Срыв (гидродинамика) - Stall (fluid dynamics) - Wikipedia
В динамика жидкостей, а ларек сокращение поднимать коэффициент, порожденный фольга в качестве угол атаки увеличивается.[1] Это происходит, когда критический угол атаки фольги превышено. Критический угол атаки обычно составляет около 15 градусов, но он может значительно варьироваться в зависимости от жидкости, фольги и Число Рейнольдса.
Сваливание в полете с неподвижным крылом часто воспринимается как внезапное снижение подъемной силы, поскольку пилот увеличивает угол атаки крыла и превышает его критический угол атаки (что может быть связано с замедлением ниже скорость сваливания в горизонтальном полете). Срыв не означает, что двигатель (ы) перестал работать, или что самолет перестал двигаться - эффект будет таким же, даже при отсутствии двигателя. планер. Вектор тяги в пилотируемых и беспилотных самолетах используется для поддержания высоты или управляемого полета с остановленными крыльями путем замены потерянной подъемной силы крыла на тягу двигателя или воздушного винта, тем самым вызывая почтовый киоск технологии.[2][3]
Поскольку киоски чаще всего обсуждаются в связи с авиация, в этой статье обсуждаются сваливания, поскольку они касаются в основном самолетов, в частности самолет. Обсуждаемые здесь принципы срыва применяются также и в других жидкостях.
Формальное определение
Стойло - это состояние в аэродинамика и авиация такая, что если угол атаки увеличивается сверх определенной точки, подъемная сила начинает уменьшаться. Угол, под которым это происходит, называется критический угол атаки. Этот угол зависит от профиля крыла или профиля крыла, его план, это соотношение сторон, и другие факторы, но обычно находится в диапазоне от 8 до 20 градусов относительно набегающего ветра («относительный ветер») для большинства дозвуковых аэродинамических поверхностей. Критический угол атаки - это угол атаки на коэффициент подъема кривая угла атаки (Cl ~ альфа), при которой достигается максимальный коэффициент подъемной силы.[4]
Остановка вызвана разделение потока что, в свою очередь, вызвано потоком воздуха против повышающегося давления. Whitford[5] описывает три типа сваливания: задняя кромка, передняя кромка и тонкое крыло, каждый из которых имеет отличительные особенности Cl ~ alpha. Для сваливания на задней кромке отрыв начинается при малых углах атаки около задней кромки крыла, в то время как остальная часть потока через крыло остается присоединенной. По мере увеличения угла атаки разделенные области в верхней части крыла увеличиваются в размере по мере продвижения отрыва потока вперед, и это препятствует способности крыла создавать подъемную силу. Это показано уменьшением наклона подъемной силы на кривой Cl ~ alpha, когда подъемная сила приближается к своему максимальному значению. Отделенный поток обычно вызывает бафтинг.[6] За пределами критического угла атаки отрывной поток настолько доминирует, что дополнительное увеличение угла атаки приводит к падению подъемной силы со своего пикового значения.
Поршневые и ранние реактивные транспортные средства имели очень хорошее поведение при сваливании с предупреждением перед сваливанием и, если его игнорировать, прямым падением носа для естественного восстановления. Разработки крыла, последовавшие за внедрением турбовинтовых двигателей, привели к недопустимому срыву. Передовые разработки в области крыла с большой подъемной силой, а также внедрение двигателей с задней установкой и высоко расположенного хвостового оперения на реактивных транспортных средствах следующего поколения также привели к неприемлемому сваливанию. Вероятность непреднамеренного достижения скорости сваливания - потенциально опасного события - была рассчитана в 1965 году примерно один раз на каждые 100 000 полетов.[7] часто достаточно, чтобы оправдать затраты на разработку предупреждающих устройств, таких как вибростенды, и устройств для автоматического обеспечения адекватного шага вниз, например толкателей палок.[8]
Когда средний угол атаки крыльев выходит за пределы сваливания. вращение, что является Автоматический поворот застопорившегося крыла, может развиться. Вращение следует за отклонениями по крену, рысканию и тангажу от сбалансированного полета. Например, крен естественным образом демпфируется при неустановленном крыле, но при остановленном крыле демпфирующий момент заменяется тяговым моментом.[9][10]
Изменение подъемной силы с углом атаки
График показывает, что наибольшая подъемная сила создается при достижении критического угла атаки (который в авиации начала 20-го века назывался «точкой бурления»). В данном случае этот угол составляет 17,5 градусов, но он варьируется от профиля к профилю. В частности, для аэродинамически толстых профилей (толщиной до аккорд отношения около 10%), критический угол больше, чем у тонкого профиля из того же выпуклость. Симметричные профили имеют меньшие критические углы (но также эффективно работают в перевернутом полете). График показывает, что, когда угол атаки превышает критический угол, подъемная сила, создаваемая аэродинамическим профилем, уменьшается.
Информация в виде такого графика собрана с использованием модели профиля в аэродинамическая труба. Поскольку обычно используются модели самолетов, а не полноразмерные машины, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы данные были получены в одном и том же формате. Число Рейнольдса режим (или масштаб скорости) как в свободном полете. Отрыв потока от верхней поверхности крыла при больших углах атаки сильно отличается при малых числах Рейнольдса от таковых при высоких числах Рейнольдса реальных самолетов. В частности, при высоких числах Рейнольдса поток имеет тенденцию оставаться прикрепленным к аэродинамическому профилю дольше, потому что силы инерции преобладают по сравнению с силами вязкости, которые ответственны за отрыв потока, в конечном итоге приводящий к аэродинамическому срыву. По этой причине результаты в аэродинамической трубе, полученные на более низких скоростях и в меньших масштабах, модели реальных аналогов часто имеют тенденцию к завышению аэродинамического угла атаки сваливания. [11]. Одно из решений этой проблемы - аэродинамические трубы высокого давления.
Как правило, стабильная работа самолета при угле атаки выше критического невозможна, потому что после превышения критического угла потеря подъемной силы крыла приводит к падению носовой части самолета, что снова снижает угол атаки. . Это свисание носа, независимо от управляющих сигналов, указывает на то, что пилот действительно остановил самолет.[12][13]
На этом графике показан угол сваливания, однако на практике большинство руководств пилота по эксплуатации (POH) или общих руководств по летной эксплуатации описывают сваливание с точки зрения скорость полета. Это потому, что все самолеты оснащены индикатор воздушной скорости, но у меньшего количества самолетов есть индикатор угла атаки. Скорость сваливания самолета публикуется изготовителем (и требуется для сертификации при летных испытаниях) для диапазона веса и положения закрылков, но угол атаки сваливания не публикуется.
По мере снижения скорости угол атаки должен увеличиваться, чтобы поддерживать постоянную подъемную силу, пока не будет достигнут критический угол. Воздушная скорость, при которой достигается этот угол, является (1g, без ускорения) скоростью сваливания самолета в этой конкретной конфигурации. Развертывание закрылки / slats снижает скорость сваливания, чтобы самолет мог взлетать и приземляться с меньшей скоростью.
Аэродинамическое описание
Самолет
А самолет можно заставить заглохнуть в любом подача положение, угол крена или любая воздушная скорость, но умышленное сваливание обычно практикуется путем снижения скорости до скорости неускоренного сваливания на безопасной высоте. Скорость неускоренного (1g) сваливания варьируется на разных самолетах с неподвижным крылом и представлена цветовыми кодами на индикатор воздушной скорости. Поскольку самолет летит с этой скоростью, угол атаки должен быть увеличен, чтобы предотвратить потерю высоты или увеличение воздушной скорости (что соответствует углу сваливания, описанному выше). Пилот заметит управление полетом стали менее отзывчивыми, а также могут заметить некоторое колебание из-за того, что турбулентный воздух, отделившийся от крыла, ударяется о хвост самолета.
В большинстве легкий летательный аппарат при достижении сваливания самолет начнет снижаться (поскольку крыло больше не создает достаточной подъемной силы, чтобы выдержать вес самолета), и нос будет наклоняться вниз. Выход из сваливания включает в себя опускание носовой части самолета для уменьшения угла атаки и увеличения скорости полета до восстановления плавного обтекания крыла воздушным потоком. По завершении восстановления нормальный полет можно будет возобновить.[14] Маневр обычно достаточно безопасен и при правильном выполнении ведет лишь к небольшой потере высоты (20–30 м / 50–100 футов). Его обучают и практикуют для того, чтобы пилоты могли распознавать, избегать сваливания самолета и восстанавливаться после него.[15] Пилот должен продемонстрировать способность управлять воздушным судном во время и после стоянки для сертификации в Соединенных Штатах.[16] и это обычный маневр для пилотов, когда они знакомятся с управлением самолетом незнакомого типа. Единственный опасный аспект стойла - это отсутствие высоты для восстановления.
Особая форма асимметричного сваливания, при которой самолет также вращается вокруг своей оси рыскания, называется вращение. Вращение может произойти, если самолет остановлен и к нему приложен асимметричный момент рыскания.[17] Этот момент рыскания может быть аэродинамическим (угол бокового скольжения, руль направления, отклонение от курса элеронов), связанным с тягой (p-фактор, один двигатель не работает на многомоторном самолете с нецентральной тягой) или от менее вероятных источников, таких как сильная турбулентность. . В результате одно крыло останавливается перед другим, и самолет быстро снижается во время вращения, и некоторые летательные аппараты не могут выйти из этого состояния без правильных действий пилота (которые должны остановить рыскание) и загрузки.[18] Новое решение проблемы трудного (или невозможного) восстановления отжима сваливания обеспечивает баллистический парашют система восстановления.
Наиболее распространенные сценарии сваливания и вращения происходят при взлете (отправление сваливание) и во время приземления (от базы до конечного поворота) из-за недостаточной скорости полета во время этих маневров. Сваливание также происходит во время ухода на второй круг, если пилот не реагирует должным образом на ситуацию отклонения от дифферента в результате перехода от режима малой мощности к настройке высокой мощности на низкой скорости.[19] Скорость сваливания увеличивается, когда поверхности крыла загрязнен льдом или иней, создающий более шероховатую поверхность и более тяжелый планер из-за скопления льда.
Сваливание происходит не только при низкой скорости полета, но и на любой скорости, когда крылья превышают критический угол атаки. Попытка увеличить угол атаки на 1g путем перемещения рулевой колонки назад обычно вызывает набор высоты. Однако самолет часто испытывает более высокие перегрузки, например, при крутом повороте или выходе из пикирования. В этих случаях крылья уже работают под большим углом атаки, чтобы создать необходимую силу (получаемую от подъемной силы) для ускорения в желаемом направлении. Дальнейшее увеличение перегрузки за счет оттягивания рычагов управления может привести к превышению угла сваливания, даже если самолет летит на высокой скорости.[20] Эти «высокоскоростные стойла» производят те же характеристики тряски, что и стойла на 1 грамм, а также могут инициировать вращение, если также имеется рыскание.
Характеристики
Различные типы воздушных судов имеют разные характеристики сваливания, но они должны быть достаточно хорошими, чтобы удовлетворять их конкретным полномочиям по летной годности. Например, Короткий Белфаст у тяжелого грузового судна было незначительное падение носа, что было приемлемо для королевские воздушные силы. Когда самолет был продан гражданскому эксплуатанту, он должен был быть оснащен толкателем рукояти, чтобы соответствовать гражданским требованиям.[21] Некоторые самолеты, естественно, могут иметь очень хорошее поведение, выходящее за рамки требований. Например, реактивные транспортные средства первого поколения были описаны как имеющие безупречный нос в стойле.[22] Потеря подъемной силы на одном крыле допустима до тех пор, пока крен, в том числе во время выхода из сваливания, не превышает примерно 20 градусов, или в полете с поворотом крен не должен превышать крен 90 градусов.[23] Если предупреждение перед сваливанием, сопровождаемое опусканием носа и ограниченным опусканием крыла, естественно, отсутствует или считается неприемлемо предельным органом по летной годности, поведение сваливания должно быть достаточно хорошим с помощью модификаций планера или таких устройств, как вибростенд и толкатель. Они описаны в разделе «Устройства предупреждения и безопасности».
Скорость сваливания
Сваливание зависит только от угла атаки, а не от скорость полета.[24] Однако чем медленнее летит самолет, тем больший угол атаки ему необходим для подъемной силы, равной весу самолета.[25] При дальнейшем уменьшении скорости в какой-то момент этот угол будет равен критический (сваливший) угол атаки. Эта скорость называется «скоростью сваливания». Самолет, летящий со скоростью сваливания, не может набирать высоту, а самолет, летящий ниже своей скорости сваливания, не может прекратить снижение. Любая попытка сделать это путем увеличения угла атаки без предварительного увеличения воздушной скорости приведет к сваливанию.
Фактическая скорость сваливания будет варьироваться в зависимости от веса самолета, высоты, конфигурации, а также вертикального и бокового ускорения. Определения скорости различаются и включают:
- VS: Скорость сваливания: скорость, при которой самолет демонстрирует те качества, которые считаются определяющими сваливание.[26]
- VS0: Скорость сваливания или минимальная установившаяся скорость полета в посадочной конфигурации.[27] Скорость сваливания с нулевой тягой при максимально выдвинутом положении закрылков.[28]
- VS1: Скорость сваливания или минимальная установившаяся скорость полета, полученная в указанной конфигурации.[29] Скорость сваливания нулевой тяги при заданном положении закрылков.[30]
Индикатор воздушной скорости для целей летных испытаний может иметь следующую маркировку: нижняя часть белой дуги указывает VS0 при максимальном весе, а нижняя часть зеленой дуги указывает на VS1 при максимальном весе. В то время как самолет VS скорость рассчитывается конструктивно, ее VS0 и VS1 скорости должны быть продемонстрированы эмпирически путем летных испытаний.[31]
В ускоренном и поворотном полете
Нормальная скорость сваливания, определяемая буквой VS значения выше, всегда относятся к прямому и горизонтальному полету, где коэффициент нагрузки равно 1г. Однако, если летательный аппарат разворачивается или поднимается из пикирования, требуется дополнительная подъемная сила для обеспечения вертикального или поперечного ускорения, и поэтому скорость сваливания выше. Ускоренный срыв - это срыв, возникающий в таких условиях.[32]
В наклонный поворот, то поднимать требуется равно масса самолета плюс дополнительный подъемник для обеспечения центростремительная сила необходимо выполнить поворот:[33][34]
куда:
- = лифт
- = коэффициент нагрузки (больше 1 за поворот)
- = вес самолета
Для достижения дополнительного подъема коэффициент подъема, а значит, и угол атаки должен быть больше, чем при прямом и горизонтальном полете с той же скоростью. Следовательно, учитывая, что срыв всегда происходит при одном и том же критическом угле атаки,[35] за счет увеличения коэффициента нагрузки (например, за счет затягивания поворота) критический угол будет достигнут при более высокой скорости полета:[33][36][37][38]
куда:
- = скорость сваливания
- = скорость сваливания самолета при прямолинейном горизонтальном полете
- = коэффициент нагрузки
В следующей таблице приведены некоторые примеры связи между угол крена и квадратный корень из коэффициента нагрузки. Это происходит из тригонометрического соотношения (секущий ) между и .
Угол крена 30° 1.07 45° 1.19 60° 1.41
Например, в повороте с углом крена 45 ° Vул на 19% выше, чем Vs.
В соответствии с Федеральная авиационная администрация (FAA), приведенный выше пример иллюстрирует так называемый поворотный срыв полета, а срок ускоренный используется для обозначения ускоренный поворотный срыв только, то есть сваливание на развороте, при котором воздушная скорость уменьшается с заданной скоростью.[39]
Ускоренное сваливание на землю также представляет опасность для мощных винтовых самолетов, поскольку они склонны к качению в ответ на двигатель. крутящий момент. Когда такой самолет летит со скоростью, близкой к скорости сваливания, при прямолинейном и горизонтальном полете, внезапное применение полной мощности может перевернуть его и создать те же аэродинамические условия, которые вызывают ускоренное сваливание при полете с разворотом. Самолет, демонстрирующий эту тенденцию к качению, - это Митсубиси МУ-2; пилоты этого самолета обучены избегать внезапного и резкого увеличения мощности на малой высоте и низкой скорости полета, так как из-за ускоренного сваливания в таких условиях очень трудно безопасно выйти.[40]
Ярким примером авиакатастрофы, повлекшей за собой срыв полета на малой высоте, является 1994 крушение базы ВВС Фэйрчайлд B-52.
Типы
Динамический срыв
Динамическое сваливание - это нелинейный нестационарный аэродинамический эффект, который возникает, когда аэродинамические поверхности быстро меняют угол атаки. Быстрое изменение может вызвать сильное вихрь быть сброшенным с передней кромки крыла и двигаться назад над крылом.[41] Вихрь, содержащий высокоскоростные воздушные потоки, на короткое время увеличивает подъемную силу, создаваемую крылом. Однако, как только он проходит за задней кромкой, подъемная сила резко падает, и крыло оказывается в нормальном сваливании.[42]
Динамическое сваливание - это эффект, который больше всего ассоциируется с вертолетами и машущими крыльями, но также встречается в ветряных турбинах.[43], и из-за порывистого воздушного потока. Во время полета вперед некоторые области лопасти вертолета могут подвергаться обратному потоку (по сравнению с направлением движения лопасти) и, таким образом, включают быстро меняющиеся углы атаки. Колеблющиеся (хлопающие) крылья, как у таких насекомых, как шмель - может почти полностью полагаться на динамическое сваливание для создания подъемной силы, при условии, что колебания быстрые по сравнению со скоростью полета, а угол крыла изменяется быстро по сравнению с направлением воздушного потока.[42]
Задержка остановки может произойти на профили подвержен большому углу атаки и трехмерному потоку. Когда угол атаки на аэродинамический профиль быстро увеличивается, поток будет оставаться, по существу, прикрепленным к аэродинамическому профилю со значительно большим углом атаки, чем может быть достигнуто в установившихся условиях. В результате сваливание задерживается на мгновение, и достигается коэффициент подъемной силы, значительно превышающий установившийся максимум. Впервые эффект был замечен на пропеллеры.[44]
Глубокий стойло
А глубокий стойло (или же супер-киоск) - опасный тип стойла, поражающий определенные самолет конструкции[45] особенно реактивный самолет с Т-образный хвост комплектации и задние двигатели. В этих конструкциях турбулентный след от свалившегося основного крыла, след гондолы-пилона и след от фюзеляжа[46] «закрывает» горизонтальный стабилизатор, делая лифты неэффективными и не позволяя самолету выйти из сваливания. Тейлор[47] заявляет, что самолет с Т-образным хвостовым винтом, в отличие от реактивного самолета, обычно не требует системы восстановления сваливания во время летных испытаний сваливания из-за увеличенного воздушного потока над корневой частью крыла от промывки винта. У них также нет установленных сзади гондол, которые могут существенно усугубить проблему.[48] В A400M был оснащен гидроусилителем вертикального оперения для некоторых летных испытаний в случае глубокого сваливания.[49]
Trubshaw[50] дает широкое определение глубокого сваливания как проникновения на такие углы атаки эффективность управления по тангажу снижается из-за следа от крыла и гондолы. Он также дает определение, которое связывает глубокое сваливание с состоянием блокировки, когда восстановление невозможно. Это единственное значение , для данной конфигурации самолета, где нет момента тангажа, то есть точки дифферента.
Типовые значения как для диапазона глубокого сваливания, как определено выше, так и для точки дифферента с фиксацией приведены для Дуглас DC-9 Серия 10 Шауфеле.[51] Эти значения взяты из испытаний в аэродинамической трубе для ранней конструкции. В окончательной конструкции не было зафиксированной точки дифферента, поэтому был возможен выход из зоны глубокого сваливания, что требовалось для соответствия правилам сертификации. Нормальный срыв, начинающийся с перерыва 'g' (резкое уменьшение вертикального коэффициент нагрузки[49]) был на 18 градусов , глубокий срыв начался примерно при 30 градусах, а зафиксированная безвозвратная точка дифферента находилась на 47 градусах.
Очень высокий так как состояние блокировки при глубоком сваливании происходит намного дальше обычного сваливания, но может быть достигнуто очень быстро, поскольку самолет нестабилен за пределами обычного сваливания и требует немедленных действий для его остановки. Потеря подъемной силы приводит к высокой скорости снижения, что вместе с низкой скоростью движения при нормальном сваливании дает высокую с небольшим вращением самолета или без него.[52] BAC 1-11 G-ASHG во время летных испытаний сваливания до того, как тип был модифицирован для предотвращения запирания в глубоком сваливании, снизился со скоростью более 10 000 футов в минуту (50 м / с) и ударился о землю, двигаясь только на 70 футов (20 футов). м) вперед после первого удара.[52] Эскизы, которые показывают, как след крыла покрывает хвост, могут вводить в заблуждение, если они подразумевают, что глубокий срыв требует большого угла наклона корпуса. Тейлор и Рэй[53] покажите, как самолет в глубоком сваливании относительно ровный, даже меньше, чем во время обычного сваливания, с очень большими отрицательными углами траектории полета.
Эффекты, подобные глубокому срыву, были известны на некоторых конструкциях самолетов до того, как появился термин. Прототип Глостер Джавелин (серийный WD808) погиб в результате крушения 11 июня 1953 года в "запертом" стойле.[54] Однако Уотертон[55] заявляет, что стабилизирующее хвостовое оперение оказалось неправильным способом восстановления. Для оценки нового крыла проводились испытания управляемости на малых скоростях.[55] Хэндли Пейдж Виктор XL159 23 марта 1962 года погибло из-за «стойла».[56] Он убирал фиксированную переднюю кромку сваливания с испытанием захода на посадку сваливанием, посадочная конфигурация, C of G на корме. Тормозной парашют не растекался, так как мог препятствовать выходу заднего экипажа.[57]
Название «глубокая стойла» впервые вошло в широкое употребление после авария прототипа BAC 1-11 G-ASHG 22 октября 1963 г., в результате чего погиб его экипаж.[58] Это привело к изменениям в самолете, включая установку шейкер для палочек (см. ниже), чтобы четко предупредить пилота о надвигающемся сваливании. В настоящее время вибростенды являются стандартной частью коммерческих авиалайнеров. Тем не менее, проблема продолжает приводить к несчастным случаям; 3 июня 1966 г. Hawker Siddeley Trident (G-ARPY), было проиграл в глубоком стойле;[59] Предполагается, что причиной появления еще одного трезубца ( Рейс 548 British European Airways G-ARPI) крушение - известное как "Staines Disaster" - 18 июня 1972 года, когда экипаж не заметил условий и отключил систему восстановления сваливания.[60] 3 апреля 1980 года прототип Канадэйр Челленджер бизнес-джет разбился после того, как вошел в глубокий срыв с высоты 17 000 футов и оба двигателя загорелись. Он вышел из глубокого сваливания после раскрытия парашюта, препятствующего вращению, но разбился, так как не смог выбросить парашют или повторно запустить двигатели. Один из летчиков-испытателей не смог вовремя спастись из самолета и погиб.[61] 26 июля 1993 г. Canadair CRJ-100 погиб при летных испытаниях из-за глубокого сваливания.[62] Сообщалось, что Боинг 727 во время летных испытаний вошел в глубокое сваливание, но пилот смог раскачивать самолет на все более высокие углы крена, пока нос окончательно не провалился и не восстановился нормальный отклик управления.[63] Катастрофа 727 1 декабря 1974 г., также объясняется глубоким стойлом.[64] Крушение Рейс 708 West Caribbean Airways в 2005 г. также был отнесен к глубокому срыву.
Глубокое сваливание может произойти при явно нормальном угле тангажа, если самолет снижается достаточно быстро.[65] Воздушный поток идет снизу, поэтому угол атаки увеличивается. Ранние предположения о причинах крушения Рейс 447 авиакомпании Air France обвинил в невозможности восстановления глубокое сваливание, поскольку он спускался в почти плоском положении (15 градусов) под углом атаки 35 градусов или более. Однако пилотам удалось удержать его в остановленном планировании, подняв нос на фоне всей неразберихи о том, что на самом деле происходило с самолетом.[66]
Уста настроенный самолеты также рискуют попасть в глубокое сваливание. Два Скорость самолет потерпел крушение из-за заблокированного глубокого сваливания.[67] Тестирование показало, что добавление передние манжеты к подвесному крылу не позволял самолету попасть в глубокое сваливание. Другой самолет Piper Advanced Technologies PAT-1, N15PT, сконфигурированный для утки, также разбился в результате аварии, связанной с глубоким срывом.[68] Испытания конструкции в аэродинамической трубе Исследовательский центр НАСА в Лэнгли показал, что он уязвим для глубокого стойла.[69]
В начале 1980-х гг. Швейцер SGS 1-36 планер был модифицирован для НАСА управляемая программа полета с глубоким срывом.[70]
Совет стойло
Стреловидность и конусность крыла приводят к срыву кончика крыла перед корнем. Положение стреловидного крыла вдоль фюзеляжа должно быть таким, чтобы подъемная сила, исходящая от корневой части крыла, значительно впереди центра тяжести самолета (c.g.), должна быть уравновешена законцовкой крыла, находящейся далеко позади c.g.[71] Если кончик останавливается первым, баланс самолета нарушается, вызывая опасный нос. поднять. Стреловидные крылья должны иметь элементы, предотвращающие подъем по тангажу, вызванный преждевременным срывом законцовки.
Стреловидное крыло имеет более высокий коэффициент подъемной силы на внешних панелях, чем на внутреннем крыле, в результате чего они первыми достигают максимальной подъемной способности и первыми останавливаются. Это вызвано схемой смыва вниз, связанной со стреловидными / коническими крыльями.[72] Для отсрочки срыва опрокидывания приводится подвесное крыло. вымывание для уменьшения угла атаки. Основание также можно модифицировать с помощью подходящей передней кромки и аэродинамической части, чтобы убедиться, что она останавливается перед кончиком. Тем не менее, если выйти за пределы угла сваливания, законцовки могут все еще полностью сваливаться перед внутренним крылом, несмотря на первоначальное разделение, происходящее внутри. Это вызывает продвижение по тангажу после сваливания и вход в режим супер-сваливания на самолетах с характеристиками супер-сваливания.[73] Поток пограничного слоя по размаху также присутствует на стреловидных крыльях и вызывает срыв наконечника. Количество пограничного слоя воздуха, выходящего за борт, можно уменьшить путем создания вихрей с помощью устройства передней кромки, например, ограждения, выемки, зуба пилы или комплекта генераторов вихрей за передней кромкой.[74]
Предупреждающие и предохранительные устройства
Самолеты могут быть оборудованы устройствами для предотвращения или отсрочки сваливания, уменьшения (или в некоторых случаях более серьезного) сваливания или облегчения восстановления.
- An аэродинамический поворот может вводиться в крыло с загнутой вниз передней кромкой возле законцовки крыла. Это называется вымывание и вызывает корень крыла заглохнуть перед концом крыла. Это делает стойло нежным и прогрессивным. Поскольку срыв задерживается на законцовках крыла, где элероны бар, контроль крена сохраняется, когда начинается срыв.
- А полоса стойла представляет собой небольшое устройство с острыми краями, которое, когда оно прикреплено к передней кромке крыла, способствует началу сваливания там, а не в любом другом месте на крыле. Если он прикреплен близко к основанию крыла, он делает стойло плавным и прогрессивным; если он прикреплен к законцовке крыла, он побуждает самолет опустить крыло при сваливании.
- А забор стойла плоская пластина в направлении аккорд остановить распространение отрывного потока по крылу[75]
- Генераторы вихрейкрошечные полоски металла или пластика, размещенные на верхней части крыла возле передней кромки, которые выступают за пограничный слой в свободный поток. Как следует из названия, они активируют пограничный слой, смешивая набегающий воздушный поток с потоком пограничного слоя, создавая вихри, это увеличивает импульс в пограничном слое.Увеличивая импульс пограничного слоя, можно задержать отрыв воздушного потока и возникающее в результате срыв.
- An противовес это расширение передней кромки что порождает вихрь на верхней поверхности крыла, чтобы отложить срыв.
- А толкатель палок представляет собой механическое устройство, которое не позволяет пилоту сваливать самолет. Он толкает рычаг управления лифтом вперед по мере приближения к стойлу, вызывая уменьшение угла атаки. В общих чертах толкатель палки известен как устройство идентификации стойла или же система идентификации стойла.[76]
- А шейкер для палочек представляет собой механическое устройство, которое встряхивает органы управления пилота, чтобы предупредить о начале сваливания.
- А предупреждение о срыве электронное или механическое устройство, которое издает звуковое предупреждение по мере приближения к скорости сваливания. Большинство самолетов содержат в той или иной форме это устройство, которое предупреждает пилота о приближающемся сваливании. Самый простой такой прибор - это звуковой сигнал сваливания, который состоит либо из давление датчик или подвижный металлический язычок, который приводит в действие выключатель, и в ответ выдает звуковое предупреждение.
- An индикатор угла атаки для легких самолетов "AlphaSystemsAOA" и почти идентичный "Индикатор резерва подъема", - оба прибора для измерения перепада давления, которые отображают запас над срывом и / или угол атаки при мгновенном непрерывном считывании. General Technics CYA-100 отображает истинный угол атаки через магнитную лопасть. Индикатор AOA обеспечивает визуальное отображение количество доступной подъемной силы во всем диапазоне его низкой скорости независимо от многих переменных, которые действуют на самолет. Этот индикатор немедленно реагирует на изменения скорости, угла атаки и условий ветра и автоматически компенсирует вес самолета, высоту и температуру. .
- An ограничитель угла атаки или «альфа» ограничитель - это бортовой компьютер, который автоматически предотвращает, что пилот заставляет самолет подниматься над углом сваливания. Некоторые альфа-ограничители могут быть отключены пилотом.
Системы предупреждения о сваливании часто включают входные данные от широкого спектра датчиков и систем, включая специальный датчик угла атаки.
Блокировка, повреждение или неработоспособность датчиков сваливания и угла атаки (AOA) может привести к ненадежности предупреждения о сваливании и вызвать сбои в работе толкателя ручки, предупреждения о превышении скорости, автопилота и демпфера рыскания.[77]
Если форвард утка используется для управления по тангажу, а не хвостовое оперение, утка предназначена для встречи с воздушным потоком при чуть большем угле атаки, чем крыло. Следовательно, когда тангаж самолета ненормально увеличивается, утка обычно сначала останавливается, вызывая опускание носа и, таким образом, не позволяя крылу достичь своей критической AOA. Таким образом, значительно снижается риск сваливания основного крыла. Однако, если основное крыло сваливается, восстановление становится затруднительным, так как «утка» более глубоко сваливается и угол атаки быстро увеличивается.[78]
Если используется заднее оперение, крыло должно сваливаться перед оперением. В этом случае крыло может управляться с более высоким коэффициентом подъемной силы (ближе к сваливанию), чтобы обеспечить большую общую подъемную силу.
Большинство военных боевых самолетов имеют индикатор угла атаки среди инструментов пилота, который позволяет пилоту точно знать, насколько близко к точке сваливания находится самолет. Современные приборы авиалайнера также могут измерять угол атаки, хотя эта информация может не отображаться непосредственно на дисплее пилота, а вместо этого управлять индикатором сваливания или передавать информацию о характеристиках в бортовой компьютер (для систем fly-by-wire).
Полет за стойло
Как крыло глохнет, элерон эффективность снижается, что затрудняет управление самолетом и увеличивает риск взлета. Устойчивый полет после сваливания за пределами угла сваливания (где коэффициент подъемной силы является наибольшим) требует тяги двигателя для замены подъемной силы, а также альтернативных средств управления для замены потери эффективности элеронов. Для мощных самолетов потеря подъемной силы (и увеличение лобового сопротивления) за пределами угла сваливания представляет меньшую проблему, чем сохранение управляемости. Некоторые самолеты могут подлежать инерция после сваливания (например, F-4 ) или могут попасть в плоское вращение (например. F-14 ). Контроль за пределами сваливания может быть обеспечен системами управления реакциями (например, NF-104A ), векторной тяги, а также качения стабилизатор (или тайлерон). Повышенная маневренность за счет полетов на очень больших углах атаки может обеспечить тактическое преимущество для военных истребителей, таких как F-22 Raptor. Кратковременные остановки на 90–120 ° (например, Кобра Пугачева ) иногда проводятся на авиашоу.[79] Наибольший угол атаки при длительном полете, продемонстрированный до сих пор, составлял 70 градусов в Х-31 на Центр летных исследований Драйдена.[80] Устойчивый полет после сваливания - это разновидность сверхманевренность.
Спойлеры
За исключением летной подготовки, испытаний самолетов и высший пилотаж, ларек - обычно нежелательное событие. Спойлеры (иногда называемые лифтовыми самосвалами), однако, это устройства, которые преднамеренно используются для создания тщательно контролируемого разделение потока над частью крыла самолета, чтобы уменьшить создаваемую подъемную силу, увеличить сопротивление и позволить самолету снижаться быстрее без набора скорости.[81] Спойлеры также развернуты асимметрично (только одно крыло) для улучшения контроля крена. Спойлеры также можно использовать при прерванном взлете и после контакта с основным колесом при посадке, чтобы увеличить вес самолета на колесах для лучшего торможения.
В отличие от самолетов с двигателями, которые могут управлять снижением за счет увеличения или уменьшения тяги, планеры должны увеличивать сопротивление, чтобы увеличить скорость снижения. В высокопроизводительных планерах установка интерцепторов широко используется для контроля захода на посадку.
Спойлеры также можно рассматривать как «редукторы подъемной силы», поскольку они уменьшают подъемную силу крыла, в котором находится спойлер. Например, неуправляемый крен влево можно отменить, подняв спойлер правого крыла (или только некоторые из спойлеров, присутствующих в больших крыльях авиалайнера). Это дает то преимущество, что исключает необходимость увеличения подъемной силы падающего крыла (что может приблизить это крыло к срыву).
История
Отто Лилиенталь умер во время полета в 1896 году в результате сваливания. Уилбур Райт впервые столкнулся с срывом в 1901 году, когда летал на своем втором планере. Осведомленность об аварии Лилиенталя и опыте Уилбура мотивировала Братья Райт спроектировать свой самолет в "утка "Конфигурация. Это сделало восстановление после стойл более легким и щадящим. Дизайн не раз спасал братьям жизни.[82]
Авиационный инженер Хуан де ла Сьерва работал над его "Автожир «проект по разработке винтокрылого самолета, который, как он надеялся, не сможет глохнуть и, следовательно, будет безопаснее, чем самолеты. При разработке полученного»автожир "самолет, он решил многие инженерные задачи, которые сделали вертолет возможный.
Смотрите также
- Статьи
- Авиационная безопасность
- Уголок гроба (аэродинамика)
- Остановка компрессора
- Коэффициент подъема
- Вращение (полет)
- Спойлер (воздухоплавание)
- Закрутка крыла
- Известные аварии
- Крушение при испытаниях BAC One-Eleven 1963 года
- Крушение Felthorpe Trident 1966 года
- Рейс 548 British European Airways
- Рейс 140 Китайских авиалиний
- Рейс 676 авиакомпании China Airlines
- Рейс 447 авиакомпании Air France
- Рейс 3407 авиакомпании Colgan Air
- Рейс 1951 авиакомпании Turkish Airlines
- Рейс 8501 авиакомпании Indonesia AirAsia[83]
Примечания
- ^ Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание, п. 486. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
- ^ Бенджамин Гал-Ор, Векторная двигательная установка, сверхманевренность и роботизированный самолет, Springer Verlag, 1990 г., ISBN 0-387-97161-0, ISBN 3-540-97161-0
- ^ Отчет USAF и НАТО RTO-TR-015 AC / 323 / (HFM-015) / TP-1 (2001)
- ^ Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика, Раздел 5.7
- ^ Design For Air Combat, Ray Whitford, 1987, Jane's Publishing Company limited, ISBN 0 7106 04262, п. 15
- ^ Понимание аэродинамики - аргументы в пользу реальной физики, Дуг Маклин, 2013 г., John Wiley & Sons Ltd., ISBN 978-1-119-96751-4, стр.322
- ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1965/1965%20-%200721.html?search=stalling
- ^ Управление большими самолетами - третье издание, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр.113-115
- ^ Дизайн самолета, Даррол Стинтон, 1983, BSP Professional Books, ISBN 0-632-01877-1, стр.464
- ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1978/1978%20-%200550.html?search=april%20going%20for%20a%20spin
- ^ Кац, Дж; Плоткин, А (2001). Аэродинамика малых скоростей: от теории крыла к панельным методам. Издательство Кембриджского университета. п. 525.
- ^ Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика, Разделы 5.28 и 16.48
- ^ Андерсон, Дж. Д., История аэродинамики, стр. 296–311
- ^ Справочник FAA по полетам на самолетах ISBN 978-1-60239-003-4 Глава 4, с. 7
- ^ 14 Свода федеральных правил, часть 61
- ^ Федеральные авиационные правила, часть 25, раздел 201
- ^ Справочник FAA по полетам на самолетах ISBN 978-1-60239-003-4 Глава 4, стр. 12–16
- ^ 14 Свода федеральных правил, часть 23
- ^ Справочник FAA по полетам на самолетах ISBN 978-1-60239-003-4 Глава 4, стр. 11–12
- ^ Руководство FAA по полетам на самолетах ISBN 978-1-60239-003-4 Глава 4, с. 9
- ^ Tester Zero One - Создание летчика-испытателя, Wg.Cdr.J.A. "Robby" Robinson AFC, FRAeS, RAF (Retd) 2007, Old Forge Publishing, ISBN 978-1-906183-00-4, стр.93
- ^ Управление большими самолетами - Третье издание, 1971, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр.113.
- ^ Летчик-испытатель, Брайан Трубшоу и Салли Эдмондсон, 1998 г., Sutton Publishing, ISBN 0 7509 1838 1, стр.165
- ^ Лангевиче, Вольфганг (1972). Палка и руль. Макгроу Хилл. стр.18–21.
- ^ «Справочник пилота по аэронавигационным знаниям - глава 4» (PDF). Федеральная авиационная администрация. Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-09-04. Получено 2014-03-13.
- ^ Управление большими самолетами - Третье издание, 1971, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр. 8
- ^ http://rgl.faa.gov/Regulatory_and_Guidance_Library/rgAdvisoryCircular.nsf/0/a2fdf912342e575786256ca20061e343/$FILE/AC61-67C.pdf
- ^ Управление большими самолетами - Третье издание, 1971, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр. 8
- ^ http://rgl.faa.gov/Regulatory_and_Guidance_Library/rgAdvisoryCircular.nsf/0/a2fdf912342e575786256ca20061e343/$FILE/AC61-67C.pdf
- ^ Управление большими самолетами - Третье издание, 1971, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр. 8
- ^ Летные испытания самолета с неподвижным крылом. Ральф Д. Кимберлин ISBN 978-1-56347-564-1
- ^ Брэндон, Джон. «Скорость полета и свойства воздуха». Recreational Aviation Australia Inc. Архивировано с оригинал на 2008-07-31. Получено 2008-08-09.
- ^ а б Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика, Раздел 5.22
- ^ Маккормик, Барнс В. (1979), Аэродинамика, воздухоплавание и механика полета, п. 464, John Wiley & Sons, Нью-Йорк ISBN 0-471-03032-5
- ^ Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика, Разделы 5.8 и 5.22
- ^ Клэнси, Л.Дж., Аэродинамика, Уравнение 14.11
- ^ Маккормик, Барнс В. (1979), Аэродинамика, воздухоплавание и механика полета, Уравнение 7.57
- ^ «Скорость сваливания» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 18.08.2011.
- ^ «Часть 23 - Стандарты летной годности: §23.203 Полет с разворотом и сваливание при ускоренном развороте». Федеральная авиационная администрация. Февраль 1996 г. Архивировано с оригинал на 2009-05-05. Получено 2009-02-18.
- ^ Коллинз, Майк (1 сентября 2018 г.). «Поддержание вращения реквизита: проводимое раз в два года мероприятие поддерживает навыки пилотов Мю-2 и дух товарищества». AOPA Pilot. Получено 12 ноября 2019.
- ^ Buchner, A. J .; Сория, Дж. (2015). «Измерения потока благодаря быстро наклоняющейся пластине с использованием PIV высокого разрешения с временным разрешением». Аэрокосмическая наука и технологии. 44: 4–17. Дои:10.1016 / j.ast.2014.04.007.
- ^ а б «Динамический срыв, неустойчивая аэродинамика». Архивировано 29 декабря 2007 года.. Получено 25 марта, 2016.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
- ^ Buchner, A-J .; Soria, J .; Хоннери, Д .; Смитс, А.Дж. (2018). «Динамический срыв в ветряных турбинах с вертикальной осью: масштабирование и топологические соображения». Журнал гидромеханики. 841: 746–66. Bibcode:2018JFM ... 841..746B. Дои:10.1017 / jfm.2018.112.
- ^ Бертон, Тони; Дэвид Шарп; Ник Дженкинс; Эрвин Боссани (2001). Справочник по ветроэнергетике. Джон Уайли и сыновья. п. 139. ISBN 978-0-471-48997-9.
- ^ "Что такое супер-киоск?". Авиационный магазин. Архивировано из оригинал на 2009-10-13. Получено 2009-09-02.
- ^ «Особенности аэродинамической конструкции DC-9» Шевелл и Шауфеле, J. Aircraft Vol. 3, № 6, ноябрь – декабрь 1966 г., с. 518
- ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-04. Получено 2015-12-15.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
- ^ Тейлор, Роберт Т. и Эдвард Дж. Рэй (15 ноября 1965 г.). «Систематическое исследование факторов, влияющих на продольную стабильность после сваливания транспортных конфигураций с Т-образным хвостовиком» (PDF). Исследовательский центр НАСА в Лэнгли. п. 9. Получено 24 сентября 2018.
- ^ а б «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-01-20. Получено 2015-12-18.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
- ^ «Обработка на малых скоростях с особым упором на супер срыв» Трубшоу, Приложение III к «Пилоту-испытателю Трубшоу» Трубшоу и Эдмондсон, Sutton Publishing 1998, ISBN 0 7509 1838 1, п. 166
- ^ "Прикладная аэродинамика в компании Douglas Aircraft Company - историческая перспектива" Роджер Д. Шауфеле, 37-е совещание и выставка AIAA по аэрокосмическим наукам, 11–14 января 1999 г. / Рино, Невада Рис.
- ^ а б «Отчет об аварии № EW / C / 039, Приложение IV в« Летчик-испытатель Трубшоу »Трубшоу и Эдмондсон, Sutton Publishing 1998, ISBN 0 7509 1838 1, п. 182
- ^ Тейлор, Роберт Т. и Эдвард Дж. Рэй (15 ноября 1965 г.). «Систематическое исследование факторов, влияющих на продольную стабильность после сваливания транспортных конфигураций с Т-образным хвостовиком» (PDF). Исследовательский центр НАСА в Лэнгли. п. 20. Получено 24 сентября 2018.
- ^ ASN Wikibase Occurrence # 20519 Проверено 4 сентября 2011 года.
- ^ а б «Быстрый и мертвый» У.А. Уотертон, Фредерик Мюллер, Лондон, 1956, стр. 216
- ^ Повесть о двух победителях В архиве 2012-03-22 в Wayback Machine Проверено 4 сентября 2011 года.
- ^ "The Handley Page Victor Volume 2" Роджер Р. Брукс, Pen & Sword Aviation 2007, ISBN 978 1 84415 570 5, п. 250
- ^ "" Отчет об аварии в B.A.C. One-Eleven G-ASHG в Cratt Hill, недалеко от Chicklade, Wiltshire, 22 октября 1963 года., Министерство авиации C.A.P. 219, 1965 г.
- ^ «АСН Авиационная катастрофа Hawker Siddeley HS-121 Trident 1C G-ARPY Felthorpe». Aviation-safety.net. 1966-06-03. Получено 2013-04-02.
- ^ Отчет AIB 4/73, стр. 54
- ^ "Winging It The Making Of The Canadair Challenger" Стюарт Логи, Macmillan Canada 1992, ISBN 0-7715-9145-4, п. 169
- ^ "Авиационная катастрофа ASN Canadair CL-600-2B19 Regional Jet CRJ-100 C-FCRJ Byers, KS". Aviation-safety.net. 1993-07-26. Получено 2013-04-02.
- ^ Роберт Богаш. "Глубокие стойла". Получено 4 сентября 2011.
- ^ Описание аварии Проверено 4 сентября 2011 года.
- ^ Справочник по полету самолета (FAA-H-8083-3B) Глава 15, стр. 15-13. [1]
- ^ Питер Гаррисон (1 июня 2011 г.). «Air France 447: это был глубокий срыв?». Летающий.
- ^ Кокс, Джек, Скорость ... Решение загадки глубокого сваливания, EAA Sport Aviation, июль 1991 г., стр. 53–59.
- ^ ASN Wikibase: появление # 10732 Проверено 4 сентября 2011 года.
- ^ Уильямс, L.J .; Джонсон, Дж. Л. мл. И Ип, Л. П., Некоторые аспекты аэродинамики для усовершенствованных конфигураций самолета, AIAA paper 84-0562, январь 1984 г.
- ^ Schweizer-1-36 index: Schweizer SGS 1–36 Фотогалерея Контактный лист
- ^ https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1964/1964%20-%200018.html
- ^ Основы полета - второе издание, Ричард Шевелл, Прентис Холл, 1983, ISBN 0-13-339060-8, стр.244
- ^ Управление большими самолетами - третье издание, Д. П. Дэвис, Управление гражданской авиации, стр.121.
- ^ Flightwise - Принципы полета самолета, Крис Карпентер, 1996, Эйрлайф Паблишинг Лтд., ISBN 1 85310 719 0, стр.369
- ^ «Заборы стойл и генераторы вихрей». Архивировано из оригинал на 2009-05-08. Получено 2009-04-25.
- ^ нас Федеральная авиационная администрация, Консультативный циркуляр 25-7A Руководство по летным испытаниям для сертификации самолетов транспортной категории, пункт 228
- ^ «Зонды Harco по-прежнему вызывают проблемы с воздушной скоростью Eclipse». Архивировано из оригинал на 2008-09-26. Получено 2008-10-04.
- ^ Устойчивость и управляемость самолета Малькольм Дж. Абзуг, Э. Юджин Ларраби Глава 17 ISBN 0-521-80992-4
- ^ Маневр кобры Пугачева
- ^ X-31 EC94-42478-3: X-31 на большом угле атаки
- ^ "Спойлеры". НАСА, Исследовательский центр Гленна.
- ^ Разработка планера Райта 1900 года В архиве 2011-09-27 на Wayback Machine
- ^ "Рейс QZ8501 AirAsia" набирал высоту слишком быстро'". BBC. 20 января 2015 г.. Получено 21 января 2015.
Рекомендации
- Отчет USAF и НАТО RTO-TR-015 AC / 323 / (HFM-015) / TP-1 (2001 г.
- Андерсон, Дж. Д., История аэродинамики (1997). Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-66955-3
- Глава 4 «Медленный полет, сваливание и вращение» в Справочник по полетам на самолете. (FAA H-8083-3A)
- Л. Дж. Клэнси (1975), Аэродинамика, Pitman Publishing Limited, Лондон. ISBN 0-273-01120-0
- Стенгель, Р. (2004), Динамика полета, Издательство Принстонского университета, ISBN 0-691-11407-2
- Веб-сайт Alpha Systems AOA для информации об индикаторах AOA и Lift Reserve [2]
- 4239-01 Технические характеристики датчика угла атаки (AoA) [3]
- Справочник полетов самолета. Федеральная авиационная администрация ISBN 1-60239-003-7 Паб. Skyhorse Publishing Inc.
- Федеральное управление гражданской авиации (25 сентября 2000 г.), Тренинг по осведомленности о сваливании и вращении, № переменного тока: 61-67C
- Проф. Д-р Мустафа Кавчар, "Скорость сваливания" [4]