Устойчивость и управляемость
Устойчuвостью планера называется способность его возвращаться самостоятельно (при нейтральных рулях) к режиму нормального планирующего полета, будучи из него выведенным той или иной причиной.
Быстрота возвращения планера к нормальному режиму характеризует степень его устойчивости.
Неустойчивый планер, наоборот, стремится все время изменить угол атаки, получить снос или крен, пока не найдет своего положения равновесия, которое не будет положением нормального планирования.
Летать на таком планере можно, только непрестанно противодействуя рулями стремлению машины изменить полет, что крайне утомительно и требует от пилота большого уменья.
Устойчивость полета такого планера, достигнутая только действием рулей, называется <искусственной устойчивостью».
Управляемостью называется способность аппарата быть выведенным действием рулей из любого положения в воздухе или введенным в него по воле пилота.
Устойчивость и управляемость - понятия относительные.
Планер может быть, например, устойчив на летных и больших углах атаки и малоустойчив или неустойчив на малых. Возможно также, что при хорошей управляемости в нормальном полете планер не выходит из пикирования и т. д. Поэтому до всестороннего и тщательного испытания нового планера нельзя выносить окончательного суждения о его устойчивости и управляемости.
Соответственно трем взаимно перпендикулярным осям различают устойчивость:
1) продольную (вокруг поперечной оси),
2) путевую (вокруг вертикальной оси),
3) поперечную (вокруг продольной оси).
Продольная устойчивость на нормальном планере достигается:
а) расположением центра тяжести впереди равнодействующей
аэродинамической силы крыла (обычно не далее 28-32 % хорды от носка);
б) расположением центра тяжести ниже плоскости хорд (под крылом);
в) приданием планеру продольного V, то есть установкой стабилизатора
(или рулей высоты в нормальном полете) под небольшим отрицательным
углом, что также необходимо для уравновешивания момента,
опрокидывающего планер на нос, при переднем положении центра тяжести
(Рис. 23);
г) приданием крылу продольного V (стреловидности) (Рис. 24);
д) выбором соответствующего профиля крыла (Рис. 7).
С увеличением площади и плеча (расстояния от центра тяжести планера) горизонтального оперения устойчивость увеличивается, тaк как горизонтальное оперение дает стабилизирующий, то есть способствующий устойчивости, момент.
Крыло дает момент дестабилизирующий, так как оно само по себе неустойчиво (при обычных формах).
Стабилизирующее действие горизонтального оперения имеет причиной тот факт, что при изменении угла атаки крыла в ту или другую сторону опрокидывающий (дестабилизирующий) момент крыла возрастает на меньшую величину (у нормального планера), чем восстанавливающий (стабилизирующий) момент горизонтального оперения.
Последний момент перевешивает и заставляет планер вернуться к прежнему углу атаки, при котором имело место равенство всех моментов, например (при нейтральной ручке) к режиму нормального планирования.
Обычно при изменении угла атаки момент оперения изменяется в 2-3 раза быстрее момента крыла.
Каждому положению ручки управления и, следовательно, положению руля высоты соответствует у данного планера вполне определенный угол атаки, а следовательно, определенные скорость и угол планирования.
Отсюда вывод: для совершения идеального полета на строго постоянном угле атаки необходимо держать ручку управления неподвижно.
Путевая устойчивость достигается:
а) установкой киля (или руля направления) достаточной площади, удерживаемого от самопроизвольного вращения ногами пилота, позади центра тяжести планера;
б) придание положительного поперечного V крылу, т. е. приподниманием концов крыла вверх (Рис. 25);
в) приданием продольного V крылу.
На путевую устойчивость и поворотливость вредно влияют вертикальные поверхности перед центром тяжести: длинный, вынесенный вперед нос фюзеляжа и т. п.
Поперечная устойчивость достигается:
а) низким расположением центра тяжести;
б) положительным поперечным V крыла.
К учебному планеру в отношении устойчивости и управляемости предъявляют следующие требования:
1) способность совершать нормальный планирующий полет в спокойных условиях с брошеной ручкой;
2) способность легко входить и выходить из разворотов с креном до 450;
3) равномерная отзывчивость на все рули: высоты, направления и элероны;
4) послушание рулям на всех режимах до посадочного включительно.
Горизонтальное оперение планера состоит обычно у учебного типа из стабилизатора и рулей, у парителя - из одних рулей.
Наличие стабилизатора делает полет более спокойным, а главное, упрощает крепление рулей.
Горизонтальное оперение из одних рулей без стабилизатора (или из одного руля) имеет, однако, меньшее сопротивление.
Обычно рули высоты учебного планера составляют от 40 до 60 % площади всего горизонтального оперения, а все оперение от 10 до 14 % площади крыла.
Вертикальное оперение в большинстве случаев состоит из небольшого киля и руля направления. Наличие киля необязательно, так как пилот в полете практически не снимает ног с педалей, а при этом руль работает так же, как киль. Площадь вертикального оперения составляет обычно от 6 до 12 % площади крыла.
Стабилизирующее действие вертикального оперения аналогично действию хвоста флюгера.
Элероны необходимы для устранения крена или для сообщения его планеру, например, при совершении виража (Рис. 26).
Элероны устроены таким образом, что они отклоняются в противоположные стороны – правый - вверх, левый - вниз, и наоборот. При этом подъемная сила одного полукрыла увеличивается как за счет увеличения подъемной силы элерона, так и за счет прилегающей части самого крыла вследствие увеличения вогнутости совокупного профиля.
На другом полукрыле имеют место обратные явления.
Однако отклонение элеронов вызывает не только изменение подъемной силы правого и левого полукрыльев. но также и изменение их лобовых сопротивлений.
Опущенный элерон сильно увеличивает лобовое сопротивление своего полукрыла. Это усложняет взаимодействие элеронов и руля направления.
При вводе планера в разворот, когда планеру нужно придать необходимый крен, ручка дается в сторону крена, например, влево. Правый элерон опускается, левый - поднимается. Вследствие одновременного действия руля направления планер получает вращение в сторону разворота.
От этого правое полукрыло получает большую скорость, левое - меньшую.
Так как подъемные силы полукрыльев пропорциональны квадрату скоростей. у планера появляется стремление еще более увеличить угол крена.
Чтобы воспрепятствовать этому, пилот начинает поддерживать крен, то есть отклонять, действуя ручкой, элероны в положение" обратное начальному.
Чтобы сравнять увеличение лобового сопротивления элеронов при их отклонениях от нейтрального положения, иногда устраивают управление таким образом, чтобы опускающийся элерон опускался на меньшие углы, чем поднимался противоположный. Кроме того, это выгодно для сохранения удовлетворительного действия элеронов на больших углах атаки порядка 12-16°, так как опускание элерона на таких углах дает мало пользы (может даже уменьшить подъемную силу своего полукрыла). Поднимание же элеронов и на больших углах атаки наверняка даст уменьшение подъемной силы крыла, следовательно, крен в нужную сторону.
Такое управление элеронами называется дифференциальным.