Wie viel bewegt sich das Querruder eines Verkehrsflugzeugs zum Manövrieren und Trimmen?

1. Ich bin noch nie ein Flugzeug geflogen, nur darin geflogen, aber ich studiere Luft- und Raumfahrttechnik. Wenn die Querruder die ganze Zeit ausgelenkt waren, würde ich sagen, dass es ein Trimmproblem war. Beachten Sie, dass die MD-88 alte Flugzeuge sind (1980 eingeführt und 1999 eingestellt, Quelle: Wiki-Seite zur MD80-Serie ), daher ist mit einigen Eigenheiten wie Rollinstabilität oder Drift zu rechnen. Ich habe die Degradation von Flugzeugen im Laufe der Zeit nicht untersucht, aber es macht Sinn. Ich musste das erwähnen, da Stackexchange es nicht mag, wenn Leute Meinungen teilen.

2. Diese Frage ist für mich interessanter, da wir einige Berechnungen hinter dem Umschlag durchführen können, um einige einfache Fakten zu ermitteln. Lassen Sie uns annähern, wie viel Kraft erforderlich wäre, um eine Winkelbeschleunigung von beispielsweise 5 Grad pro Quadratsekunde zu erhalten, ein sehr extremer Fall. Allmähliche Drehungen werden mit Winkelbeschleunigungen von etwa 2 Grad pro Quadratsekunde eingeleitet; Auf diese Weise dauert die Eingabe einer 30-Grad-Bank etwa 15 Sekunden.

   Am relevantesten wäre eine Schätzung des Massenträgheitsmoments (MMOI) des Flugzeugs entlang seiner X-Achse (eine Achse, die in Flugrichtung zeigt).

   Zunächst wird das maximale Startgewicht (MTOW) aus Daten ( MD88-Massendaten ) entnommen und die Abmessungen aus Zeichnungen und Daten ( MD88-Abmessungsdaten ) angenähert.

   Dann wird das Flugzeug als gefüllter Zylinder mit den Flügeln als zwei Quader modelliert. Die Masse dieser 3 Abschnitte wird aus dem Massenanteil, wie er in diesem Artikel gefunden wird, angenähert. Wenn Sie alle Zahlen zusammenfassen, erhalten Sie einen ungefähren Wert$I_x$für die MD-88 als$3350 \times 10^3$ $kg$ $m^2$.

   Wir wissen das$M = I \alpha$, Wo$M$ist der rollende Moment,$I$ist das MMOI und$\alpha$ist die Winkelbeschleunigung. 5 Grad pro Quadratsekunde sind etwa 0,09 Radiant pro Quadratsekunde. Und$M = Fl$, Wo$F$ist die Kraft aus dem Querruder und$l$ist der Momentarm. Der Momentenarm liegt bei etwa 16$m$da die halbe Flügelspannweite etwa 17,9 beträgt$m$. Also haben wir$F = \frac{I \alpha}{l}$. Dies führt zu einem Kraftbedarf von 19000 N von beiden Querrudern und etwa 9500 N von jedem Querruder.

   Im normalen Flug (bei ungefähr MTOW) produzieren die Flügel etwa 600$kN$Kraft, um das Flugzeug in der Luft zu halten. Für dieses ziemlich extreme Schräglagenmanöver müssen die Querruder eine 10 erzeugen$kN$Unterschied im Auftrieb (der etwa 2 % des gesamten Auftriebs ausmacht).

   Lassen Sie uns die erforderliche Änderung des Auftriebskoeffizienten für diese Auftriebsänderung abschätzen. Unter der Annahme, dass ein Querruder 15 % der Flügeloberfläche beeinflusst, ein Flug in einer Höhe von 10 km und eine Fluggeschwindigkeit von 230 m/s, stellen wir fest, dass jedes Querruder eine 0,05-Änderung des Auftriebskoeffizienten des Flügelsegments verursachen sollte. Schauen Sie sich das Bild unten an, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie stark sich der Auftriebsbeiwert mit der Auslenkung der Klappe ändert. Es scheint offensichtlich, dass eine Ablenkung von etwa 5 Grad erforderlich ist, um die erforderliche Größenordnung der Änderung des Auftriebskoeffizienten zu erreichen.

_{(Quelle: stanford.edu )}

Nachdem wir nun eine Vorstellung von der Größenordnung haben, können wir über die Frage der Querruderauslenkung sprechen . Anhand von Informationen aus der Dokumentation zur Querruderauslegung können wir über den Moment nachdenken, der durch Ihre spezifische Frage verursacht wird. Wenn wir uns einen Ausschlag von 5 mm vorstellen (scheint für die Stabilisierung ok zu sein, aber etwas zu niedrig für die Steuerung), können wir einen Querruderausschlag von ungefähr 0,7 Grad annähern (unter der Annahme von a$c_a/c$von 0,25 und einer Akkordlänge von 1,5$m$). Daher glaube ich nicht, dass Auslenkungen von wenigen mm ausreichen, um das Flugzeug zu rollen, wie es bei Landemanövern auf einem Flughafen erforderlich wäre. Daher denke ich, dass das getrimmte Querruder, das Sie gesehen haben, das schwere Heben für das Rollen übernimmt.

Es gibt weitere Feinheiten, die in die erforderliche Größe der Auslenkung der Querruder aufgrund anderer Konstruktionsparameter eingeführt werden, wie z. B. dem Einfallswinkel des Flügels und der spezifischen Natur des Strömungsprofils in den Flügelenden. Ersteres führt zu einem Unterschied, wie stark das linke und rechte Querruder ausgelenkt werden müssen, und letzteres kann dazu führen, dass die Abschnitte mit den Querrudern von Natur aus einen höheren Auftrieb haben, um eine bessere Auftriebsverteilung über den Flügel zu erhalten. Diese beiden sind nur zwei von vielen Dingen, die zusammenwirken, um die Rolldynamik des Flugzeugs zu bestimmen.

Ich wollte mehr Quellen für meine Arbeit hinzufügen, aber anscheinend kann ich nur zwei Links hinzufügen; Also habe ich mein gesamtes Begleitmaterial entfernt und nur das Bild zur Prüfung übrig gelassen. Wenn Sie Quellen für meine Analyse wünschen, senden Sie mir eine Nachricht.