ההשפעה של גודל איילון ומיקום על נפח מטוסים רול ויציבות

התפקיד הקריטי של גודל איילון ומיקום בהופעות רול ומטוסים

כל מטוס המיועד לטיסה מבוקרת מסתמך על משחק מדויק של כוחות אווירודינמיקה לתמרן בבטחה. בין משטחי בקרת הטיסה העיקריים, איילונים הם יסוד להובלת פיקוד - הסיבוב על ציר האורך של החלפת זמן. בעוד העיקרון הבסיסי של פעולת איילון הוא פשוט, החלטות ההנדסה סביב גודלם ומיקום יש השלכות עמוקות על קצב מתגלגל, טיפול, ויציבות כוללת זה מאמר זה ביקורות aeroדינמית ולהוביל את הגורמים לתכנון על פני ביצועים רצופים.

מעצבי מטוסים מודרניים מתמודדים עם בעיה אופטימיזציה מורכבת. ailerons גדול יותר יכול לייצר האצה גבוהה יותר רול, מקבל את המטוס יותר זריז. אבל משטחים גדולים יותר ליצור גרור מוגזם, לגרום לך נזק, ועלול ליצור כוחות שליטה בלתי מתקבלים במהירות גבוהה. בדומה, הצבת איילונים ליד האגף, מגביר את הרגע מתגלגל בגלל זרוע מנוף יעיל יותר, אך מיקום זה יכול להוביל לתופעות מסוכנות כגון שליטה על ידי הטייסים או עיצובים חיוני, אבל הוא לשפר את רגע התחנות כוח מבוזר.

הבנת איילונים ותפקודם

איילונים הם משטחים מסובכים אל קצה הדרך של כל כנף, בדרך כלל ממוקם על החלק מחוץ ללוח.המטרה העיקרית שלהם היא ליצור שינוי שונה במעלית בין שתי הכנפיים, תוך גרימת רגע מתגלגל. כאשר הטייס מעביר את השליטה יוקה או לדבוק מימין, את החיסרון הימני מתפורר (הירידה על כנף זה) בעוד שהטייס השמאלי עובר את החלק האחורי של חוסר איזון הזרועות (המימין) הוא מטה אל מול היישר של המטוס).

האירודינמיקה הבסיסית כרוכה בשינוי בזווית מקומית של התקפה. aa aileron ממצה מטה מגביר את הסום האפקטיבי ואת זווית ההתקפה, העלאת הרם coefficient. An upward-defted aileron מפחית הן. עם זאת, aileconing מטה-moving aileron גם מייצר גרר מושרה מוגברת על כנף זו, אשר נוטה ליישר את האף לכיוון רול - הידוע כמו גרור אוויר שלילי (ת) או למטה גרורת גרור גרור גרור גרור טרה-אונדטה יותר מאשר גרור גרור גרור גרור גרור טרה-אונדטה גרור גרור ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

במטוסי ביצועים גבוהים וקטגוריית תחבורה, איילונים לעתים קרובות מתווספים על ידי מקלקלים או flaperons כדי להגדיל את השליטה רול במהירויות נמוכות, או להפחית עומסים מבניים במהירויות גבוהות. חלק מהעיצובים משתמשים במשטחי הבקרה נפרדים על לוחות החוצות והלוח, המופעלים בשלבי טיסה שונים כדי לשמור על תגובה ליניארית.העיקרון היסודי, עם זאת, נותר זהה: מניפולציה מדויקת של הפצה ליזום ולת ליזום ולת.

השפעת Aileron Size על רול

(הופנה מהדף רולט) הוא אחד המדדים האינטואיטיביים ביותר של כלי רכב.עבור טווח אווירי וגובה, קצב רול מקסימלי הוא מושפע מאוד על ידי פרוש של איילון ואורך. ailer ailerons לייצר שינוי גדול יותר במעלית ליחידה דה השתקפות כי הם משפיעים על חלק גדול יותר של אזור כנף.

היחסים בין גודל איילון לבין קצב רול אינם ליניאריים, עם זאת, יעילות איילון תלויה ב אקורד יחסי - היחס של אקורד Aileron לכרס כנף.הגדלת אקורד אדרון מעבר ל 25-30% של ה- chord מניבה תשואה מופחתת כי החלק האחורי של האוויר פופט הוא פחות יעיל בגלימה גדולה.

במהירויות נמוכות, שבו נדרשים מזהמים להרים גבוהים יותר, איילונים גדולים יכולים להיות עמוסים מאוד ועלול לגרום לפירוק זרימת האוויר.זה מקטין את סמכות רול בדיוק כאשר זה נחוץ ביותר - תוך לקיחת הפסקה, נחיתה, והמשך תמרונים. versely, במהירויות גבוהות, סטיות גדולות של איילון לייצר רגעים של hing עצום הדורשים כוחות שליטה כבדים או מערכות כוח מתוחכמות על פני השטח, הרבה יותר, לקבל שיעורי על פני השטח השני של 200 ממריצים כדי לספק דליים יחסית.

Typical Aileron Size Parameters by Aircraft Class

Aircraft Type	Aileron Chord / Wing Chord	Aileron Span / Wing Span	Max Roll Rate (deg/s)
General aviation (Cessna 172)	0.20–0.25	0.35–0.50	~25
Commercial jet (Boeing 737)	0.22–0.28	0.30–0.40	~15
Fighter (F‑16)	0.25–0.30	0.50–0.60	~280

מהשולחן, ברור כי גודל לבדו אינו מכתיב את קצב הגלות; החדירה של המטוס, הכניעה, ומהירות האוויר ממלאת גם תפקידים מרכזיים.

אפקט של Aileron Placement על יציבות

המיקום הנשגב של איילונים יש השפעה ישירה על יעילות רול ויציבות מאומצת מאוחר יותר.הרגע מתגלגל המיוצר על ידי השתקפות של איילון הוא פרופורציה למוצר של שינוי המעלית ואת המרחק מן מרכז המטוס. לכן, ailerons להציב ליד כנף לייצר זרוע גדולה יותר וכתוצאה מכך רגע מתגלגל גבוה יותר עבור זווית דה השתקפות.

עם זאת, ערימות של סקייוונים מגיעים בעלות.מבנה האגף ליד קצה הוא גמיש יותר, ואת הרגעים החלים על ידי איילון יכול לגרום טוויסט כנף בולט.אם הזרוע מסתובבת בכיוון שמקטין את ההשפעה המיועדת של איילון, משטח הבקרה הופך פחות יעיל - או אפילו הפוך בלחץ דינמי גבוה.זה תופעה אקסליסטית, המכונה התחדשות, דרישות מינימליות לרגע, אבל כוח המשיכה.

עיצוב אדרון ומבנה

רצאת איילון מתרחשת כאשר הרגע האירודינמי של השתקפות איילון מתפתל את האגף בכיוון ההפוך לגלול המיועד.התופעה הופכת קריטית במהירויות גבוהות וגבהים נמוכים שבהם לחץ דינמי (1⁄2V2) גדול. מעצבים יכולים למנוע זאת על ידי הגדלת נוקשות torsarysional כנף, באמצעות ספארים כבדים יותר או עור מורכב, או על ידי העברת ailes בלוח זמנים רבים, כגון במהירות גבוהה של מטוס התעופה.

שיקול יציבות נוסף הוא ההשפעה של מיקום איילון על יציבות ספירלה.הליונים של Outboard מייצרים רגע גדול יותר של יילון בשל הגרור השונה מדה של איילון.זה יכול אינטראקציה עם הדיהדרל של המטוס ו זנב אנכי כדי להפיג יציבות ספירלה - הנטייה של מטוס לחזור לרמה כנפיים לאחר הפרעה.

שליטה על אחריות והתנהגויות סטאל

איילונים שהונחו באגף יכולים לאבד את היעילות בזווית גבוהה של התקפה כי האגף דוכנים לפני השורש כנף על תצורה רבים.זה מוביל למצב מסוכן שבו שליטה רול הופכת ללוטש או אפילו לאחור על הדוכנים. כדי לשמור על סמכות רול במהירויות מהירות נמוכה, מעצבים לעתים קרובות מתאימים מחסנים (שפועלים כמו flap) או אפילו הפוך במשטח נמוך נשאר עם מהירויות איטיות של מפונקציה, ללא מהירויות איטיות.

משחקי מסחר בעיצוב Aileron

המטרות המנוגדות של קצב רול גבוה, יציבות נאותה, יעילות מבנית, ומתכננים בעלי כוח צפוי לתוך סדרה של פשרות.אין אופטימלי אוניברסלי; תצורת האגרון הטובה ביותר תלויה במשימה המיועדת.מטוסי קרב מעדיפים את קצב רול ואגיליות, לעתים קרובות מקבל משקל מבני גבוה יותר ויציבות ספירלה מופחתת.

מערכות Fly-by-wire נתנו למהנדסים גמישות חדשה.על ידי שימוש בתוכנה כדי להתאים את הרגישות של איילון ואת גבולות הנסיעה עם מהירות אוויר, הם יכולים לחקות איילרון גדול יותר במהירויות נמוכות (עבור סמכות רול טובה) ו aileron וירטואלי קטן יותר במהירויות גבוהות (כדי להימנע משליטה יתר על המידה ולהגן על המבנה).F-16 ו-A320 הם דוגמאות בולטות שבהן חוקי בקרה פעילים מנהלים סטיות בחשיבה אמיתית, כולל ממזג אווירי-מעגלות, כולל ממזג אוויריות מרובות.

גישה מודרנית נוספת היא השימוש של flaperons - מתפתל משטחים של איילון המשתרע על פני חלק משמעותי של קצה שביל כנף. פלפורונים יכול להיות פרוס באופן סימטרי כמו flaps כדי להגדיל את המעלית במהלך ההמראה והנחתה, ו aסימטרית לשליטה רול.זה מקטין את המספר הכולל של חלקים נעים אבל מוסיף המורכבות של אקטוציה ושליטה לוגיקה.

גודל איילון ושיקולי טיסה מהירים

כאשר גישה מטוסים למהירויות טרנזין וסופרוזיות, גלי הלם ואפקטים דחיסות מסבך את ביצועי איילון.המרכז האירודינמי עובר הלוך ושוב, ואת השינויים המדרונות של המעלית. גורמים אלה יכולים להפחית באופן דרסטי את יעילותו של איילון.כדי לפצות, מטוסים סופר-סוניים רבים משתמשים בכל זנבות אופקיים הנעים (ממריצים) לשליטה על סטטה וסמוך על שליטה באמצעות שליטה על רול באמצעות דילולית שונה של הסמן של הסמן בשילוב עם מסמן עם מנקה או מנקה ייעודי.

גודלו של איילון ביחס לכוורת' האגף הופך קריטי במשטר הטראנסוני.הליונים הגדולים יכולים לגרום להיווצרות גלי הלם חזקה על פני השטח העליון של הזרוע, המוביל לגרור חמור ולשלוט זמזום אפשרי.מסיבה זו, מטוסים מהירים גבוהים לעתים קרובות יש איילונים קטנים יחסית עם יחס של 0.15–0.20, והם מסתמכים על משטחים נוספים כמו דרישות אחרות כמו זנב או זנב כדי לעמוד בדרישות ספוילר.

Flutter - חוסר יציבות אווירוליסטית דינמי - הוא עוד סיכון מהיר החריפה על ידי מסה גדולה של איילון וציות. מעצבים חייבים בזהירות איזון של חלוקת המוניות של איילון, נוקשות ציר, ואירודינמיקה לחבק כדי להבטיח כי מהירויות פלוטר נשאר טוב מעל המהירות התפעולית המקסימלית של המטוס.

עיצוב Aileron עבור סוגים שונים של מטוסים

גודלו הטוב ביותר של איילון והמיקום משתנים בין קטגוריות.FLT:0 (המטוסים התעופה הכלליים של התעופה 1) כגון Cessna 172 או Piper Archer לעתים קרובות להשתמש ailerons שונים עם אקורד מתון (20–25% של כורד) ומכסה כ-40% משטח הכנפיים.

(FLT:0)Commercial AirrsFLT:1 מציג קבוצה שונה של דרישות: הם חייבים לספק רוכבים חלקה ונוחים עבור נוסעים תוך שמירה על יעילות השייט במהירות גבוהה. רוב המטוסים משתמשים בשילוב של איילונים מחוץ ללוח (יעילות במהירויות נמוכות) ובלוחות כי הם נעולים או משמשים רק עבור מהירויות קטנות במהירויות גבוהות.

(FLT:0) מטוס קרב ואווירה מובנים 1 (FLT:1 ), דורשים שיעורי רול גבוהים במיוחד.התוספת 300, מטוס aerobatic תחרות, משתמש באלפיונים רחבים שתופסים כמעט את קצה האגף כולו לאורך זמן.המזלונים מתוכננים עם 300 רגעים קטנטנים נמוכים וזווית דה גבוהה (עד 50°) כדי להשיג עלייה של 400 לרמה שנייה יכול לעמוד מול השני של עומסים כמו גם כדי לחזק את השני של עומסים.

(FLT:0) כלי רכב אוויריים (UAVs)BuildFLT) 1 לעתים קרובות תכונה כל כנפיים או תצורות ללא זנב.בעיצובים אלה, ailerons משולבים לתוך elevons - מעליות מובנות ו ailerons. Elevon גודל ומיקום הם קריטיים כי כל המגרש וחילול סמכות תלוי בהם בדרך כלל, elevonsalonss של 30-0% של חוט השדרה דורש את היישר של הרגע הנכון של .

מסקנה

גודל Aileron ומיקום אינם פרמטרים עצמאיים - הם מאוד טבילה עם העיצוב האירודינמי של המטוס, הפריסה מבנית ותפקיד תפעולי. ailerons גדול לספק שיעורי רול גבוה אבל להביא סיכונים של חוט שלילי, aileron reversal, וצמצום השליטה על הדוכנים. Inboard שיפור יציבות ופשטות עומסים מבניים אבל לא יכול לספק את הסמכות הגלולה הדרושה עבור טיסה תמיד משקפת את הגורמים הסופיים של עיצוב מכוון של פעולות מתחרות.

קידום חומרים, מתאמים, ומחשבי בקרת טיסה הרחיבו באופן משמעותי את המרחב העיצובי.המטוס המודרני יכול להשתמש עכשיו במזלונים קטנים וקלים יותר, ולהסתמך על חוקי בקרה פעילים כדי לשמור על ביצועים גבוהים בטווח המהירות.כפי שמהנדסים ממשיכים לדחוף את גבולות הביצוע, את הפקידי המסחר היסודי של עיצוב איילון יישאר בלב פיתוח מטוסים, להבטיח כי הן בטיחות והן תמרון ישמרו.

(ב) לקריאה נוספת, מסמך טכני של נאס"א על גבי הפיכה של איילון:1LT מספק טיפול קפדני של אפקטים אווירליסטיים.ה-FLT:2FAA Airplane HandbookFOVAFLT 3FLT מציע נקודת מבט ממוקדת טייס על השימוש בפלרון.