Stabilizátor (letectví) - Stabilizer (aeronautics)

Vertikální a horizontální stabilizační jednotky na Airbus A380 dopravní letadlo

An stabilizátor letadla je aerodynamický povrch, obvykle zahrnující jeden nebo více pohyblivých ovládací plochy,[1][2] který poskytuje podélný (hřiště) a / nebo směrový (stáčí) stabilita a kontrola. Stabilizátor může obsahovat pevnou nebo nastavitelnou konstrukci, na které jsou zavěšeny jakékoli pohyblivé ovládací povrchy, nebo to může být samotný plně pohyblivý povrch, například stabilizátor. V závislosti na kontextu může „stabilizátor“ někdy popisovat pouze přední část celkového povrchu.

V konvenční konfiguraci letadla oddělte vertikální (ploutev) a horizontální (ocasní plocha ) stabilizátory tvoří ocasní plocha umístěné na ocasu letadla. Další uspořádání ocasních ploch, například V-ocas konfigurace, stabilizátory funkcí, které přispívají ke kombinaci podélné a směrové stabilizace a řízení.

Podélnou stabilitu a kontrolu lze dosáhnout u jiných konfigurací křídel, včetně kachna, tandemové křídlo a bez ocasu letadla.

Některé typy letadel jsou stabilizovány pomocí elektronické řízení letu; v tomto případě mohou pevné a pohyblivé povrchy umístěné kdekoli podél letadla sloužit jako aktivní tlumiče pohybu nebo stabilizátory.

Horizontální stabilizátory

A Boeing 737 používá nastavitelný stabilizátor, který se pohybuje pomocí šroubového šroubu, aby zajistil požadované síly pro nastavení výšky tónu. Je zobrazen obecný stabilizátor.

Horizontální stabilizátor se používá k udržení letadla v podélném vyvážení, nebo čalounění:[3] vyvíjí vertikální sílu na vzdálenost, takže součet výšky tónu momenty asi těžiště je nula.[4] Svislá síla vyvíjená stabilizátorem se mění s letovými podmínkami, zejména podle letadla koeficient zdvihu a vztlakové klapky průhyb, který oba ovlivňují polohu střed tlaku a s polohou těžiště letadla (která se mění podle zatížení letadla a spotřeby paliva). Transonic let klade zvláštní požadavky na vodorovné stabilizátory; když místní rychlost vzduchu nad křídlem dosáhne rychlost zvuku tady je náhlý pohyb za středem tlaku.

Další rolí horizontálního stabilizátoru je poskytnout podélná statická stabilita. Stabilitu lze definovat, pouze když je vozidlo v obložení;[5] odkazuje na tendenci letadla vrátit se do oříznutého stavu, pokud je narušen.[6] Tím je zachován stálý postoj letadla, neměnný úhel stoupání vzhledem k proudu vzduchu, bez aktivního vstupu pilota. Zajištění statické stability letadla s konvenčním křídlem vyžaduje, aby těžiště letadla bylo před středem tlaku, takže stabilizátor umístěný v zadní části letadla způsobí vztlak směrem dolů.

The výtah slouží k ovládání osy stoupání; v případě a plně pohyblivý ocas, celá sestava funguje jako kontrolní plocha.

Interakce se stabilizátorem křídla

Praní a umýt spojený s generováním vztlaku je zdrojem aerodynamické interakce mezi křídlem a stabilizátorem, což se promítá do změny efektivního úhel útoku pro každý povrch. Vliv křídla na ocas je mnohem významnější než opačný efekt a lze jej modelovat pomocí Prandtlova teorie zdvihacích šňůr; přesný odhad interakce mezi více povrchy však vyžaduje počítačové simulace nebo větrný tunel testy.[7]

Konfigurace horizontálního stabilizátoru

Konvenční ocasní plocha

Nastavitelný vodorovný stabilizátor Embraer 170, se značkami ukazujícími sklony nosu nahoru a dolů
Hlavní článek: Ocasní plošina

V konvenční konfiguraci je horizontálním stabilizátorem malý horizontální ocas nebo ocasní plocha umístěné v zadní části letadla. Toto je nejběžnější konfigurace.

Na mnoha letadlech sestava ocasní plochy sestává z pevné plochy vybavené sklopnou zadní částí výtah povrch. Ořízněte záložky lze použít ke zmírnění vstupních sil pilota; naopak v některých případech, například u malých letadel s všechny pohyblivé stabilizátory, anti-servo karty se používají ke zvýšení těchto sil.

Většina dopravní letadla a dopravní letadla mají velký, pomalu se pohybující ořezatelná ocasní rovina který je kombinován s nezávisle se pohybujícími výtahy. Výtahy jsou řízeny pilotem nebo autopilotem a slouží především ke změně polohy letadla, zatímco celá sestava slouží k oříznutí (udržování vodorovné statické rovnováhy) a stabilizaci letadla v ose sklonu.

Mnoho nadzvukových letadel je vybaveno pohyblivou ocasní sestavou, také pojmenovanou stabilizátor, kde je nastavitelná celá plocha.[8]

Varianty konvenční konfigurace zahrnují T-ocas, Křížový ocas, Twin ocas a Ocas namontovaný na dvou výložnících.

Tříplošná letadla

The konfigurace tří povrchů z Piaggio P-180 Avanti
Hlavní článek: Tříplošná letadla

Tříplošná letadla, jako je Piaggio P.180 Avanti nebo Škálovaný kompozitní triumf a Severoamerický pták, zadní ocas je stabilizátor jako v konvenčních letadlech; přední rovina, nazývaná přední rovina nebo kachna, poskytuje vztlak a slouží jako vyrovnávací plocha.

Některá dřívější tříplošná letadla, například Curtiss Červnová chyba AEA nebo Voisin 1907 dvojplošník, byly konvenčního uspořádání s další přední ovládací plochou, která se nazývala „výtah“ nebo někdy „stabilizátor“.[9] Koncovky těchto letadel postrádající výtahy nebyly tím, čemu se dnes říká konvenční stabilizátory. Například Voisin byl tandemový zdvihací rozvržení (hlavní křídlo a zadní křídlo) s foreplane, který nebyl ani stabilizační, ani převážně zvedací; říkalo se mu „ekvilibreur"(" balancer "),[10] a používá se jako ovládací prvek sklonu a upravená plocha.

Canard letadlo

The konfigurace kachny z Beechcraft Starship
Hlavní článek: Canard (letectví)

V konfigurace kachny, malé křídlo, nebo přední rovina, je umístěn před hlavním křídlem. Někteří autoři tomu říkají stabilizátor[11][12][13][14]nebo dát samotnému přednímu ramenu stabilizační roli,[15] i když až stabilita výšky tónu jde o to, že přední rovina je obecně popisována jako destabilizující povrch,[16] hlavní křídlo poskytuje stabilizační moment na hřišti.[17][18][19]

V přirozeně nestabilním letadle mohou být kachní povrchy použity jako aktivní součást systému umělé stability a někdy se jim říká horizontální stabilizátory.[20]

Bez ocasu letadla

The bez ocasu z Concorde
Hlavní článek: Bez ocasu letadla

Bez ocasních ploch chybí samostatný vodorovný stabilizátor. V ocasu bez letadla je vodorovná stabilizační plocha součástí hlavního křídla.[21][22] Podélná stabilita v ocasních plochách je dosaženo konstrukcí letadla tak, aby jeho aerodynamický střed je za těžištěm. To se obvykle provádí úpravou konstrukce křídla, například změnou úhlu dopadu ve směru rozpětí (křídlo vymývání nebo kroutit ), nebo pomocí reflexed prohnutí profily křídel.

Vertikální stabilizátory

Hlavní článek: Vertikální stabilizátor

Vertikální stabilizátor zajišťuje směrové (nebo zatočit ) stabilita a obvykle zahrnuje pevnou ploutev a pohyblivé ovládání kormidlo zavěšen na zadní hranu.[23] Méně často zde není žádný závěs a celý povrch žebra je otočný pro stabilitu a kontrolu.[24]

Když letadlo narazí na vodorovný poryv větru, stabilita stáčení způsobí, že se letadlo otočí ve vítr, místo aby se otočilo stejným směrem.[25]

Geometrie trupu, gondoly motoru a rotující vrtule ovlivňují boční statickou stabilitu a ovlivňují požadovanou velikost stabilizátoru.[26]

Pokud letadlo nemá vertikální stabilizátor letadlo je téměř nepřekonatelný.

Bez ocasu směrová stabilizace a ovládání

Ačkoli je použití vertikálního stabilizátoru nejběžnější, je možné dosáhnout směrové stability bez diskrétního vertikálního stabilizátoru. K tomu dochází, když je křídlo zametl zpět a v některých případech, například na internetu Rogallo křídlo často se používá pro závěsné kluzáky, znamená, že není potřeba žádná ploutev.

  • Stabilizace. Když se zametané křídlo otáčí v zatáčce, vnější rozmach křídla je snížen, takže se zvyšuje odpor, zatímco vnitřní rozmítání křídla se zvyšuje, čímž se snižuje odpor. Tato změna v rozložení tažení vytváří moment obnovení.
  • Řízení. Způsob, jak získat řízení vybočení, je použít diferenciální vzduchové brzdění k přímému ovlivnění odporu. Tato technika je vhodná pro Elektronické řízení letu, jako na Northrop Grumman B-2 létající křídlo.[27]

Kombinované podélně - směrové stabilizátory

The Beechcraft Bonanza, nejběžnější příklad Konfigurace ocasních ploch ocasních ploch
Hlavní článek: V-ocas

U některých letadel jsou horizontální a vertikální stabilizátory kombinovány do dvojice pojmenovaných povrchů V-ocas. V tomto uspořádání jsou dva stabilizátory (žebra a kormidla) vzájemně namontovány v úhlu 90 - 120 °,[poznámka 1] což dává větší horizontální promítanou plochu než vertikální, jako u většiny konvenčních ocasů. Pohyblivé ovládací plochy jsou poté pojmenovány ruddervátoři.[28][poznámka 2] V-ocas tedy funguje jako stabilizátor vybočení a stoupání.

I když se může zdát, že konfigurace V-ocasu může mít za následek výrazné zmenšení ocasu mokrá oblast, trpí zvýšením složitosti ovládání a ovládání,[28] stejně jako složitá a škodlivá aerodynamická interakce mezi dvěma povrchy.[29] To často vede k přenesení celkové oblasti, které snižuje nebo popírá původní výhodu.[28] The Beechcraft Bonanza lehké letadlo bylo původně navrženo s ocasem ve tvaru písmene V.

Existují další kombinovaná rozvržení. The General Atomics MQ-1 Predator bezpilotní letadlo má obrácený V-ocas. Ocasní plochy Lockheed XFV lze popsat jako V-ocas s plochami, které se táhly trupem na opačnou stranu. The LearAvia Lear Fan měl Y-ocas. Všechno dvojitý ocas uspořádání s ocasním vzepřímým úhlem poskytne kombinaci podélné a směrové stabilizace.

Poznámky

  1. ^ F-117 Nighthawk, 90° - Fouga Magister, 105° - Buk Bonanza, 116°
  2. ^ A portmanteau z kormidlo & výtah

Reference

  1. ^ Empennage - D. Stinton Konstrukce letounu„Podélná stabilita - Hoerner Fluid Dynamic Lift - Ilan Kroo, Design letadla. Z hlediska stability (dimenzování ocasu, plocha ocasu, objemový koeficient stabilizátoru) se autoři vždy zabývají celou jednotkou, která zahrnuje výtahy. Pojmy „vodorovný ocas“ nebo „ocas“ se obecně používají místo „stabilizátoru“.
  2. ^ Roskam, Jan (2002). Design letadla: Pt. 3. Lawrence: DARcorporation. p. 287. ISBN  1-884885-56-X. Citováno 30. července 2015.
  3. ^ Daroll Stinton, Konstrukce letounu, "Podélné vyvážení (trim)".
  4. ^ Phillips, Warren F. (2010). „4.1 Základy statické rovnováhy a stability“. Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. p. 377. ISBN  978-0-470-53975-0. Když jsou ovládací prvky nastaveny tak, že výsledné síly a momenty kolem těžiště jsou nulové, říká se, že letadlo je v čalounění, což jednoduše znamená statickou rovnováhu
  5. ^ W.H. Phillips, Kariéra ve výzkumném středisku NASA Langley Research Center, Kapitola 4, Létající vlastnosti
  6. ^ Phillips, Warren F. (2010). „4.2 Stabilita rozteče vyklenutého křídla“. Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. p. 381. ISBN  978-0-470-53975-0. Aby byl letoun staticky stabilní v rotaci, musí jakékoli narušení při naklánění, stoupání nebo vybočení vést k vytvoření obnovovacího momentu, který vrátí letadlo do původního rovnovážného stavu.
  7. ^ Phillips, Warren F. (2010). „4.3 Zjednodušená analýza stability hřiště pro kombinaci křídla a ocasu“. Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. p. 391. ISBN  978-0-470-53975-0.
  8. ^ "Horizontální stabilizátor - výtah", Průvodce pro začátečníky v letectví, NASA Glenn Research Center, 13. září 2010
  9. ^ Gérard Hartmann (12. května 2003), „Les hydros Farman“ (PDF), Dossiers historiques et technique aéronautique française, le stabilisateur avant sera supprimé en cours d'année („přední stabilizátor bude během roku odstraněn“)
  10. ^ Gabriel Voisin, Mes 10.000 cerfs-volants (Moji 10 000 draci), strana 166: „et je m'apprêtais à tirer sur mon équilibreur ... puis il braqua son équilibreur vers la montée.“
  11. ^ Garrison, P; "Společnost tří "; Létající 129 (12), prosinec 2002, str. 85–86: „stabilizátor vpředu“ ... „Toto je funkce stabilizátoru. Pokud je vzadu, obvykle tlačí dolů a pokud je vpředu, zvedá se nahoru."
  12. ^ Benson, T (Ed): "Díly a funkce letadla", Průvodce pro letectví pro začátečníky, NASA Glenn Research Center, Na prvním letadle bratra Wrighta byl vodorovný stabilizátor umístěn před křídly.
  13. ^ Americký patent US 6064923 A, Letadlo se sníženým zatížením konstrukce křídel: "... přední stabilizátor, obecně známý jako kachní stabilizátor,"
  14. ^ „Části letadla“, Průvodce pro začátečníky v letectví, NASA Glenn Research Center
  15. ^ Horizontální stabilizátor - výtah, NASA, U některých letadel zajišťuje stabilitu a kontrolu výšky tónu vodorovná plocha umístěná před těžištěm
  16. ^ např. v AIR International Květen 1999, s. 311, Hoerner and Borst, Fluid Dynamic Lift, strana 11-29 a strana 11-33 Delta kachna, NASA TM 88354, Pohled na manipulační vlastnosti konfigurací kachny, str. 14 a Kundu, Design letadla, Strana 92,
  17. ^ Phillips, Warren F. (2010). „4.6 Zjednodušená analýza stability hřiště pro kombinaci křídlo-kachna“. Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. p. 425. ISBN  978-0-470-53975-0. ... je to hlavní křídlo a ne kachna, která zajišťuje stabilitu konfigurace křídla a kachny.
  18. ^ Setkání AIAA / AHS / ASEE o konstrukci letadel, systémech a provozu: ... - Svazek 2 - Strana 309, „Výsledky momentu nárazu ukazují stabilizační účinek křídla a destabilizující účinek kachny.“
  19. ^ F.H. Nichols,Účinky vertikálního umístění křídla a uspořádání vertikálního ocasu na charakteristiky stability konfigurací letadel Canard, strana 9, „Tělo také produkuje podstatnou destabilizující složku, která je přiměřeně vyvážena velkým stabilizačním účinkem křídla.“
  20. ^ X-29 ... zatímco jeho kachny - horizontální stabilizátory pro ovládání sklonu - byly před křídly místo na ocasu " [1]
  21. ^ Teorie a praxe používání létajících křídel, komponent Apogee
  22. ^ Poznámky ke stabilitě a kontrole bez ocasních letounů, Jones, Robert, naca-tn-837, 1941
  23. ^ Daroll Stinton, Konstrukce letounu, boční a směrová stabilita a točení
  24. ^ Barnard, R.H .; Philpott, D.R. (2010). „10. Řízení letadla“. Let letadla (4. vydání). Harlow, Anglie: Prentice Hall. p.271. ISBN  978-0-273-73098-9.
  25. ^ Holič, Horatio, „Kapitola II - Stabilita a kontrola“, Letadlo mluví, Centrum elektronického textu, Knihovna University of Virginia
  26. ^ Phillips, Warren F. (2010). "5 Laterální statická stabilita a oříznutí". Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. ISBN  978-0-470-53975-0.
  27. ^ Sweetman, Bill (2005). Lockheed Stealth. North Branch, Minnesota: Zenith Imprint. p. 73. ISBN  0-7603-1940-5.
  28. ^ A b C Raymer, Daniel P. (1999). "4.5 Geometrie a uspořádání ocasu". Design letadel: koncepční přístup (3. vyd.). Reston, Virginie: Americký letecký a astronautický institut. p.78. ISBN  1-56347-281-3.
  29. ^ Phillips, Warren F. (2010). „5.5 Účinky vzpěry ocasu na stabilitu vybočení“. Mechanika letu (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons. p. 533. ISBN  978-0-470-53975-0.

externí odkazy