Лётные качества - Flying qualities

Лётные качества один из трех основных режимов в науке о летные испытания, который также включает производительность и системы.[1] Летные качества включают изучение и оценку характеристик устойчивости и управляемости самолета. Они имеют решающее значение для безопасности полета и легкости управления самолетом в устойчивом полете и маневрах.

Отношение к стабильности

Чтобы понять дисциплину летных качеств, следует понимать концепцию устойчивости. Устойчивость можно определить только тогда, когда автомобиль находится в балансировке; то есть на транспортное средство не действуют неуравновешенные силы или моменты, которые могут привести к отклонению от устойчивого полета. Если это условие существует, и если транспортное средство нарушено, устойчивость относится к тенденции транспортного средства вернуться в сбалансированное состояние. Если транспортное средство изначально стремится вернуться в сбалансированное состояние, оно считается статически устойчивым. Если он продолжает приближаться к усеченному состоянию без превышения, движение называется проседанием. Если движение заставляет автомобиль перескакивать с триммером, он может раскачиваться вперед и назад. Если это колебание затухает, движение называется затухающим колебанием, а транспортное средство - динамически устойчивым. С другой стороны, если движение увеличивается по амплитуде, транспортное средство считается динамически нестабильным.

Теория устойчивости самолетов была разработана Г. Х. Брайаном в Англия в 1904 году. Эта теория по существу эквивалентна теории, которой преподают сегодня студенты-воздухоплаватели, и была выдающимся интеллектуальным достижением, учитывая, что в то время, когда Брайан разрабатывал теорию, он даже не слышал о первом полете братьев Райт. Из-за сложности теории и утомительных вычислений, необходимых для ее использования, конструкторы самолетов редко применяли ее. Очевидно, что для успешных полетов беспилотные самолеты должны были быть динамически устойчивыми. Самолет, которым управляли братья Райт, и большинство самолетов, которыми управляли после этого, не были стабильными, но методом проб и ошибок конструкторы разработали несколько самолетов, которые обладали удовлетворительными летными качествами. Однако многие другие самолеты обладали плохими летными качествами, что иногда приводило к авариям.

Управляемость - это те характеристики летательного аппарата, которые определяют легкость и точность, с которой пилот может выполнить летную задачу.[2] Сюда входит человеко-машинный интерфейс. То, как конкретные факторы транспортного средства влияют на летные качества, изучается в самолетах на протяжении десятилетий.[3] и эталонные стандарты летных качеств обоих самолетов[4] и винтокрылые самолеты[5] были разработаны и сейчас широко используются. Эти стандарты определяют подмножество пространства проектирования динамики и управления, которое обеспечивает хорошие характеристики управляемости для данного типа транспортного средства и летной задачи.

Историческое развитие

Брайан показал, что характеристики устойчивости самолетов можно разделить на продольные и поперечные группы с соответствующими движениями, названными режимами движения. Эти режимы движения были либо апериодическими, что означает, что самолет устойчиво приближается к условию дифферента или отклоняется от него, либо колебательным, что означает, что самолет колеблется около условия дифферента. Было показано, что продольные моды статически устойчивого самолета после возмущения состоят из долгопериодических колебаний, называемых фугоид колебания, обычно с периодом в секундах, составляющим около четверти воздушной скорости в милях в час, и короткопериодические колебания с периодом всего в несколько секунд. Боковое движение имело три режима движения: апериодический режим, называемый спиральным режимом, который мог быть дивергенцией или проседанием, сильно затухающий апериодический режим, называемый оседанием крена, и короткопериодические колебания, обычно плохо затухающие, называемые режимом голландского крена .

Некоторые первые конструкторы самолетов пытались создать самолеты, которые были бы динамически стабильными, но было обнаружено, что требования к устойчивости противоречат требованиям к удовлетворительным летным качествам. Между тем не было доступной информации, которая могла бы помочь проектировщику в том, какие характеристики должны быть включены для обеспечения удовлетворительных летных качеств.

К 1930-м годам существовало общее мнение, что самолеты должны быть динамически устойчивыми, но некоторые авиационные инженеры начали осознавать конфликт между требованиями к устойчивости и летными качествами. Чтобы решить этот вопрос, Эдвард Уорнер, который работал консультантом компании Douglas Aircraft Company над дизайном DC-4, большого транспортного самолета с четырьмя двигателями, предпринял первые в США попытки написать набор требований. за удовлетворительные летные качества. Доктор Уорнер, член главного комитета NACA, также попросил провести летное исследование для определения летных качеств самолета в соответствии с предлагаемыми требованиями. Это исследование было проведено Хартли А. Суле Лэнгли. Озаглавленный Предварительное исследование летных качеств самолетов, Отчет Суле показал несколько областей, в которых предложенные требования нуждались в пересмотре, и показал необходимость дополнительных исследований других типов самолетов.[6] В результате программа была запущена Роберт Р. Гилрут с Мелвин Н. Гоф в качестве главного летчика-испытателя.

Оценка летных качеств

Методика изучения требований к летным качествам, использованная Гилрутом, была первой, в которой были установлены инструменты для регистрации соответствующих величин, таких как положения и силы управления, угловые скорости самолета, линейные ускорения, воздушная скорость и высота. Затем опытный летчик-испытатель выполнил программу заданных условий полета и маневров. После полета данные были расшифрованы из записей, и результаты сопоставлены с мнением пилота. Сегодня такой подход можно было бы считать обычным, но это был заметный оригинальный вклад Гилрута, который использовал преимущества приборов для регистрации полета, уже имеющихся в Лэнгли, и множество самолетов, доступных для испытаний в сопоставимых условиях.

Важной величиной при измерении летных качеств в поворотах или подтягиваниях является изменение управляющей силы на ручке управления или колесе со значением ускорения, перпендикулярным направлению полета, выраженным в единицах g. Эту величину обычно называют силой на грамм.

Отношение к космическим кораблям

Новое поколение космических аппаратов, которые сейчас разрабатываются НАСА для замены космического корабля "Шаттл" и возвращения астронавтов на Луну, будет иметь возможность ручного управления для нескольких задач миссии, а легкость и точность, с которой пилоты могут выполнять эти задачи, будут иметь важное значение для производительность, риск миссии и затраты на обучение. В настоящее время не существует эталонных стандартов летных качеств пилотируемых космических аппаратов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хамель, Питер (2017). Бортовые тренажеры и электрические демонстрационные устройства / световые демонстраторы: исторический отчет о международных авиационных исследованиях. https://www.springer.com/gp/book/9783319539966: Springer. п. 2. ISBN  978-3-319-53996-6.CS1 maint: location (связь)
  2. ^ Купер, Г. и Харпер, Р.П., «Использование рейтинга пилота в оценке качества обслуживания самолетов», NASA TN D-5153, апрель 1969 г.
  3. ^ Гилрут, Р.Р., «Требования к удовлетворительным летным качествам самолетов», NACA TR 755, 1943 г.
  4. ^ «Военный стандарт, летные качества пилотируемых самолетов», MIL-STD-1797, март 1987 г.
  5. ^ Стандарт авиационного дизайна, Технические условия: требования к качеству обслуживания для военных вертолетов », ADS-33, май 1996 г.
  6. ^ Малкольм Дж. Абзуг, Э. Юджин Ларраби (2002). Устойчивость и управляемость самолета: история технологий, сделавших возможной авиацию. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-80992-4.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)

внешняя ссылка