Глава 9. Устойчивость и управляемость
9.1. Общие сведения о балансировке, устойчивости и управляемости
Движение самолета в пространстве вкладывается из двух видов: вращательного вокруг центра масс и поступательного движения его центра масс.
Рис.1
Вращение самолета относительно центра масс для удобства изучения можно разложить на вращения вокруг трех взаимно перпендикулярных осей ОХ, ОУ и OZ, проходящих через центр масс и условно жестко связанных с самолетом (рис. 1).
Момент, стремящийся повернуть самолет относительно продольной оси ОХ (накренить самолет), называется моментом крена Мх.
Момент, стремящийся повернуть самолет вокруг нормальной оси ОУ, называется моментом рыскания Му.
Момент, стремящийся повернуть самолет вокруг поперечной оси OZ, называется продольным или моментом тангажа Мz.
Продольный момент Мz, увеличивающий угол тангажа, называется кабрирующим, а противоположного направления – пикирующим.
Положительными моментами будут: Мz – кабрирующий, Мх – кренящий самолет на правое крыло, Му – разворачивающий самолет влево. Положительное направление осей ОХ, ОУ и OZ и моментов Мх, Му и Мz, показано на рис. 1 стрелками.
Характер движения самолета в пространстве определяется величиной и местом приложения внешних сил. Для осуществления равномерного и прямолинейного движения необходимо, чтобы сумма сил, действующих на самолет, и их моментов равнялась нулю. В этом случае самолет находится в состоянии динамического равновесия (режимы горизонтального полета, снижения и набора высоты). В установившемся развороте, на этапах взлета и посадки сбалансированы (уравновешены) моменты сил и частично сами силы.
Обычно полет самолета происходит в неспокойном воздухе, где существуют порывы ветра различного направления. При воздействии таких порывов нарушается состояние равновесия самолета. Если самолет без вмешательства пилота стремится восстановить нарушенное равновесие, то пилотировать такой самолет значительно проще. Самолет, обладающий этим свойством, называют устойчивым.
Следовательно, устойчивость – это способность самолета самостоятельно сохранять и восстанавливать заданное равновесие.
Устойчивость различают: статическую и динамическую.
Способность самолета создавать восстанавливающие моменты называется статической устойчивостью. Самолет статически устойчив, если после нарушения равновесия возникли такие силы и моменты, которые стремятся вернуть его в прежнее состояние равновесия. Статическая устойчивость является необходимым условием обеспечения динамической устойчивости самолета в полете.
Динамически устойчивым самолет будет тогда, когда наряду с восстанавливающими моментами он будет создавать прежде всего демпфирующие (гасящие) моменты. Эти моменты возникают в результате вращения самолета вокруг центра масс.
Для уравновешивания самолета в полете в определенном положении, а также для изменения его положения в пространстве, необходимо, чтобы он был управляем.
Управляемость – это способность самолета изменять свое положение в пространстве в желаемом направлении при отклонении аэродинамических рулей (руля высоты и направления или элеронов).
Между равновесием, устойчивостью и управляемостью существует определенная взаимосвязь. Так, об устойчивости и управляемости самолета можно говорить только при наличии возможности обеспечить его равновесие (балансировку). Точно также самолет будет нормально управляем только при наличии достаточной устойчивости, а рули управления самолетом одновременно являются и органами его уравновешивания.
Балансировка, устойчивость и управляемость рассматриваются относительно осей самолета ОХ, ОУ и OZ и называются соответственно поперечными, путевыми и продольными. Так как движения самолета относительно продольной и нормальной осей тесно связаны между собой, то их изучают совместно и называют боковыми движениями. Учитывая это, балансировка, устойчивость и управляемость делятся на продольные и боковые.