rollen vanaf de sideslip.
toegevoegd de auteur Peter Kämpf, de bron
ja, en het is een goede vraag die apart moet worden gesteld.
toegevoegd de auteur rbp, de bron
Dit is een vaak herhaalde denkfout. Mensen denken dat zwaartekracht iets speciaals is en dat lift alleen wordt gemeten in relatie tot de grond. Dat is een onjuiste redenering. De loodrecht op de vleugels gegenereerde lift is hetzelfde en daarom is er geen netto koppel om de bank te corrigeren. Als we sideslip toevoegen, zou de hogere vleugel minder oplichten vanwege lagere AOA. Merk op dat als het vliegtuig aanvankelijk geen sideslip heeft, de hogere vleugel een netto zijdelingse kracht zal bijdragen die een sideslip zal creëren - dus ja, zelfs zonder sideslip dihedral zal zichzelf corrigeren omdat het zelf de vereiste sideslip zal creëren.
toegevoegd de auteur slebetman, de bron
Ik weet niet zeker of uw uitleg correct is, omdat er geen sideslip-component in voorkomt. Zoals ik het begrijp, blijven beide vectoren hetzelfde met betrekking tot het vliegtuig (dus geen rolmoment) tenzij een sideslip betrokken is.
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron