Nickmoment als reines Moment und dessen Messung mit einer selbstgebauten Kraftwaage

In der Mechanik lernen wir, dass eine Kraft$F$an einem bestimmten Anwendungspunkt wirken$P$kann um einen anderen beliebigen Punkt ein Drehmoment (auch Kraftmoment genannt) ausüben$Q$im Flugzeug, dh$\tau= F \times PQ$Wo$PQ$ist ein Abstandsvektor. Es ist möglich, die Kraft zu bewegen$F$von seinem Einsatzpunkt entfernt$P$und aus seiner Wirkungslinie und übertragen die Kraft auf den Punkt$Q$. Aber um die Dinge gleich zu halten, ein Paar (zwei gleich große Kräfte, die durch die Entfernung getrennt entgegengesetzt gerichtet sind$PQ$) hinzugefügt werden. Das Paar erzeugt ein reines Moment, dh ein Moment ungleich Null, das nicht vom Bezugspunkt (Pol genannt) abhängt. Das neue System (eine Kraft + ein Paar) entspricht dem ursprünglichen (einzelne Kraft$F$befindet sich$P$).

Lassen Sie uns diese Diskussion mit einem Tragflügel und seinem Nickmoment kontextualisieren: Die Kraft ist die Auftriebskraft$L$die an dem Punkt wirkt$CP$entfernt gelegen$x_{CP}$von der Flügelvorderkante$LE$für ein bestimmtes AoA. Es ist mathematisch möglich, die resultierende Auftriebskraft zu verschieben$L$aus$CP$zum Viertelpunkt$AC$befindet sich$x_{AC}$aber wir müssen ein reines Moment (Kopplungskraftsystem) hinzufügen, um die Physik äquivalent zu halten. Der Netto-Pitching-Moment ungefähr$AC$Gerade der reine Moment liegt dem Paar seit der Kraft zu Grunde$L$übt ungefähr ein Drehmoment von null aus$AC$(Hebelarm Null).

Interessanterweise, wenn wir die AoA ändern (z. B. erhöhen), die Größe von$L$erhöht und die Entfernung$x_{AC}$nimmt immer näher an die$LE$. Auch in diesem Fall können wir die Kraft übertragen$L$auf den Punkt$AC$entlang der Sehne (null Drehmoment durch$L$um$AC$) und füge den reinen Moment hinzu. Dieses Moment ist KONSTANT und genau dasselbe wie das reine Moment für größere oder kleinere Anstellwinkel. Warum? Denn selbst wenn die beiden Kräfte in dem Paar größer sind, wird ihr gegenseitiger Abstand für eine größere AoA kleiner, wobei das gesamte reine Moment gleich bleibt.

Ist das korrekt?

Wenn wir dann die AoA zum Nullauftriebspunkt verschieben, dann$F=0$, so dass uns nur das Kraftpaar und derselbe reine Moment (der die Summe aller verbleibenden Kräfte entlang der Sehne ist, die bei diesem Anstellwinkel ausgleichen) übrig bleibt, der für alle anderen Anstellwinkel existierte.

Solange wir den Bezugspunkt als Viertelpunkt definieren$AC$, alle Höhenunterschiede$L$mit AoA habe keinen Moment um diesen Punkt herum. Wenn wir jedoch einen anderen Punkt als Bezugspunkt wählen, fügt die Änderung der Auftriebskraft mit dem Anstellwinkel ein Moment hinzu, sodass Ihr Nickmoment ein konstanter Wert plus ein vom Anstellwinkel abhängiger Beitrag ist.

Experimentell stelle ich mir beim Aufbau eines Kraftausgleichs, der den Auftrieb und das Nickmoment mit zwei Kraftmessdosen misst, vor, zwei vertikale Stützen zu verwenden, die am Flügel befestigt und mit Kraftmessdosen verbunden sind. Für eine bestimmte AoA ergibt sich die Auftriebskraft aus der Vektoraddition der beiden Kräfte,$L_{total}=F_1 +F_2$aufgezeichnet von den beiden mit den Stützen verbundenen Wägezellen (glaube ich).

Aber wie würden wir das Pitching-Moment messen? Wo sollten die beiden Stützen unter dem Flügel verbunden werden, um das Nickmoment zu berechnen? Wie weit sollten die Stützen voneinander entfernt sein? Im Wesentlichen, wie würde ich die Kräfte einsetzen$F_1$Und$F_2$Nickmoment messen?

Ich denke, es könnte so funktionieren, aber ich brauche eine Bestätigung: Betrachten Sie den Referenzpunkt als den Viertelpunkt$AC$, die beiden Kräfte$F_1$Und$F_2$und ihre Drehmomente über$AC$kann einer einzelnen Kraft gleichgesetzt werden$L_{total}$, der Gesamthub$L_{total}$durchgehen$AC$und Nullmoment erzeugen, und ein einzelnes Paar, das das reine Nickmoment ungleich Null erzeugt. Für unterschiedliche Anstellwinkel „sollte“ dieses reine Pitching-Moment dasselbe sein … oder?

Danke!