שְׁאֵלָה:
איך עובד מטוס זנב של מטוס?
Pranav
2013-12-27 15:28:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כיצד מטוס זנב מטוס שומר על יציבות המטוס ומונע את התהפכותו? כמו כן, כיצד מתיישב המעלית שנוצרת על ידי מטוס זנב לזו שנוצרת על ידי הכנף?

שאלה מימיו הראשונים של אתר זה, תשובות רבות יכולות לעשות עם עדכון. הפניות לכך שצריך להיות בעלייה שלילית צריכות להיות פתאומיות עד עכשיו.
חָמֵשׁ תשובות:
#1
+21
Ludovic C.
2013-12-27 22:51:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

עבור עיצובים קונבנציונליים, הזנב מורכב משני חלקים: הזנב האופקי והזנב האנכי. הם ממלאים תפקיד בחיתוך וכושר התמרון של המטוס אך ברמות שונות. הזנב האופקי משמש בעיקר ליציבות אורכית (ולקצץ) ואילו הזנבות האנכיים משמשים ליציבות לרוחב (ולקצץ).

על יציבות

אפשר לדבר על יציבות. רק לאחר שהגדרנו נקודת שיווי משקל סביבה נחקרת היציבות. מטוס נמצא בשיווי משקל אם הכוחות והרגעים שהוא חווה מאוזנים. באמצעות מודל פשוט לניתוח האורך, ניתן לפרק אותו בשלושה יחסים הנקראים משוואות הקצוות. על מנת לשמור על הפשטות, יש להניח כאן כי זווית ההתקפה וזווית מסלול הטיסה הם אפסיים. (שימו לב שניתן להשיג את אותה חשיבה גם עם ערכים שאינם אפסים, אך המשוואות הופכות למבולגן למדי.)

שיווי משקל אורכי

שלוש המשוואות הללו הן:

$$ L = mg $$$$ T = D $$$$ M = 0 $$

כאשר $ L $ הוא המעלית הכוללת, $ mg $ הוא משקל המטוס, $ T $ הוא הדחף, $ D $ הוא הגרר ו- $ M $ הוא רגע ההתנדנדות סביב מרכז הכובד של המטוס. המשוואה השנייה לא תילמד בהמשך מכיוון שהיא לא עוזרת להבין את תפקיד הזנב האופקי והשפעתו. כשמסתכלים על התמונה הבאה, אפשר לראות שבדרך כלל מרכז הכובד והנקודה בה חלה המעלית (המכונה המרכז האווירודינמי) אינם זהים. משמעות הדבר היא שהמעלית שנוצרת על ידי הכנף יוצרת רגע המושר סביב מרכז הכובד שיש להוסיף לרגע התנפחות המהותי כבר בשל הכנף הראשית (בדרך כלל רגע גובה למטה עבור מסילות אוויר רגילות).

Longitudinal Stability

בידיעה, ניתן לשכתב את שתי משוואות העניין כולל התרומות מהאגף הראשי ומהזנב האופקי.

$$ W + L_t = L_w $$$$ M_0 + bL_t = aL_w $$

מתוך משוואות אלה ומהאיור, נראה כי הזנב האופקי משמש ליצירת מעלית אשר גורמת לרגע המסייע באיזון שיווי המשקל של הרגעים ובכך מונע מהמטוס להסתובב על עצמו (זוויתית).

חסרון ופתרון

גם מהדמות וגם מהמשוואות מתברר שתרומת המעלית מהזנב היא לרוב שלילית, כלומר יש צורך בהרמה רבה יותר מהכנף הראשית כדי לשמור על גזוז (או מאוזן) ) מטוסים. ניתן להתגבר על החסרון הזה על ידי שימוש בתצורת קנארד במקום.

יציבות רוחבית

ניתן לעשות את אותו הדבר לגבי שיווי המשקל והיציבות לרוחב, אך זהו הזנב האנכי שהוא בשימוש. הוא סימטרי כך שלא ייווצר לסבב ואם ישנו כוח צדדי כלשהו, ​​הוא ייצור רגע על מנת להקטין את זווית החלקת הצד.

השוואת מעלית שנוצרה על ידי הזנב והראשי כנף

לתצורה גזומה, קל לראות שהמעלית שנוצרה על ידי הכנף הראשית היא פחות או יותר זו שנוצרה בזנב בתוספת המשקל הכולל של המטוס, מה שנותן מושג על ההבדל בין שני הכוחות.

#2
+16
Peter Kämpf
2016-08-14 04:50:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אין שום דבר ממש לא בסדר בתשובות הקיימות, אבל אני מרגיש שהן לא ממש חותרות עד ליבת הנושא. אבל זה למעשה לא כל כך מסובך ...

כל מה שנדרש ליציבות אורכית סטטית הוא הרמה נמוכה יותר לכל אזור בזנב האופקי מאשר בכנף. כוח למטה על הזנב עוזר, כי אז כמובן שההרמה בזנב נמוכה יותר מאשר בכנף, אך אינה הכרחית. מה שנחשב הוא ששינוי ההרמה היחסי במשטח ההרמה האחורי עקב שינוי בזווית ההתקפה של כל המטוס גבוה יותר משינוי ההרמה היחסי על משטח ההרמה הקדמי. המנגנון זהה לתצורות קונבנציונאליות, קנדרים או אפילו כנפיים מעופפות.

Lift curve slope and trim points

נניח שהמטוס עף בזווית ההתקפה $ \ alpha_1 $ ומופרע על ידי משב או קלט שליטה פתאומי, כך שהוא מניח זווית התקפה גבוהה יותר $ \ alpha_2 $. עקב קמור ושכיחות גבוהה יותר, עקומת הרמה של הכנף (קו כחול) מועלית כלפי מעלה יחסית לזנב (קו ירוק). כמו כן, אפקט שטיפת השפל ויחס הממדים הנמוך מפחיתים את שיפוע עקומת ההרמה של הזנב ביחס לזו של הכנף. הרמת הזנב הייתה שווה לרגע הרמת הכנף הגדולה בהרבה סביב מרכז הכובד. במצב 2, שינוי ההרמה המוחלט ∆L בכנף קטן בהרבה ביחס למעלית במצב 1 מאשר בזנב, כך ששינוי הרגע המתקבל מייצר רגע נפילה. אותו דבר קורה עם צמצום זווית ההתקפה במצב 2, רק הפוך.

$$ \ frac {∆L_ {Wing}} {L_ {Wing}} < \ frac {∆L_ { זנב}} {L_ {זנב}} $$

אם יחסי ההרמה יהיו שווים לכנף ולזנב, מאזן הרגעים לא ישתנה בין מצב 1 למצב 2. אך מכיוון שהזנב חווה שינוי עליון יחסי גבוה יותר, מתחולל שינוי רגע הפועל נגד שינוי זווית ההתקפה.

השפעה זו פועלת גם עבור קנארד, כאשר המעלית לכל אזור על גבי המטוס הקדמי צריכה להיות גדולה יותר מהמעלית לכל אזור בכנף. עבור כנף מעופפת המעלית לכל שטח של החלק הקדמי של הכנף צריכה להיות גדולה יותר מזו בחלק האחורי של הכנף, ועדיין אפשרית יציבות סטטית.

#3
+7
Lucas Kauffman
2013-12-27 15:37:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כנף עם פרופיל אוויר-נפט קונבנציונאלי תורמת תרומה שלילית ליציבות האורכית. משמעות הדבר היא כי כל הפרעה (כגון משב) המעלה את האף מייצרת רגע התנפחות מעל האף הנוטה להעלות את האף עוד יותר. באותה הפרעה, נוכחותו של מטוס זנב מייצרת רגע התנפחות של אף לאחור, שעשוי לנטרל את חוסר היציבות הטבעי של הכנף ולהפוך את המטוס ליציב לאורך (ממש באותה צורה שאגב הרוח מצביע תמיד אל הרוח). (מדף ויקיפדיה על מטוסי זנב)

מטוס הזנב אינו מייצר שום מעלית. אפשר לומר שזה מייצר 'הרמה שלילית'. הסיבה לכך שהטוסים מוקדמים רבים נהרגו היא מכיוון שמטוסי הזנב ייצרו מעליות במטרה לעזור למטוס לעוף, מה שיביא לדוכן מטוס זנב שלא ניתן לשחזר. רוב המטוסים המודרניים מתוכננים כך שכאשר זרימת האוויר פוחתת, ההשפעה / המומנטום שמייצר משטח הזנב פוחתת בכדי למנוע את המצב שהוזכר לעיל

על פי ספר על רייט * פלייר *, מטוסים מוקדמים תוכננו בכוונה להימנע מכניסתם באף לדוכן; פירוש הדבר שלא ניתן היה לשחזר דוכנים באוויר, אך נטו להגביל את המהירות בה המטוסים פגעו בקרקע. ההרוג הראשון באוויר היה תוצאה של כבל בקרה שבור, שגרם למטוס לאף אל הקרקע, ופגע בו במהירות, במקום שנתקע ופגע באיטיות בקרקע.
@supercat: ההרוגים הראשונים באוויר היו [Pilâtre de Rozier] (https://en.wikipedia.org/wiki/Jean-François_Pilâtre_de_Rozier) ופייר רומיין. [ההרוג הראשון הכבד מהאוויר] (https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_Lilienthal) אכן נגרם על ידי דוכן והרייטס בחרו בתצורת הקנארד באמונה השגויה זה יהפוך בדיוק לדוכן כזה בלתי אפשרי.
על פי [איך זה עף, סעיף 6] (http://www.av8n.com/how/htm/aoastab.html#sec-pitch-equilibrium), מטוס הזנב אינו מייצר "הרמה שלילית". זה רק צריך AoA נמוך יותר.
@PeterKämpf: אתה מתכוון שזה יהפוך את הדוכנים "לאף" לבלתי אפשריים? הספר מציע שהם הכירו בכך שעיצובם ייצור מצבי דוכן בלתי ניתנים לשחזור, ודוכנים היו תופעה שכיחה, אך ההרוג הראשון (ואני חושב רק) במישור רייט מאותו עיצוב התרחש כאשר נשבר הצמדת בקרה (וזה יהיה רע. חדשות במישור של כמעט כל עיצוב בו חסרו מנגנוני בקרה מיותרים).
@supercat: לא, זה לא הופך את הדוכנים "למטה האף" לבלתי אפשריים. מה שמנע מהם לקרות לרייטס היה הבחירה שלהם במרכז הכובד - כל העלונים הראשונים של רייט לא היו יציבים מבחינה סטטית, ודוכנים היו מתרחשים תחילה באגף הראשי. על ידי פיקוד מהיר של רגע עם האף עם הקנדרה הלא-מותקנת ומתפקדת לחלוטין הם יכולים להתאושש בכל פעם.
@PeterKämpf: שנינו מסכימים אני חושב שענף * עם מאפייני ה- Flyer * לא יצבור מהירות אחרי דוכן; האם יהיה זה הוגן לתאר את התנהגות הדוכן שלה ככניסה למעטפה יציבה אווירודינמית שטווח השליטה שלה אינו מספיק כדי לאפשר חזרה לטיסה בת קיימא? האינטואיציה שלי הייתה מציעה שיהיה קשה יותר להפוך מטוס זנב אחורי ליציב בצורה כזו, ויהיה סיכוי גבוה יותר להתרומם כל כך הרבה שהוא ייפול לאחור. האם זה לא יהיה המקרה?
@PeterKämpf: כדי להיות הוגנים, בעל תצורת קנארד _ עושה_ לכלי טיס בלתי ניתן להתקנה ... _אם הקנארד נמצא בזווית התקפה גבוהה יותר מהכנף הראשית אפילו במצבו המרבי שלמטה האף_.
#4
+2
Hash
2013-12-27 18:02:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

הכנפיים (שיש להן חתך רוחב אוויר) מייצרות הרמה (בעצם כוח שפועל בניגוד למשקל) שפועלות במרחק ממרכז הכובד (C.G) כך שהכוח מועבר ל- C.G. ככוח ורגע (בכיוון השעון) המובילים לתנועת הגבהה

כדי לאזן את הזנב של הרגע הזה משתמשים בזנב לייצר הרמה (קטנה בהשוואה לזו המיוצרת על ידי כנפיים) כך שאם נעביר אותו ל- C.G. כוח ורגע (מכיוון שהוא מייצר פחות הרמה עליו להיות ממוקם רחוק מ- C.G) הרגע הזה פועל בכיוון השעון ובכך מנטרל את הרגע בגלל כנפיים ... ובכך הופך את המטוס ליציב ...

#5
+1
ClickOKtoTerminate
2013-12-27 19:29:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

הערך המוחלט של המעלית שנוצר על ידי מטוס הזנב משתנה ותלוי בשלב בו המטוס שלך נמצא באותו הרגע:

המראה (דשיים מורחבים): סחף גבוה
לטפס (ללא דשים): בעיקר הרמה (לא הרבה)
שייט (ללא דשים): סחף
נחיתה (דשיים מורחבים): סחף גבוה

בשל צריכת הדלק המשקל של המטוס מצטמצם בזמן הטיסה. זה עשוי לשנות את מיקום מרכז הכובד שלך וזה בתורו ישפיע על הערך המוחלט של ההרמה / הסחף שלך. בדרך כלל | סחף | עולה, במילים אחרות, בזמן הטיסה הרמה של מטוס הזנב פוחתת.

כמה מילים ליציבות: רק חשוב על שיווי משקל של רגעים.
מרכז הכובד נמצא ליד הכנף הראשית. המעלית הגבוהה של הכנף הראשית קרובה מאוד למשל, הסחיפה של מטוס הזנב רחוקה ממנה למדי. סכום כל הרגעים שווה לאפס, הם יאזנו את המישור אם יש משבים וכו '.



שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...