Sprzęgło bezwładnościowe - Inertia coupling
W lotnictwie sprzężenie bezwładnościowe , nazywane również sprzężeniem bezwładnościowym i sprzężeniem bezwładnościowym , jest potencjalnie katastrofalnym zjawiskiem związanym z lotem z dużą prędkością, które spowodowało utratę samolotu i pilotów, zanim cechy konstrukcyjne, które temu przeciwdziałają (np. zrozumiany. Występuje, gdy bezwładność ciężkiego kadłuba przekracza zdolność sił i momentów aerodynamicznych generowanych przez skrzydło i usterzenie ust do stabilizacji samolotu. Problem stał się widoczny, gdy myśliwce odrzutowe i samoloty badawcze zostały opracowane z wąskimi rozpiętościami skrzydeł , które miały stosunkowo niską bezwładność przechyłu , spowodowaną długim, smukłym kadłubem o dużej gęstości , w porównaniu z bezwładnością pochylenia i odchylenia .
Określenie bezwładność / sprzężenie bezwładnościowe odnoszące się do rozbieżności podczas manewru toczenia zostało opisane jako mylące, ponieważ cały problem dotyczy zarówno sprzężenia aerodynamicznego, jak i bezwładnościowego. Udział w manewrze jest złożony i obejmuje sprzężenie bezwładnościowe, sprzężenie aerodynamiczne oraz współczynniki bezwładności wokół trzech osi, z których wszystkie występują jednocześnie. Jednak sprzężenie bezwładnościowe zostało również zdefiniowane jako zasadniczo efekt żyroskopowy, tj. Tendencja kadłuba, podczas gwałtownego toczenia, do odchylania się od kierunku lotu i przechodzenia na burtę do wiatru i jako takie analizował Phillips. Sprzężenie bezwładnościowe zostało zdefiniowane jako rezonansowa rozbieżność skoku lub odchylenia, gdy prędkość przechyłu jest równa niższej z częstotliwości drgań skoku lub odchylenia.
Opis
Sprzężenie bezwładnościowe będzie miało tendencję do występowania, gdy statek powietrzny o opisanym powyżej rozkładzie ciężaru jest szybko obracany wokół osi innej niż jego oś obrotu. Tendencji tej można przeciwdziałać za pomocą szeregu strategii, które obejmują zwiększenie stabilności kierunkowej i zmniejszenie dozwolonej szybkości przechyłu i czasu trwania oraz ograniczenie kąta natarcia podczas wykonywania manewrów toczenia.
Przyczynę zakłócającego ruchu można zwizualizować, myśląc o skupieniu masy samolotu w dwóch miejscach, „w kształcie hantli” na osi obrotu, jedno przed środkiem ciężkości, a drugie z tyłu. Samolot będzie leciał wzdłuż swojej osi aerodynamicznej lub osi wiatru z „hantlami” pod pewnym kątem natarcia. Kołysanie się wokół osi aerodynamicznej będzie powodowało przemieszczanie się mas „pozaosiowych” na zewnątrz.
Trend w projektowaniu samolotów myśliwskich w latach pięćdziesiątych XX wieku o krótkich rozpiętościach skrzydeł, kadłubach o dużej gęstości i lotach na dużych wysokościach miał tendencję do zwiększania sił bezwładności spowodowanych kołysaniem w porównaniu z przywracającymi siłami aerodynamicznymi zapewnianymi przez stateczność wzdłużną i kierunkową. Ruch toczny wprowadza sprzężenie między ruchami wzdłużnymi i poprzecznymi samolotu. Chociaż typowy samolot odrzutowy ma większość swojej masy rozłożoną blisko linii środkowej, a siły i momenty aerodynamiczne w płaszczyznach, które zapewniają pewną stabilizację (takie, że niewielkie wahania kontroli mają tendencję do przywracania go do stanu równowagi), należy pamiętać, że Samoloty realistycznie zawsze latają z małą, niezerową, przypadkową szybkością odchylania i pochylania.
Wczesna historia
Sprzęgło bezwładnościowe zostało przewidziane i przeanalizowane jako efekt żyroskopowy w 1948 roku przez Williama Phillipsa, który pracował dla NACA . Jego analizy poprzedzały samoloty, które miały podlegać gwałtownym ruchom, które przewidział, samoloty badawcze serii X i myśliwce serii Century we wczesnych latach pięćdziesiątych. Wcześniej samoloty miały zwykle większą szerokość niż długość, a ich masa była generalnie rozłożona bliżej środka masy . Było to szczególnie prawdziwe w przypadku samolotów śmigłowych, ale także w przypadku wczesnych myśliwców odrzutowych. Dopiero gdy samolot zaczął poświęcać powierzchnię aerodynamiczną w celu zmniejszenia oporu i używać dłuższych wskaźników rozdrobnienia, które zmniejszały opór naddźwiękowy, efekt stał się oczywisty. W takich przypadkach samolot był generalnie znacznie cięższy od kadłuba, dzięki czemu jego żyroskopowy efekt przytłoczył małe powierzchnie sterowe.
Sprzęgło bezwładnościowe było jednym z trzech różnych trybów sprzęgania, które następowały po sobie przy prędkości 3,2 Macha, zabijając pilota kapitana Mel Apt w jego pierwszym locie w Bell X-2 o napędzie rakietowym 27 września 1956 r. Sprzęgło bezwładnościowe prawie zabiło Chucka Yeagera w X-1A trzy lata wcześniej. Badanie sprzężenia tocznego X-3 Stiletto (pierwszy lot w 1952 roku) było niezwykle krótkie, ale dostarczyło cennych danych. Gwałtowne kołysanie lotek zostało przeprowadzone z prędkością 0,92 i 1,05 Macha i wywołało „przeszkadzające” ruchy oraz nadmierne przyspieszenia i obciążenia. Pierwszymi dwoma produkowanymi samolotami, które doświadczyły sprzężenia bezwładnościowego, były F-100 Super Sabre i F-102 Delta Dagger (oba oblatane po raz pierwszy w 1953 roku). F-100 został zmodyfikowany z większym pionowym ogonem, aby zwiększyć jego stabilność kierunkową. F-102 został zmodyfikowany w celu zwiększenia powierzchni skrzydeł i ogona i został wyposażony w ulepszony system sterowania. Aby umożliwić pilotowi kontrolę podczas dynamicznych manewrów ruchu, obszar ogonowy F-102A został zwiększony o 40%. W przypadku F-101 Voodoo (po raz pierwszy oblatano w 1954 r.), Aby pomóc w walce z tym problemem, do modeli A wyposażono system zwiększający stabilność . Douglas Skyray nie była w stanie włączyć jakiekolwiek zmiany w projekcie sterowania bezwładnościowego sprzężenia rolkowego i zamiast tego ograniczone granice manewrowych, w którym efekt sprzężenia nie powodowały problemy. Lockheed F-104 Starfighter (Oblatany 1956) miała swój STABILATOR (poziomą powierzchnię ogona) zamontowany na szczycie jego pionowe żebro zmniejszenie sprzężenia bezwładności.