| |
исходной скорости полёта, исходя из баланса изменений тяги Р и
аэродинамического сопротивления Xг. п по скорости в горизонтальном полёте, а
условие статической У. ЛА имеет вид:
{{}}<0.
Путевая статическая устойчивость является аналогом продольной статической У. по
углу атаки (mz{{?}}): {{?}}my/{{??}}<0, где {{?}} — угол скольжения (рис. 3).
Поперечная статическая устойчивость — название частной производной
безразмерного момента крена по углу скольжения {{?}}mx/{{??}}<0. Этот термин
имеет более опосредствованное отношение к апериодической У. ЛА по углу
скольжения (mx{{?}} влияет на частоту боковых колебаний) и определяет
спиральную устойчивость по крену.
При рассмотрении динамической У. движения ЛА анализируется линеаризованная
система уравнений движения, которая разделяется на системы уравнений
продольного движения и бокового движения (в некоторых случаях линеаризация
уравнений производится относительно исходного пространственного движения). Для
осесимметричных ЛА уравнения движения могут записываться в полярной системе
координат, и обычно используется иная процедура анализа возмущённого движения с
выделением движений по пространственному углу атаки и по углу крена.
Динамическая У. возмущённого движения оценивается по корням соответствующего
характеристического уравнения: действительная часть корней должна быть меньше
нуля. По отношению к действительным корням характеристического уравнения
употребляется термин апериодической У. или неустойчивости движения (рис. 4, а);
комплексно-сопряжённым корням соответствуют колебательные переходные процессы,
и поэтому используется термин колебательная У. или неустойчивость движения (рис.
4, б).
Граница апериодической У. возмущённого движения определяется из условий
равенства нулю свободного члена a0 характеристического уравнения
anpn+аn1pn1+...+a0 = 0.
Применительно к ЛА «самолётной» схемы, где возмущённое движение ЛА описывается
отдельными системами уравнений продольного и бокового движений, условия
апериодической У. тесно связаны с условиями статической У. Так, для
апериодической У. движения ЛА по углу атаки на коротких интервалах времени (в
рамках так называемого коротко-периодического движения, когда скорость не
успевает существенно измениться) необходимо, чтобы ЛА был статически устойчив
по перегрузке ({{?}}n<0). При выполнении этого условия ЛА во многих случаях
имеют колебательные переходные процессы по углу атаки, и частота этих колебаний
связана с {{?}}n: {{? ? ?}}n1/2.
Коротко-периодичное движение практически всегда колебательно устойчиво:
{{}},
где {{?}}к.п — корень характеристического уравнения, соответствующий
коротко-периодичному движению; iz — безразмерный момент инерции относительно
оси z.
В длинно-периодичной форме движения ЛА, связанной с изменением скорости и
высоты полёта, на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, как правило, ЛА
периодически устойчивы, поскольку на этих режимах полёта ЛА статически устойчив
по скорости ({{?}}V<0), и эта У. близка к У. по перегрузке. В этом случае угол
атаки практически не меняется.
Длинно-периодичное движение может быть колебательно-неустойчивым, что
обусловлено характером изменения тяги двигателей и аэродинамического
сопротивления при {{?}} = const в случае изменения скорости; в наибольшей
степени это проявляется для ЛА с ТРД, что связано с резким увеличением тяги при
уменьшении скорости.
На режимах полёта с трансзвуковыми скоростями ЛА обычно имеют апериодическую
неустойчивость, она может быть настолько значительной, что воспринимается как
неустойчивость по перегрузке (углу атаки), хотя в действительности это
обусловлено большой степенью статической неустойчивости по скорости, вызванной
смещением назад аэродинамического фокуса при незначительном возрастании числа М
и соответствующим ростом статической У. по перегрузке.
В боковом возмущённом движении апериодическая У. в быстро-периодичных движениях
по углам скольжения и крена обеспечивается при наличии путевой статической У.
my{{?}}<0. На ряде ЛА с вытянутым эллипсоидом инерции (Iy/Ix>>1; Ix, Iy —
моменты инерции ЛА относительно осей у и х) значительный вклад в апериодическую
У. вносит поперечная статическая У. mx{{?}}<0. С двумя этими коэффициентами
связана частота боковых колебаний совместно по углам скольжения и крена:
{{??}}0{{?}},
где q — скоростной напор; l — размах крыла. Апериодическая У. по крену в
спиральной форме движения ЛА связана с поперечной статической У. и рядом других
аэродинамических характеристик неравенством:
mx{{?}}/my{{?}}>{{}}.
На больших углах атаки в связи с резким уменьшением демпфирования крена ({{}}0)
возможно появление ещё одного вида апериодической неустойчивости ЛА при
вращении по крену с самопроизвольным увеличением скорости крена. В большинстве
случаев боковое движение колебательно устойчиво, однако на больших углах атаки
колебательная неустойчивость бокового движения — одна из причин сваливания.
В нормах по У. ЛА 80—90х гг. практически отсутствуют требования к значениям
статической У., хотя примерно до начала 80х гг. существовали количественные
требования к запасу У. самолёта, например по перегрузке {{?}}n. Однако и сейчас
специалисты широко оперируют величинами {{?}}n, my{{?}}, mx{{?}} и т. п.,
составляя по ним качественные суждения о приемлемости характеристик ЛА.
Нормируемыми величинами принято считать такие показатели, как частота колебаний,
|
|