Общие сведения о равновесии, устойчивости и управляемости.

Движение самолета в пространстве складывается из двух видов: вращательного - вокруг центра тяжести и поступательного - движения его центра тяжести.

Вращение самолета относительно центра тяжести можно разложить на вращение вокруг трех перпендикулярных осей OX, OY и OZ, проходящих через центр тяжести и условно жестко связанных с самолетом.

Связанная система координат.

Момент, стремящийся повернуть самолет относительно продольной оси ОХ (накренить самолет), называется моментом крена (Мх).

Момент, стремящийся повернуть самолет вокруг вертикальной оси ОY, называется моментом рыскания (Му).

Момент, стремящийся повернуть самолет вокруг поперечной оси ОZ, называется продольным, или моментом тангажа.

Продольный момент (Мz), увеличивающий угол тангажа, называется кабрирующим, а противоположного направления - пикирующим.

Положительными моментами будут: Мz - кабрирующий, Mx - кренящий самолет на правое крыло; Мy - разворачивающий самолет влево. Положительное направление осей ОХ, ОY, ОZ и моментов Мx , Мy , Мz показано на рисунке стрелками.

Характер движения самолета в пространстве определяется величиной и местом приложения внешних сил. Для осуществления равномерного и прямолинейного движения необходимо, чтобы сумма сил, действующих на самолет, и их моментов равнялась нулю. В этом случае самолет находится в состоянии динамического равновесия (режим горизонтального полета, снижения и набора высоты). Кроме понятия равновесия, употребляется более узкое понятие - балансировка самолета.

Устойчивость самолета - способность самолета самостоятельно сохранять и восстанавливать заданное равновесие. Устойчивость различают статическую и динамическую.

Способность самолета создавать восстанавливающие моменты называется статической устойчивостью. Самолет статически устойчив, если после нарушения равновесия в новом положении возникли такие силы и моменты, которые стремятся его вернуть в прежнее состояние равновесия. Статическая устойчивость является необходимым условием обеспечения динамической устойчивости самолета в полете, но не достаточным.

Динамически устойчивым самолет будет тогда, когда наряду с восстанавливающими моментами он будет создавать, прежде всего, демпфирующие моменты. Эти моменты возникают в результате вращения самолета вокруг центра тяжести.

Управляемость самолета - способность самолета изменять свое положение в пространстве при отклонении аэродинамических рулей (руля высоты и руля направления или элеронов).

Между равновесием, устойчивостью и управляемостью существует определенная взаимосвязь. Устойчивым и управляемым самолет может быть только при возможности обеспечить его балансировку или равновесие. Точно так же самолет будет нормально управляем только при наличии достаточной устойчивости, а рули управления самолетом одновременно должны являться и органами его уравновешивания.

Средняя аэродинамическая хорда. Центровка.

Хорда условного прямоугольного крыла, имеющего при равных углах атаки одинаковые с крылом рассматриваемого самолета величины полной аэродинамической силы и продольного момента, называется средней аэродинамической хордой (САХ).

Центровка - характеризует положение центра тяжести самолета. Она определяется по формуле:

 

где - расстояние от начала САХ до центра тяжести самолета;

- длина САХ.

Центровка выражается расстоянием центра тяжести от переднего конца САХ в % длины САХ.

Центровка оказывает большое влияние на характеристики устойчивости и управляемости. Выход центровки за установленный для данного типа самолета предел недопустим. Смещение центровки назад или вперед (за установленные ограничения) вызывает ухудшение устойчивости или управляемости самолета.

У каждого самолета существует эксплуатационный диапазон центровок, который ограничивается предельно-передней и предельно-задней центровками.

Аэродинамика самолета.