Дело движется , МОЛОДЦЫ !!! Понравилась статья Витольда , вот её окончание ( о рулях направления ) . Может кто не читал этой статьи о вихрях .
Устойчивость по крену и управляемость планера Каспера
При наличии рулей высоты у концов крыла возникает проблема управления по крену. Простейшее решение этой проблемы можно получить, если использовать рули высоты как элероны. Однако, при этом возникает рысканье в направлении, противоположном желаемому крену. Это явление известно как "вредное рысканье". Для борьбы с этой неустойчивостью на самолете имеется киль, но аппараты типа летающее крыло полностью подвержены вредному рысканью, что приводит к невозможности использования нормальных элеронов для управления по крену. Вместо этого используются концевые интерцепторы или разрезные закрылки. Но они мешают установке рулей высоты, которые жизненно необходимы для независимого от скорости полета управления по тангажу.
Элерон, отклоненный вниз, особенно на высоких углах атаки, вызывает в три раза большее сопротивление, чем при отклонении вверх на тот же угол. Необходимо сделать перемещение элерона дифференциальным, но в случае бесхвостого самолета этого недостаточно. Имеется существенное уменьшение сопротивления на отклоненном вниз элероне и увеличение на отклоненном вверх элероне. Уменьшение сопротивления на отклоненном вниз элероне связано со срывом на задней кромке закрылка, который отклоняется вверх, когда элерон перемещается вниз. Сопротивление увеличивается на отклоненном вверх элероне, когда закрылок также отклоняется вверх.
Механизм взаимодействия можно представить в виде двух тангенциальных окружностей. Когда ось вращения элерона является центром большего радиуса, а радиус закрылка меньше, закрылок всегда отклоняется в одном направлении, невзирая на отклонение элерона вверх или вниз. Закрылок такого типа в случае, когда элерон используют как руль высоты, увеличивает реакцию при отклонении вверх и уменьшает при отклонении вниз, уравнивая чувствительность по тангажу независимо от скорости.
Любой орган управления самолета выполняет основную цель, но при этом возникают вторичные и третичные эффекты, которые могут быть полезными или вредными. В последнем случае конструктор должен оценить приемлемость конструкции для получения желаемого эффекта. Так как управление по тангажу представляет наибольшую важность, необходимо сдерживать вторичные эффекты руля высоты на обычном хвостовом оперении и сравнить их с подобными эффектами на крыла Каспера.
Для самолета обычной схемы силы сопротивления возникают на всех элементах конструкции, не смотря на то, используются они или нет. Силы ослабевают с падением скорости до предела, пока самолет управляем. Силы, действующие на руль высоты вызывают дополнительные изгибающие и крутящие моменты на крыльях.
На планере Каспера имеются элементы конструкции, которые не производят сопротивления, если не используются. Дополнительный эффект смещения центра давления не зависит от скорости полета, и таким образом обеспечивается полная управляемость при низких скоростях. При расположении рулей высоты у концов крыла силы, возникающие при маневре, противоположны перегрузкам, при этом ослабляется изгибающий момент.
Можно заметить, что изгибающий момент крыла с рулями высоты в четыре раза меньше, чем без них. Это означает, что получается в четыре раза большая перегрузка, чем на обычном самолете при одном и том же значении изгибающего момента. Этот эффект не существует на перпендикулярной консоли крыла, а высокий изгибающий момент, генерируемый прямоугольным крылом, явился одной из самых главных причин перехода к непрямоугольному крылу, как только консольное крыло было принято.
Для крыла с рулями высоты у концов распределение подьемной силы, соответствующее прямоугольной форме крыла, представлено на Рис. 10. Для случая, когда рули высоты расположены впритык с профилем: 1 - момент, 2 - парабола, 3 - сдвиг, 4 - кубическая парабола.
Как только рули отклоняются вверх, распределение подьемной силы принимает треугольную форму, которая подобна нагрузке на трапециевидном крыле, увеличивая дополнительно напряжение от изгиба. Это воздействие, уменьшая нагрузку на руль высоты, уменьшает изгибающий момент до 1/6 - 1/8 от моментастандартного консольного крыла. Это означает, что если на крыло с рулями высоты у конца нагрузка от порывов ветра равна 3,5 единиц, крыло может выдержать эксплуатационную перегрузку 25 единиц. УЧитывая пределы выносливости человеческого организма по перегрузкам, следует проектировать нагрузки на крыло с рулями высоты у конца порядка 3,5, которые обычно имеют место при акробатических упражнениях.Другой полезный эффект заключается в том, что крыло не закручивается, когда ручка управления берется на себя.
Известно, что для классических самолетов эффективность рулей высоты снижается с уменьшением скорости, так как силы на оперении зависят от скорости. Для стреловидного крыла, как показано выше, момент тангажа, направленный вверх, состоит из двух слагаемых. Первое слагаемое зависит от момента тангажа сил, направленных вниз на руле высоты и, следовательно, является функцией скорости. Второе слагаемое связано со смещением центра давления, которое не зависит от скорости полета, так как при вертикальном спуске возникает подьемная сила, которую можно рассматривать как сопротивление при угле атаки 90 градусов. Критическая скорость придумана человеком, в природе ее не существует. Птицы никогда не испытывают влияние критических углов атаки, а самолеты с рулями высоты на треугольных крыльях приземляются при углах атаки порядка 45 градусов. Треугольное крыло есть не что иное, как крыло с большой стреловидностью, ситуация подобна существующей на аппаратах типа летающее крыло.
Путевая устойчивость и управляемость птиц и планера Каспера
Путевая устойчивость классических самолетов обеспечивается вертикальным оперением. Принцип его действия подобен флюгеру с плоской пластиной на конце. Это неустойчивая колебательная система. Единственно верную стабилизацию осуществляет пилот с помощью руля направления при порывистом ветре. Что это так, доказано на тяжелых транспортных самолетах, когда пилоты не могут использовать демпфирующее устройство, что заставляет проектировщиков заботиться от этом. Птицы используют стреловидное крыло, чтобы обеспечить путевую устойчивость. Однако это происходит при высокой скорости полета, когда при низких углах атаки увеличивается поперечное V крыла, чем обеспечивается устойчивость по крену и рысканью. При низкой скорости полета такая система становится неустойчивой. Чтобы улучшить устойчивость по крену, концы крыла у птицы автоматически распускаются и изгибаются вверх, увеличивая поперечное V, первое, самое длинное перо изгибается наибольшим образом, каждое следующее меньше, формируя концевую шайбу. Дополнительно птица распускает хвост, принимая V-образную конфигурацию. В результате этих изменений полет птицы происходит с достаточной устойчивостью по крену и рысканью. Чтобы исполнить вираж, птица закручивает конец внутреннего крыла, который вначале действует как элерон, уменьшая подьемную силу, а затем как руль направления, который связан длинным плечом с центром тяжести. Как видно, за счет одного перемещения птица совершает координированный вираж, для выполнения которого на самолете используются две контрольных поверхности - элерон и руль направления.
Простейший способ получения оптимальных характеристик полета упругого самолета заключается в использовании разрезного вертикального оперения V-образной формы. Но при этом увеличивается сопротивление и возникают трудности с размещением руля направления.Используя наблюдение за птицами, можно расположить кили у концов крыла в форме концевых шайб. Потери на сопротивление трения компенсируются уменьшением индуктивного сопротивления, возрастает подьемная сила. Наклон килей внутрь на 4 градуса обеспечивает необходимую устойчивость по отношению к рысканью формируя V-образную систему показанную на Рис. 11
Если расположить руль направления у задней кромки обеспечить аэродинамическую балансировку впереди, можно получить приемущества системы управления птиц. Рули направления перемещаются независимо, обеспечивая момент рысканья для виража. В то же время при аэродинамической балансировке руля направления получают эффект интерцептора, обеспечивая нужный момент по крену. Рули направления, будучи независимыми, могут выполнять функции как тормозных щитков, так и интерцепторов. Для увеличения путевой устойчивости (при болтанке) следует использовать педали управления рулем направления. ОТклоняя рули на различные углы, можно компенсировать реакции горизонтального оперения и обеспечить полет без сноса или скольжения.
Рули направления на концах крыла занимают в три-четыре раза меньшую площадь, чем поверхности обычного хвостового оперения. Это обьясняется тем обстоятельством, что управляющие органы работают в невозмущенном потоке, тогда как обычное хвостовое оперение подвержено действию турбулентного потока, образующегося при обтекании комбинации фюзеляж-крыло, а также от винта.Рули направления у концов крыла, кроме того, эффективны при штопоре в противоположность обычному хвостовому рулю, так как они взаимодействуют с невозмущенным потоком (конец крыла лежит в спокойной атмосфере при штопоре). Руль направления не находится в области возмущенного следа за рулем высоты, как часто это бывает в случае самолетов обычной схемы. Руль направления у конца крыла оказывает также стабилизирующее воздействие на вираже, особенно при высоких углах атаки.
Проблема устойчивости по крену и рысканью при нулевой скорости полета решена простым способом. Как показано выше, крыло Каспера имеет вертикальные концевые шайбы и рули направления. Наклоняя концевые шайбы в пределах 45 градусов от вертикали, увеличивают устойчивость по крену. ОДнако для сохранения балансировки руля направления на крыле ось его вращения также должна иметь наклон.
Статья большая , в сообщение не входит и рисунки не отображаются .
Не могу вставить ссылку почему - то ...