7.2. Продольная устойчивость самолета по перегрузке (углу атаки)

Продольной устойчивостью самолета называется способность самолета (без вмешательства пилота) восстанавливать нарушенное продольное равновесие.

Сущность продольной устойчивости самолета удобно рассматривать, используя понятия о фокусе крыла и фокусе самолета.

Фокусом крыла называется точка, относительно которой момент крыла при изменении угла атаки не изменяется. На рис. 7.2 а и б показано, что можно подобрать такую точку F, относительно которой величина аэродинамической силы изменяется обратно пропорционально плечу, тогда момент относительно этой точки не будет изменяться при изменении угла атаки: M_z1 = M_z2 =…= const.

Можно фокус крыла определить иначе – как точку, где прикладывается прирост подъемной силы, вызванный изменением угла атаки (рис. 7.2, в): Y₂ = Y₁ + Y.

а б в

Рис. 7.2. Фокус крыла

Фокусом самолета называется точка приложения равнодействующей приращения подъемной силы крыла и горизонтального оперения при изменении угла атаки.

Горизонтальное оперение, как и крыло, имеет свой фокус. Поэтому при изменении угла атаки в полете возникает прирост подъемной силы (±Y) горизонтального оперения. Но так как площадь горизонтального оперения меньше, то и приращение подъемной силы невелико. Как правило, точка приложения равнодействующей приращения подъемной силы горизонтального оперения должна находиться на 30–35% от начала САХ, иначе самолет не будет устойчив. Все части самолета (крыло, фюзеляж, оперение, гондолы двигателя) имеют свой фокус, и при попадании в восходящий порыв W_у на них возникают приросты подъемных сил. Равнодействующая этих дополнительных сил (Y_кр, Y_ГО, Y_ф) приложена на расстояниях, обратно пропорциональных величинам этих сил. Точка приложения равнодействующей дополнительных сил (Y) и есть фокус самолета (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Фокус самолета

Ввиду того, что самолет по-разному во времени реагирует на изменение по углу атаки и изменение по скорости (период изменения скорости практически на порядок больше), используются понятия:

– статическая устойчивость по перегрузке (углу атаки);

– статическая устойчивость по скорости.

Продольная статическая устойчивость по перегрузке – это способность самолета самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять или восстанавливать перегрузку (угол атаки) исходного режима полета. Критерием статической устойчивости по перегрузке является:

Продольная устойчивость самолета тем лучше, чем больше величина восстанавливающего момента, который стремится вернуть самолет в исходное положение по перегрузке (по углу атаки).

Основными факторами, влияющими на продольную устойчивость самолета, являются:

– центровка: чем более переднее расположение центра масс, тем большие восстанавливающие моменты будут создаваться на самолете при изменении угла атаки. Ограничение (предел) передней центровки устанавливается из условия получения приемлемых усилий в полете при пилотировании самолета и достаточности руля высоты на посадке. Ограничение (предел) задней центровки устанавливается из условия обеспечения запаса устойчивости по перегрузке (углу атаки). Этот запас устойчивости должен составлять для транспортных самолетов не менее 10 % между фокусом самолета и предельно задней центровкой и 5–7 % для маневренных;

– высота полета: чем больше высота полета, тем меньше величина приращения подъемной силы самолета, поэтому восстанавливающие моменты слабее и устойчивость хуже;

– режим работы силовой установки: чем больше частота вращения винта, тем больше влияние обдувки винта на крыло, поэтому приращение ±Y_кр становится больше, значит фокус самолета смещается вперед, плечо уменьшается, а это уменьшает восстанавливающий момент, следовательно, устойчивость в горизонтальном полете, и особенно в наборе высоты, хуже, чем при снижении;

– освобождение руля высоты: при «брошенном» руле высоты устойчивость по перегрузке уменьшается.