Как работает двугранный угол?
Я искал эту тему в Интернете, но у меня недостаточно конкретных ответов. Предположим, что у нас есть плоскость с двугранным и она внезапно качается вправо (наблюдая за носом самолета), поэтому правое крыло падает. Я пытаюсь понять, почему правое крыло создает больше подъема, чем левое крыло, когда оно имеет боковую повязку. Я видел на некоторых сайтах, что колышная линия индуцирует поток от вершины к корню, и это заставляет правое крыло локально увеличивать угол атаки, поэтому подъем этого крыла тоже увеличивается.
Но почему правое крыло увеличивает угол атаки? Я думаю, что это невозможно, потому что поток стоп-сигнала в другой плоскости соответствует основному потоку.
Короткий ответ
Диэдра играет роль в стабильности рулона (латеральной) или, точнее, в стабильности спиральной моды .
Когда самолет входит в боковую сторону, появляется компонент бокового ветра. В диэдрах нижнее крыло извлекает выгоду из этого наклонного воздушного потока больше, чем более высокое крыло из-за увеличенного угла атаки, создавая момент восстановления.
Подробный ответ
Вхождение в боковую сторону и создание бокового ветра
Результирующий подъем крыльев является суммой отдельных векторов подъема и находится в плане симметрии крыльев, то есть вертикали.
Если нарушение приводит к тому, что самолет скатывается на правое крыло, результирующий вектор подъема будет повернут с крыльями. Вращающийся вектор можно рассматривать как сумму двух компонентов: - Одна вертикаль, которая продолжает противостоять весу самолета, хотя и немного меньше, так что теперь самолет спускается. - Один крест, который тянет самолет с правой стороны и создает движение по горизонтали.
Поскольку самолет теперь также движется вбок, относительный ветер больше не идет с фронта, а немного справа. Этот перекрестный ветер является ключевым для восстановления после броска.
Создание различных углов атаки для создания восстанавливающей силы
Если крыло двугранное, то после рулона нижнее правое крыло открывает больший угол атаки (α), чем другое крыло, к теперь наклонному ветру. Это правое крыло увеличивает подъем. Точно так же левое крыло AoA уменьшилось и уменьшилось. Это создает вращающийся момент, который восстанавливает отношение уровня. Хотя этот принцип довольно прост, причина, которая меняет угол атаки асимметричным образом, менее очевидна.
Визуальная демонстрация
Вместо математической демонстрации, давайте просто посмотрим на двугранные крылья. Чтобы сделать разницу более заметной, добавим крылья с увеличивающимся двугранным углом к изображению (слева).
Из-за геометрии, когда мы смотрим на крылья, откуда приближается ветер (правое изображение), мы видим немного нижней области правого крыла, чем выше двугранный ангел, тем больше мы видим. Мы бы увидели то же самое с левого крыла, если он все еще находился в том же плане, что и правое крыло. Но она была сложена, и чем больше угол складывания, тем меньше мы видим ее нижнюю сторону.
Сгибание не имеет эффекта рулона, когда относительный воздушный поток параллелен оси валка, причем каждое крыло представляет в этом случае тот же АоА для воздушного потока. Однако, когда воздушный поток является наклонным, AoA - по определению , угол между хордой и воздушным потоком - теперь отличается тем, что хорда каждого крыла ориентирована по-разному относительно воздушного потока из-за двугранный.
Чем больше двугранный угол, тем больше разница в углах атаки между двумя крыльями и тем сильнее восстанавливающий момент. Эффект существует, как только двугранный угол не равен нулю. Аналогичный эффект наблюдается и при высоких крыльях, а угол отрицательный (андегранные крылья).
Обратите внимание, что диэдральная восстанавливающая сила зависит от того, что ветер приходит в наклонном направлении, иначе говоря, о существовании бокового скольжения.
Дополнительная роль, получаемая ориентацией аккорда относительно воздушного потока
Линия аккорда аэродинамического профиля может быть аппроксимирована перпендикулярно передней кромке. Воздушный поток можно условно рассматривать как имеющее две компоненты, одну параллельную хорде, перпендикулярную хорде.
Подъем создается с учетом воздушного потока, параллельного аккорду, который ускоряется. Воздух, перемещаемый в перпендикулярном направлении, не ускоряется и не создает подъем, см. Левое изображение:
Кстати, это означает, что уменьшенное крыло уменьшает количество созданного лифта (это компенсируется другими преимуществами, которые делают его полезным в любом случае).
Теперь, если стреловидное крыло получает ветер от наклонного направления, как и во время бокового скольжения, доступная энергия воздуха не будет потеряна в той же пропорции для каждого крыла (см. Изображение справа, выше).
Аккорд правого крыла лучше ориентирован в воздушном потоке справа и может увеличить отношение воздуха к лифту, чем когда воздушный поток идет фронтально. Это наоборот для левого крыла.
Подводя итог: нижнее крыло создает более высокий подъем по двум причинам: увеличенный угол атаки из-за двугранного угла и его более эффективную эффективность из-за угла поворота крыла.
Предельный спиральный режим является частью стабильности валка
Двугранный угол участвует в стабильности валков, но также влияют и другие факторы. Площадь, в которой диэдраль играет важную роль, - это стабилизация спиральной моды (или спиральная дивергенция). Спиральный режим, такой как голландский рулон и phugoid, представляет собой колебательный режим , распад со временем (стабильный) или постоянный рост (неустойчивый). Нестабильный спиральный режим происходит следующим образом:
- 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.
Если этот эффект не будет обнаружен и исправлен, что может легко произойти в IMC, когда естественный горизонт не будет виден, самолет продолжает скользить по бокам и рыскать, тогда как вертикальная составляющая подъемника уменьшается из-за броска, создавая опасную спираль вниз, может привести к структурным повреждениям или столкновению с землей.
Цикл является результатом всех динамических сил в действии на самолете, в частности подъемника на каждом крыле и положения центра давления. Использование двугранных крыльев влияет на силы и их относительное время и трансформирует нестабильную спиральную моду в стабильную. Этому способствует также использование меньшего вертикального стабилизатора и руля, что, в свою очередь, может создать нестабильный голландский ролл , или более короткая каюта.
Благодаря ahmetsalih для модели Learjet 3D, доступной по адресу TF3DM .
В принципе, эффект диэдра заключается в том, что во время банковского дела «нижнее» крыло будет испытывать более высокий угол атаки по сравнению с «высшим» крылом, а результат - больший подъем. Результирующее сетевое усилие и момент уменьшают угол банкинга, снижая стабильность.
Рассмотрим крыло с двугранным углом $ \ Gamma $ с прямой воздушной скоростью $ u $. Если угол скольжения равен $ \ beta $, ветер, обусловленный скольжением, равен $ u \ cdot sin \ beta $. Из геометрии нормальная скорость, индуцированная диэдрами, $ v_ {n} $ становится $ u \ cdot sin \ beta \ cdot sin \ Gamma $.
Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles
Примечание: обозначения на рисунке различны; но принцип тот же.
Для наших целей мы можем взять скорость скольжения ($ u \ cdot sin \ beta $) как $ v_ {y} $. Теперь рассмотрим две секции из крыла - по одному с «нижней» и «высшей» сторон. Наведенная скорость имеет одинаковую величину на обеих сторонах, а направление отличается, как видно из приведенного выше рисунка.
Image from people.rit.edu
Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles
Для малых углов $ v_ {y} $ почти равно $ u \ beta $. Углубленный угол может быть задан как,
$ \ Delta \ alpha = \ frac {v_ {n}} {u} $.
Из более ранних отношений мы имеем,
$ \ Delta \ alpha_ {1} = \ beta \ cdot sin \ Gamma $ и $ \ Delta \ alpha_ {2} = - \ beta \ cdot sin \ Gamma $.
Из-за этих индуцированных углов лифт на нисходящем крыле увеличивается на $ \ Delta L $, а на другой уменьшается на $ \ Delta L $. Конечным результатом является то, что «нижнее» крыло испытывает увеличение подъема, что вызывает момент качения, что приводит к уменьшению угла наклона.
Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles
Это очень преувеличенная диаграмма фюзеляжа с двугранными крыльями.
Когда самолет летает нормально (сверху), оба крыла создают одинаковые векторы подъема.
Когда самолет опускается на оси валка, а одно крыло выходит выше другого (нижнего), вертикальные векторы подъема отличаются друг от друга, при этом «нижнее» крыло производит больше вертикального подъема, чем «верхнее» крыло. Этот увеличенный вертикальный подъем на нижнем крыле и уменьшенный вертикальный подъем на верхнем крыле, толкает вниз крыло вверх и помогает прямому самолету.
Примечание: все на этой диаграмме схематично и не предназначено для указания каких-либо конкретных математических или физических законов или формул.
