Stabilitás és kormányozhatóság fogalma - REPÜLŐGÉPEK STABILITÁSA ÉS KORMÁNYOZHATÓSÁGA

2. REPÜLŐGÉPEK STABILITÁSA ÉS KORMÁNYOZHATÓSÁGA

2.1. Stabilitás és kormányozhatóság fogalma

A repülőgépek stabilitási és kormányozhatósági tulajdonságainak vizsgálatában fontos szerepe van az ún. bázis repülési helyzetnek.

A repülési konfigurációnak megfelelő bázis repülési helyzetben, a kormányzás biztosítja a repülőgép levegőhöz viszonyított helyzetét ( és  szög értékek), bedöntését ( ) és a hajtómű üzemmódját. Ennek köszönhetően pontosan realizálodnak a megkívánt repülési paraméterek, biztosítva vannak a repülőgépre ható erők és az n(n_x,n_y,n_z) terhelési többes.

Stacionárius bázis repülési helyzetben a repülőgépre ható nyomatékok ki vannak egyenlítve, az  és a szög értékek, és a terhelési többes – időben állandóak. Az instacionárius bázis repülési helyzetben ezek a paraméterek időben változnak.

A szükséges repülési paraméterek biztosítása mellett, a kormányzás biztosítja ezek megváltoztatását átmenetkor az egyik állandósult bázis repülési helyzetből a másikba, illetve az instacionárius bázis repülési helyzet folyamán.

A kormányzás időben és megfelelően reagál a repülőgéppel és a környezettel összefüggő megzavarásokra és biztosítja az előre meghatározott vagy az ahhoz közeli repülési paramétereket (mozgásjellemzőket).

A kormányzás alapvető feladatait csak abban az esetben lehet megoldani, ha a repülőgép megfelelően válaszol a kormány beavatkozásokra, vagyis rendelkezik az előírt kormányozhatósággal.

A kormányozhatóság a repülőgép azon sajátossága, mely válaszul a repülőgépvezető vagy automatika célirányos beavatkozására biztosítja bármilyen, az üzemeltetésében előirányzott manőver végrehajtását, megengedett repülési körülmények között, ide értve a megzavarások esetét is.

Megkülönböztethetjük (2.2.1. sz. ábra) a hossz- (y₁ tengely, bólintás), az irány- (z₁

tengely, irány) és a kereszt- kormányozhatóságot (x₁ tengely, dőlés).

A kormányozhatóságra hatással vannak a repülési feltételek, a repülőgép sajátosságai és a kormányszervek hatásossága.

Kis és rövid ideig ható megzavarások esetén, a kormányzás lényegesen egyszerűbb, ha a bázis repülési helyzet stabil.

Stabilitás a repülőgépek azon sajátossága, mely biztosítja, hogy a repülőgép külső

megzavarást megelőző bázis repülési helyzetet, ill. visszatéri hozzá, a pilóta beavatkozása nélkül.

A stabilitási tulajdonságok vizsgálatában, a megzavarás nagyságának megfelelően megkülönböztethetünk kis és nagy, véges értékű megzavarásokat. Nagy megzavarások esetén, a stabilitás vizsgálatának csak akkor van értelme, ha a kis megzavarások esetén a bázis repülési helyzet stabil.

Számos műszaki feladatban fontos a repülőgép stabilitásának kérdése kis megzavarások esetében, mivel nagyobb mértékű megzavarásoknál rendszerint a kormányzásba vagy a pilóta vagy pedig, az automatika avatkozik be.

Konkrét feladatokban a bevezetett definitív meghatározások mellett, szükség van mennyiségi stabilitási kritériumok bevezetése.

A mechanikai rendszerek egyensúlyi állapotainak stabilitására vonatkozó feladat átfogó megfogalmazását és a megoldásának módszereit elsőként, 1892-ban Ljapunov dolgozta ki.

Ljapunov klasszikusnak tekinthető stabilitási elméletét jelenleg is sikeresen alkalmazzák a technika számos területén, a kiinduló bázis állapot stabilitásának vizsgálatára, amikor a megzavarást előidéző hatás pillanatnyi.

Az állandóan ható megzavarás esetén, a stabilitási jellemzők meghatározására a kiterjesztett Ljapunov stabilitás elmélet ad megbízható megoldást.

2.1.1. Statikai stabilitás és statikai kormányozhatóság

Az előző pontnak megfelelően, a repülőgép stabilitásának megítéléséhez ki kell jelölni valamely vizsgálandó bázis repülési helyzetet és meg kell határozni a repülőgép jellemzőiben bekövetkezett változásokat, megzavarás esetén.

Azokban a bázis repülési helyzetekben, amikor a szöggyorsulás nem jelentős, közelítőleg

, _R

d dt

 

I ω 0 M 0 (2.1.1)

, itt az I_ω - a repülőgép, pillanatnyi forgástengelyére vonatkozó tehetetlenségi nyomatéka, az ω - a repülőgép földhöz viszonyított szögsebessége és az M_R - a repülőgép súlypontjára vonatkozó eredő nyomaték.

Azt a bázis repülési helyzetet, amelyben, közelítőleg el lehet tekinteni a ^d

ω d t I ω perdületváltozástól és kiegyenlítettnek tekinteni a repülőgépre ható nyomatékokat (M_R 0) kiegyenlített vagy trimm repülési helyzetnek szokás nevezni.

Az M_R 0 nyomatéki egyensúlyt biztosító kormánylapok (felületek) kitérítéseit (dőlés - csűrő, irány- oldalkormánylap, bólintás- magassági kormánylap, állítható stabilizátor, ill. elevonok) trimm kitérítésnek nevezik. A kormányokat a repülőgépvezető, ill. az automatika állítja be oly módon, hogy a kitérítések által létrehozott nyomaték kiegyenlítse az adott bázis repülési helyzetben keletkező aerodinamikai, propulziós és az egyes esetekben fellépő talaj erők nyomatékát.

A repülőgép kiegyenlítéshez tartozó trimmkitérítések, a bot (szarv) -, ill. a lábkormány elmozdulásai és az azokon kifejtett erőhatások jellemzik a repülőgép statikai kormányozhatóságát adott stacionárius bázis repülési helyzetben.

A statikai kormányozhatóság főbb mennyiségi mutatói: a bot –, a lábkormány elmozdulás -, ill. az azokon kifejtett erő deriváltjai azon repülési paraméter szerint, mely jellemzi a repülőgép reakcióját a pilóta beavatkozására.

Hosszmozgás esetén, ilyen például, a ^{d x}^k

d n

 

 

  kormányhelyzet gradiens és a ^{d F}^k

d n

 

 

 

kormányerő gradiens. Az x_k - a magassági kormánylap kitérítésnek megfelelő kormánybot lineáris elmozdulása, az F_k pedig, a kormányboton kifejtett erő, és az n  n_z - a terhelési többes.

Hasonló mennyiségi mutatókat vezethetünk be a sebesség szerinti statikai hosszkormányozhatóság, ill. a statikai oldalkormányozhatóság jellemzésére.

A felsorolt mennyiségek mellett, igen fontosnak tekinthető a bot- és a lábkormány maximális elmozdulása, a kormányokon kifejtett maximális erő, és az a tény, hogy megvalósítható-e a kiegyenlítés a határ repülési helyzetekben.

A kormányozhatósági mutatók második csoportját a dinamikai kormányozhatósági jellemzők alkotják. A kormányozhatóság dinamikájának értékelésekor megvizsgálják, hogy hogyan reagál a repülőgép a kormányok elmozdítására a kiegyenlített pozíciójukhoz képest egyrészt abban az esetben, amikor a repülőgépet átvezetik az egyik stacionárius repülési helyzetből a másikba, másrészt megzavarások esetében, azok hatásainak kivédésére, valamint az instabil manőverek végrehajtásakor.

A bázis repülési helyzet stabilitásának mennyiségi megítélése szintén statikai és dinamikai jellemzők segítségével történik. A repülőgépek statikai stabilitása jellemzi az erők és a nyomatékok egyensúlyát bázis repülési helyzetben. Megzavarás esetén, a repülőgép akkor tekinthető statikailag stabilnak, ha az adott paraméter eltérése a bázisbeli értékétől azonnal eredményezi egy olyan erő, ill. nyomaték keletkezését, mely igyekszik csökkenteni az eltérést. Amennyiben a keletkező erő, ill. nyomaték iránya növeli az eltérést, a repülőgép instabil.

A repülőgépek statikai stabilitásának mennyiségi jellemzői: a statikai hossz -, irány – és kereszt stabilitás mértéke.

Dinamikai stabilitás vizsgálatakor alapvetően nem a megzavarás megszüntetésére irányuló kezdeti tendenciával foglalkozunk, hanem a végső állapot elérésével, vagyis a Ljapunov értelemben vett, általában aszimptotikus stabilitás vagy instabilitás kérdésével. A dinamikai stabilitás jellemzéséhez olyan minőségi és mennyiségi paramétereket használunk, mint például a csillapodási idő, a csillapodási folyamat jellege, a maximális amplitúdó, a felezési idő, a periodicitás vagy monotonitás.

A repülőgépek stabilitásával és kormányozhatóságával kapcsolatos minőségi és mennyiségi követelményeket a légialkalmassági előírások határozzák meg. Az előirt követelmények figyelembe veszik a repülőgép rendeltetését és az egyes repülési fázisok során végrehajtandó feladatokat. A repülőgép légi alkalmasságának biztosításához teljesítésük kötelező.

A tapasztalatok szerint, egyedül az aerodinamikai kialakítással a repülés teljes magassági és sebességi tartományában nem biztosítható egy korszerű nagy sebességű repülőgép statikai és dinamikai stabilitása, jó kormányozhatósága. Speciális automatikus eszközök kormányzási rendszerbe történő beépítésével lehetséges a szükséges stabilitási és kormányozhatósági követelmények kielégítése.

Ez a fejezet a repülőgépek statikai stabilitásával és kormányozhatóságával foglalkozik.

Ismerteti a repülés során a repülőgépre ható erők és nyomatékok meghatározásának módszereit, megfogalmazza a statikai hossz – és oldal stabilitási kritériumokat és konkrét összefüggéseket ad azok meghatározására, fogott és elengedett kormány esetén.

vándorlását; ismerteti a tervezés során, a vízszintes és a függőleges vezérsíkkal szemben támasztott követelményeket.

A repülőgépek dinamikai stabilitásával és kormányozhatóságával kapcsolatos kérdésekkel részletesen foglalkozik a 3. fejezet.

Megjegyzés: a szerző felhívja az olvasó figyelmét, hogy a 2. fejezetben alkalmazott jelölések egy része eltér-het a más fejezetekben használtaktól. Szerző követi az idevonatozó ISO szabvány előírásait és az egyszerűbb kezelhetőség érdekében alkalmazza a magyar olvasó számára megszokott terminológiát. A fejezetben hasz-nált főbb jelölések

Az ^x₁^, ^y₁^,^z₁- a repülőgép S P-jához rögzítetttest koordináta rendszer:

1, 1, 1

X Y Z - az Reredő aerodinamikai erő összetevői



c_x1,c_y1,c_z1



cR - az eredő aerodinamikai erőtényező és összetevői, cR ^ R ^{q S}

1, 1, 1

x y z

M M M - aerodinamikai erők orsózó, bólintó és legyező nyomatéka (később az 1-es index nélkül)

1, 1, 1

x y z

m m m - aerodinamikai orsózó, bólintó és legyező nyomatéki tényező (később az 1-es index nélkül)

1, 1, 1

x y z

   - orsózó, bólintó és legyező szögsebesség (később az 1-es index nélkül) Az ^{x y z}^, ^, - a repülőgép S P-jához rögzítettszél koordináta rendszer:

, ,

D Y L- az R aerodinamikai erő összetevői: légellenállás, oldalerő, felhajtóerő



cD ^,cy^,cL



cR - az eredő aerodinamikai erőtényező és összetevői, cR ^ R ^{q S}



nx^,ny^,nz



n - terhelési többes és összetevői, ⁿ ^^T^^R ^{m g}

T- toló- vagy vonóerő vektor

Az ^x₀^, ^y₀^, ^z₀- a repülőgép S P-jához rögzített (eltolt)föld koordináta rendszer:

W -a repülőgép súlyereje

A koordináta-rendszerek összevetéséből származó szögek

^x₁^, ^y₁^,^z₁,^x₀^, ^y₀^, ^z₀: - irányszög, - bólintási szög,  - bedöntési szög

^{x y z}^, ^, ,^x₀^, ^y₀^, ^z₀: - azimutszög, - pályaszög, _- a felhajtóerő bedőlési szöge

^{x y z}^, ^, ,^x₁^, ^y₁^, ^z₁: - csúszási szög,- állásszög Az előjelek

Az aerodinamikai erőtényezők előjelének meghatározásában: az erőtényező iránytangensét pozitívnak tekintjük, az előjelét az állásszög, illetve csúszási szög pozitivitása (ill. negativitása) határozza meg Az erőkart pozitívnak tekintve, a nyomaték előjelét az elforgatási iránnyal való összevetés alapján határozzuk meg

In document Repülésmechanika (Pldal 117-120)