Wie kann das Design eines Flugzeugs korrigiert werden, das während des Anflugs nicht geschwindigkeitsstabil ist?

Es hört sich so an, als ob der Designprozess bereits die Flugzeugfertigung und Flugtests durchlaufen hat, was eine sehr späte Phase für die Neugestaltung der gesamten Hauptflügelgeometrie und -struktur darstellt. Es gibt einige Elemente, die in Ihrer Frage interpretiert werden können. Betrachten wir zwei Fälle:

1. Haften Sie feste statische Stabilität

Unter der Annahme, dass es sich bei dem fraglichen Design nicht um ein schwanzloses Design handelt, besteht der beste Ansatz darin, an den sekundären Steuerparametern zu arbeiten:

• Heckvolumen - horizontale Heckfläche vergrößern$S_h$oder Schwanzlänge$l_h$;
• Stabilisator-Einfallswinkel - Erhöhen Sie den maximalen Ablenkwinkel, wie er im Kielwasser des Rumpfes oder des Hauptflügels sein kann;
• Landeklappen - deren Ablenkung führt zu einem Sturz mit der Nase nach unten$C_m$

Nach einigen vereinfachenden Annahmen lautet die Momentengleichung im Gleitflug:

$$C_m = C_{m_{ac}} + C_{N_W} \cdot \frac{x_{cg} - x_W}{\bar{c}} - C_{N_h} {\left( \frac{V_h}{V} \right)}^2 \frac{S_h \cdot l_h}{S \cdot \bar{c}} = 0$$

Die drei Variablen, die angepasst werden können, sind also

• $C_{m,ac}$
• Lage des Schwerpunkts
• Schwanzvolumen$S_h \cdot l_h$

Für Stabilität,$dC_m/d\alpha$< 0. Die obige Grafik zeigt die Beiträge zu$dC_m/d\alpha$aus Windkanalmessungen an einem Fokker 27 Modell. Der (nicht gekehrte) Flügel hat einen kleinen Beitrag, das Einführen von Flügelschwung und -drehung würde die Stabilität verbessern - wäre aber für die F27-Mission völlig aus dem Zusammenhang gerissen. Der Hauptbeitrag zur Stabilität des Modells kommt vom Höhenleitwerk.

2. Hinteres Ende der Leistungskurve

Bildquelle

Am hinteren Ende der Leistungskurve ($V_1$Punkt A im obigen Diagramm), wird mehr Leistung benötigt, wenn das Flugzeug langsamer wird. Die Fluggeschwindigkeit korrigiert sich nach einer Störung durch einen horizontalen Windstoß nicht automatisch selbst, sondern erfordert eine ständige Überwachung und zusätzliche Energiezufuhr.

Die Lösung: mehr verfügbare Leistung bei niedrigen Geschwindigkeiten oder eine geringere Flächenbelastung. Bei hoher Flächenbelastung der$C_L$des Flügels hoch ist, was den steilen Anstieg auf der linken Seite der Leistungsbedarfskurve verursacht. Klappen steigen$C_L$, und Fowler-Klappen erweitern auch die Flügelfläche während des Anflugs.

Wenn ich die Frage richtig verstehe, weist das Flugzeug mit der Geschwindigkeit einen negativen Haftkraftgradienten auf. Mit anderen Worten, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, bewegt sich der Knüppel in "Zug"-Richtung, wenn er sich selbst überlassen wird, während er sich für ein stabiles Flugzeug in "Schub"-Richtung bewegen sollte.

Aus dem wenigen, was Ihre Frage vermittelt, komme ich zu diesen Schlussfolgerungen:

• Es muss eine Konfigurationsänderung vorliegen, wenn das, was zuvor stabil war, während des Anflugs instabil wird. Ich vermute, dass die Flügelklappen abgesenkt wurden.
• Das Flugzeug verwendet reversible, vollmechanische Steuerungen.
• Beim Bewegen des Steuerknüppels ändert sich die Geschwindigkeit entgegengesetzt zu den Zertifizierungsanforderungen (siehe CS 23.173 in diesem Dokument ).

Bitte beachten Sie, dass das Folgende auf diesen Schlussfolgerungen basiert. Wenn Sie das Problem falsch dargestellt haben, geben Sie mir nicht die Schuld, wenn das Mittel nicht funktioniert.

Im Allgemeinen kann die Geschwindigkeitsstabilität verbessert werden durch:

1. Positiver Sturz am Höhenruder. Dies treibt seinen freien Schwebewinkel (Auswehwinkel) auf negativere Werte und erfordert eine Trimmkraft, um das Flugzeug zu trimmen. Wenn diese Trimmkraft geschwindigkeitsunabhängig ist, beispielsweise durch eine Feder zwischen Schubstangen und Struktur, wird diese Trimmung das Höhenruder in "Schub"-Richtung vorspannen und ein zunehmender dynamischer Druck wird es in "Zug"-Richtung bewegen. Das bedeutet mehr "Zug"-Kraft bei höherer Geschwindigkeit, ergo höhere Geschwindigkeitsstabilität.
2. Reduzierung des Scharniermomentwechsels über den Anstellwinkel. Dies kann durch Steuerhörner am Höhenruder erreicht werden. Wenn sie übermäßig durchgeführt werden, bewegen sie das Höhenruder sogar in "Schub"-Richtung, wenn der Anstellwinkel zunimmt, aber im Allgemeinen sollte eine Verringerung der Tendenz des Höhenruders, den Änderungen des Anstellwinkels zu folgen, ausreichen. Wenn das Horn den Gradienten der Steuerknüppelkräfte über dem Auslenkungswinkel zu stark reduziert, fügen Sie eine Anti-Servo-Lasche hinzu.

Je nachdem, was den Verlust der Geschwindigkeitsstabilität verursacht, funktionieren diese Maßnahmen möglicherweise nicht. Ihre erste Aufgabe besteht daher darin, herauszufinden, welche Änderungen in der Herangehensweise vorgenommen wurden und wie diese Änderung neutralisiert werden kann. Ich habe den Verdacht, dass das Einstellen der Klappen die Strömungstrennung am Flügel erhöht und dass dieses Kielwasser das Höhenruder trifft, wenn es mit Anfluggeschwindigkeit fliegt. Hier ist die beste Abhilfe natürlich, den Stabilisator nach oben und aus dem Nachlauf des Flügels zu bewegen.

Die Verwendung von Profilen mit Reflexwölbung oder die Verwendung einer Kombination aus Sweep und geometrischer Verdrehung sollte helfen

Nein, überhaupt nicht . Beides wirkt sich negativ auf die Leistung aus und hat viel mehr Einfluss auf andere Parameter als die Geschwindigkeitsstabilität. Ihr Problem liegt in der Änderung des Moments des Aufzugsscharniers über der Geschwindigkeit, und dies kann am besten behoben werden, indem Sie die Scharniermomente richtig anpassen.

Beim Anflug nicht geschwindigkeitsstabil...

Daraus lässt sich stark schließen, dass das Hinzufügen von Klappen den CP des Flügels so weit nach hinten verschiebt, dass das Drehmoment der Flügelnase nach unten stärker wird als das Drehmoment der Hecknase nach oben, und der Stabilisator kann dies nicht kompensieren.

Die schnellste Lösung besteht darin, die Vorwärts-CG-Grenzwertkurve mit ausgefahrenen Landeklappen neu zu bewerten . Das Verschieben der Grenze nach achtern erhöht den Sicherheitsspielraum.

Der Vorschlag, den Sturz des horizontalen Stabilisators (anstelle der Größe) zu erhöhen, schien für große Verkehrsflugzeuge (aufgrund des erhöhten Luftwiderstands bei höheren Mach-Werten) geeignet zu sein, bis ... auch Latten und Klappen am Stabilisator anzubringen?

Ja, das wäre lustig, also wäre eine Erhöhung des Heckvolumens eine mögliche Lösung, mit einer Erhöhung des Sturzes eine sehr praktikable Lösung für Flugzeuge mit niedrigerer Geschwindigkeit.

Drittens Bewertung von Änderungen des Luftstroms, die durch das Absenken der Klappen verursacht werden, wobei daran zu denken ist, dass das Heck Abtrieb erzeugt , sodass der Abwind vom Flügel seine AoA erhöht . Es besteht die reale Gefahr, dass ein (zu kleiner) überforderter Stabilator tatsächlich vor dem Flügel abwürgt, was verheerend wäre. Schlimmer noch, ein Computer, der sich auf begrenzte sensorische Eingaben verlässt, könnte reagieren, indem er versucht, den Stabilisator noch weiter auszulenken.