Was bedeutet stick-fixed und stick-free Längsstabilität in einfachen Worten?

Trimmen Sie das Flugzeug. Machen Sie ein „Dublett“ (bedeutet, dass Sie für einen kurzen Moment vor und zurück in die getrimmte Position bleiben, oder das Ruder ausgelenkt und wieder neutral), um den getrimmten Zustand zu stören.

Beobachten Sie nun die Reaktion, während Sie alle Steuerflächen in ihrer Trimmposition halten, und stellen Sie sicher, dass sich die Steuerflächen nicht bewegen, wenn das Flugzeug seine Bewegungen durchführt . Dies ist bei GA-Flugzeugen und großen Flugzeugen mit angetriebener Steuerung recht einfach (wenn Sie dies bei einem Airbus tun, schalten Sie es auf Direct Law um ).

Als nächstes wiederholen Sie das Manöver, aber lassen Sie den Steuerknüppel bzw. die Pedale los. Beobachten Sie, wie sich die Steuerknüppel- oder Pedalposition mit Anstellwinkel bzw. Seitenschlupf ändert: Das ist Ihre frei schwebende Steuerfläche . Beobachten Sie erneut die Antwort. Normalerweise dauert es jetzt länger, bis die resultierende Schwingung abklingt und die Schwingfrequenz sollte etwas niedriger sein.

Die erste ist die Stabilität des Flugzeugs mit festem Steuerknüppel, die zweite die Stabilität ohne Steuerknüppel. Normalerweise ist die Stick-Free-Stabilität geringer und proportional zu den Stick-Kräften beim Wegfliegen vom Trimmpunkt. Die Differenz zwischen beiden wird durch die Scharniermomentbeiwerte der Steuerfläche bestimmt. Für das Höhenruder der Schwimmwinkel$\eta_f$Ist

mit$c_{r\alpha}$der Koeffizient des Scharniermoments über dem Anstellwinkel$\alpha$Und$c_{r\eta}$der Koeffizient des Scharniermoments über der Steuerauslenkung. Beide Koeffizienten sind normalerweise negativ und der Absolutwert von$c_{r\eta}$ist größer als die von$c_{r\alpha}$. Wenn$c_{r\alpha}$Null ist, sind beide Stabilitäten gleich, da der Schwimmwinkel Null ist.

Eine andere Möglichkeit, die Stick-Fixed-Pitch-Stabilität zu untersuchen, besteht darin, das Flugzeug bei zwei verschiedenen Geschwindigkeiten oder Lastfaktoren zu trimmen und die Trimmungsänderung zu messen, die zwischen getrimmtem Zustand 1 und getrimmtem Zustand 2 erforderlich ist. Das Ergebnis ist die Geschwindigkeitsstabilität bzw. Geschwindigkeitsstabilität. die Manöverstabilität.

Stick-Free-Stabilität ist nur bei manueller Steuerung relevant. FBW-Flugzeuge weisen nur Stick-Fixed-Stabilität auf, mit Ausnahme des sehr ungewöhnlichen Falls, dass die Steuerflächenaktuatoren von den aerodynamischen Kräften überwältigt werden.

Stellen Sie sich ein Flugzeug im stationären, horizontalen, getrimmten Flug vor. Längsstabilität könnte als die Tendenz des Flugzeugs beschrieben werden, in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, nachdem ein externes Ereignis den Anstellwinkel geändert hat$α𝛂$.

• Statische Stabilität: Bei fixiertem Pitchknüppel ist ein Flugzeug statisch stabil, wenn das Flugzeug die Tendenz hat, nach einer Lageänderung durch ein äußeres Ereignis in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Ohne eine Stickeingabe geben zu müssen. Eine Windböe verursacht also einen Moment, in dem die Nase nach oben zeigt, ändert die Fluglage des Flugzeugs, und die erhöhte Fluglage verursacht ein entgegengesetztes aerodynamisches Moment, das das Flugzeug in seine ursprüngliche Position zurücktreibt, sobald die Böe weg ist. Dies kann nur erreicht werden, wenn der Auftriebsschwerpunkt hinter dem Schwerpunkt liegt:

  $CN_2$>$CN_1$Wenn$α𝛂_2$>$α𝛂_1$

• Dynamische Stabilität. Unser statisch stabiles Flugzeug wird also durch die Aerodynamik dorthin zurückgetrieben, wo es war, aber was passiert dann? Wenn es Neutral erreicht, dann weiter zur anderen Seite überschießt, dann zurück durch Neutral und noch einmal weiter, divergiert die Reaktion und das Flugzeug ist dynamisch instabil. Keine gute Situation, denn um zum getrimmten Flug zurückzukehren, müssen wir periodische Steuerknüppeleingaben erzeugen, die der natürlichen Reaktion entgegenwirken. Wir möchten, dass die aerodynamischen Kräfte dafür sorgen.

• Aber was passiert, wenn wir mit einem festen Pitch-Stick dynamisch stabil sind, ihn aber während einer periodischen Bewegung nicht in Position halten? Verursacht die zurückkehrende Winkelbewegung eine Höhenruderauslenkung, die der Bewegung entgegenwirkt, oder eine, die sie verstärkt? Das hängt vom Verhalten des Aufzugs ab, nachdem ein externes Ereignis eine Erhöhung verursacht hat$α𝛂$. Fängt der Steuerknüppel an zu wackeln, genau wie das Flugzeug, und um welche Art von Wackeln handelt es sich? Eine, die dorthin zurückkehrt, wo sie war, oder divergiert sie? Dies ist eine Funktion des Vorzeichens des Scharniermoments des Höhenruders. Wenn wir einen Aufzug haben, der nach einer Erhöhung nach oben schwebt$α𝛂$, wird es dazu neigen, α zu erhöhen$𝛂$noch weiter. Diese Anordnung verringert also die statische Stabilität der Flugzeugzelle.

Das Obige ist eine kurze Beschreibung der aerodynamischen Stabilität. Es gibt noch mehr zu beachten, wie die Auslenkung des Steuerknüppelmanövers und die Kraftstabilität, aber das könnte diesen Beitrag zu langwierig machen. Wir sehen jedoch, dass wir für eine aerodynamisch stabile Flugzeugzelle ein aerodynamisches Moment brauchen, das unserer Bewegung entgegenwirkt. OK für eine Cessna, aber nicht wünschenswert für Flugzeuge mit hoher Manövrierfähigkeit wie Jäger. Dafür wollen wir, dass die Aerokräfte uns helfen, die Kurven zu fahren – aber das lässt den Piloten mit einem instabilen Gleichgewicht zurück, als würde er versuchen, auf einem großen aufblasbaren Ball zu balancieren. Winzige Steuerknüppeleingaben sind ständig erforderlich, um geradeaus zu fliegen, denn die Aerodynamik will uns ständig von der getrimmten Position abbringen.

Und hier kommt Fly-by-Wire ins Spiel. Es verwendet einen Computer, um die kleinen Eingaben zu generieren, die erforderlich sind, um das Flugzeug neutral zu halten - ständige kleine Auslenkungen, die für den Piloten nicht wahrnehmbar sind, er erlebt nur ein stabiles Flugzeug. Geben Sie eine Steuerknüppeleingabe, und alle aerodynamischen Kräfte wirken zusammen, um ein schnelles Manöver auszuführen.

Ich habe gehört, dass Formel-1-Fahrer Michael Schumacher sein Auto genau so tunen ließ: richtungsunstabil, so dass es schnell drehen kann, aber ständig kleine Korrekturen am Lenkrad erfordert. Nicht jedermanns Sache.