Mecanica zborului avionului

Mecanica zborului avionului

Echilibrul avionului

Definitie: centrul de greutate al avionului, este punctul de aplicatie al rezultantei tuturor fortelor de greutate ale partilor componente ale unui avion.

Fig. 38

Pozitia C.G. este bine determinat in functie de evolutia avionului si are posibilitati limitate de deplasare.

Definitie - un avion se afla in echilibru, atunci cand suma tuturor fortelor care actioneaza asupra lui este zero si suma momentelor este zero.

Fig. 39

Felul echilibrului:

longitudinal;

transversal;

de directie.

Echilibrul longitudinal

Definitie: un avion se afla in echilibru longitudinal atunci cand centrul de greutate al avionului se afla in miscare rectilinie su uniforma, iar avionul nu se roteste in jurul axei transversale.

In acest caz, suma fortelor egala cu 0, iar suma momentelor transversale este egala cu 0.

Factori de influenta:

oricare forta care actioneaza cu un moment ca forta pe axa transversala, poate influenta echilibrul longitudunal.

1. Decalarea elicei; - de regula este decalata in sus.

Fig. 40

Fz comunica avionului un cuplu de picaj, adica tinde sa scoata avionul din echilibrul longitudinal, micsorand unghiul de incidenta, (avionul "pica" de bot).

Fz = a + Fz x b = Fz_αo x c

2. Unghiul de calaj al stabilizatorului.
3. Deflectarea curentului de aer in spatele aripii.

Ultimii doi factori sunt si conditiile pentru care un avion se va afla in echilibru longitudinal.

Echilibrul transversal

Definitie - un avion se afla in echilibrul transversal atunci cand centrul de greutate se afla in miscare rectilinie si uniforma, iar avionul nu se roteste in jurul axului longitudinal.

Suma fortelor este egala cu 0 iar suma momentelor longitudinale este egala cu 0.

Factori de influenta:

1. Simetria geometrica si simetria maselor - toate masele sunt dispuse simetric fata de planul de simetrie al avionului.

Fig. 41

Datorita simetrie geometrice si a maselor, portanta aripii din dreapta este egala cu portanta aripii din stanga si se afla la aceasi distanta fata de centru de greutate - momentele care rotesc avionul spre dreapta sunt egale cu momentele care rotesc avionul spre stanga.

P_dr. x α_dr. = P_st. x α_st.

2.     Momentul reactiv al elicei.

se compenseaza prin deplasarea mansei spre dreapta.

Fig. 42

In cazul in care motorul functioneaza, simetria geometrica si a maselor nu pot asigura echilibrul transversal al avionului din cauza momentului reactiv al elicei care va inclina avionul in partea opusa sensului de rotatie al elicei.

3. Rasucirea fileurilor de aer, in spatele elicei

Fig. 43

Echilibru de directie

Definitie - un avion se afla in echilibru de directie atunci cand centrul de greutate se afla in miscare rectilinie si uniforma, iar avionul nu se roteste in jurul axei de directie.

Suma factorilor este egala cu 0, iar suma momentelor de directie este egala cu 0.

Factori de influenta:

1. Simetria geometrica si a maselor; - echilibrul de directie in cazul in care motorul nu functioneaza.

Fig. 44

In cazul in care motorul nu functioneaza, echilibrul de directie poate fi asigurat cu ajutorul simetriei geometrice si al simetriei maselor avionului, rezistenta aripii din din stanga este egala cu rezistenta aripii din dreapta. Punctele de aplicatie ale fortelor de rezistenta ale aripii se gasesc la o distanta egala fata de axul longitudinal, astfel ca avionul nu manifesta o tendinta de rotatie.

Conditia de echilibru:

Fx_st x a₁ = Fx_dr x a₂

2. Rasucirea fileurilor de aer in spatele elicei.

Asimetria geometrica creata datorita bracarii diferite a eleroanelor determina asimetria fortelor de rezistenta la inaintare stanga si dreapta. Rezulta un moment de giratie pe partea eleronului bracat in jos.

Fig. 45

Fx_st > Fx_dr => M_st > M_dr => avionul va tinde sa faca viraj dreapta.

Tendinta avionului de a se roti poate fi influentata prin manevrarea palonierului in directia opusa tendintei de rotire a avionului. La avioanele de constructie moderna echilibrul de directie poate fi realizat automat, fara a fi necesara interventia pilotului.

Stabilitatea avionului

este propietatea avionului de a reveni singur, fara interventia pilotului, la punctul initial de zbor, dupa incetarea actiunii unei forte perturbatoare externe, care a modificat pozitia avionului.

Aceasta poate fi:

longitudinala;

transversala;

de directie (giratie).

Stabilitatea transversala impreuna cu stabilitatea de directie formeaza stabilitatea laterala.

Stabilitatea este inversul maneabilitatii.

Stabilitatea longitudinala

este propietatea avionului de a-si reface singur, fara interventia pilotului, echilibrul longitudinal, dupa incetarea actiunii unor factori pertubatori externi, care au stricat echilibrul longitudinal.

Factori de influenta:

Definitie: prin centrajul avionului se intelege distanta pe orizontala dintre centrul de greutate al avionului si bordul de atac al aripii echivalente, exprimat in procente din coarda medie aerodinamica.

Definitie: aripa echivalenta a unei aripi date, este o aripa facuta de forma in plan dreptunghiular care are aceasi anvergura, suprafata si aceleasi caracteristici aerodinamice cu aripa data.

Coarda medie aerodinamica (CMA) - coarda aripii echivalente.

Fig. 46

Pentru intelegerea sensului stabilitatii longitudinale a avionului, se poate studia stabilitatea aripii.

Comportarea aripii libere intr-un curent de aer.

Fig. 47

Daca axul de rotatie al aripii se afla in fata C.P. se poate preciza ca aripa este stabila longitudinal pentru ca la scoaterea ei din echilibru nu produce momente stabilizatoare care readuce aripa in pozitia initiala. La inclinarea aripii in jos momentul stabilizator se produce datorita cresterii unghiului de incidenta si a portantei, iar la inclinarea aripii in sus momentul stabilizator se produce datorita micsorarii unghiului de incidenta si a portantei.

Daca axul de rotatie al aripii se afla in spatele C.P. se poate preciza ca aripa nu este stabila longitudinal. La scoaterea ei din echilibru se produc momente care departeaza din ce in ce mai mult aripa din pozitia ei initiala. La inclinarea aripii in jos, momentele de rasturnare sunt produse datorita micsorarii unghiului de incidenta si a portantei, iar la inclinare aripii in sus, dimpotriva se va produce momente datorita maririi unghiului de incidenta si a portantei.

Se vede faptul ca, cu cat axul de rotatie este mai inaintea centrelor de presiune (C.P.), cu atat stabilitatea longitudinala este mai mare. De aceea C.G. nu trebuie sa fie fix intre aripa si stabilizator, ci aproape de bordul de atac al aripii.

Fig. 48

Cand C.G. se afla in punctul 1, aripa este stabila.

Cand C.G. se afla in punctul 2, aripa este neutra.

Cand C.G. se afla in punctul 3, aripa este instabila .

M = pozitia limita pentru care avionul este instabil.

Pozitiile particulare ale centrajului

Fig. 49

1. Centrajul limita anterior admisibil - este centrajul minim pentru care efortul pe carte pilotul il aplica mansei pentru a mentine echilibrul avionului in timpul aterizarii pe trei puncte, este egal cu efortul maxim admisibil;
2. Centrajul critic - pentru avioanele performante este de aproximativ 40 ÷ 45% din coarda aripii echivalente. Este pozitia cea mai din spate a C.G. la care avionul este neutru din punct de vedere al stabilitatii longitudinale si intra in echilibru indiferent.
3. Este pozitia cea mai din spate a C.G. la care avionul mai este inca stabil pentru a face posibil pilotajul. Centrajul limita posterior admisibil (CLPA) - mai mic decat CC cu 5 ÷ 10%;

La aterizare, datorita bracarii flapsurilor, se creaza momente de picaj, care cauta sa micsoreze unghiul de incidenta si care se anuleaza din ampenajul orizontal.

Fig. 50

Cu cat C.G. este mai in fata, cu atat stabilitatea longitudinala a avionului creste dar scade maneabilitatea longitudinala.

Cu cat C.G. se afla mai in spate cu atat stabilitatea longitudinala a avionului va scade, iar daca C.G. trece in spatele centrajului catre C.C. atunci avionul devine instabil longitudinal.

La deplasarea C.G. catre spate, scade stabilitatea longitudinala dar creste maneabilitatea longitudinala.

Factori de influenta:

1. In functie de destinatia avionului se pozitioneaza C.G. pentru a fi avioane maneabile (aviatia militara) si avioane mai stabile (avioane de transport).
2. Suprafata stabilizatorului - stabilizatorul asigura stabilitatea longitudinala. Cu cat suprafata stabilizatorului este mai mare cu atat stabilitatea longitudinala va creste.
3. Viteza de zbor - daca V_zbor va creste, cresc fortele aerodinamice si atunci se va imbunatati stabilitatea longitudinala.

Stabilitatea transversala

este propietatea avionului de a reveni la pozitia initiala fara interventia pilotului, dupa incetarea acsiunii unei forte perturbatoare externe, care determina inclinarea avionului pe aripa (a fost stricat  echilibrul transversal).

Factori de influenta

1. unghiul de incidenta al aripii avionului - avionul are stabilitate buna atunci cand unghiul de incidenta este mai mic. - in cazul incidentei critice si supercritice avionul este instabil.

1. Daca α < α_critic,  rezulta ca avionul este stabil transversal, iar acest lucru cuprinde doua etape:

Etapa I - in care genereaza momente de franare in timpul inclinarii avionului pe o aripa, adica in timpul rotirii in jurul axei longitudinale. Diferenta de portanta da un moment care poate roti avionul in jurul axei longitudinale, numit moment de franare. Apare atunci cind avionul se roteste in jurul axei longitudinale. Dupa incetarea rotatiei (datorita incetarii actiunii momentului de franare) avionul ramane intr-o pozitie inclinata.

Fig. 51

Etapa II - in care genereaza momentele stabilizatoare - oricare inclinatie este insotita de alunecarea avionului, deci va apare o viteza de alunecare care face ca varful aripii sa se comporte ca un bord de atac. In acest caz va apare o portanta suplimentara care determina un moment stabilizator fata de centru de greutate al avionului, moment care il readuce in pozitia initiala.

Fig. 52

2. Daca α > α_critic , va rezulta ca avionul este instabil transversal. Aripa poate intra in autorotatie (avionul intra in vrie).

comanda transversala se inverseaza; mansa actionata dreapta va rezulta o rotire a avionului spre stinga.

In acest caz apare un moment care are acelasi sens cu viteza de rotatie. Acest moment nu mai franeaza ci va accelera rotatia aripii.

Fig. 53

2. Unghiul diedru al aripii - diedrul aripii imbunatateste stabilitatea transversala a avionului (Δ+), deoarece C.P. avind o deplasare mai mare in directia aripii inclinate se formeaza un moment stabilizatorimportant care face ca avionul sa vina la pozitia initiala mai repede decat in cazul aripii fara diedru.

Δ + = mareste stabilitatea transversala;

Δ - = micsoreaza stabilitatea transversala (mareste maneabilitatea), iar in cazul unghiului diedru negativ actioneaza in sens contrar.

3. viteza de zbor - in cazul miscarii rectilinii, viteza este functie de unghiul de incidenta. Cu cat unghiurile de incidenta sunt mai mari cu atit viteza va fi mai mica si invers. Daca V ↑, α ↓, de unde rezulta ca va creste stabilitatea transversala.

Stabilitatea in directie

este propietatea avionului de a reveni singur, fara interventia pilotului la pozitia de echilibru de direcsie, dupa incetarea actiunii unei forte perturbatoare externe care a stricat echilibrul de directie al avionului.

Factori de influenta:

1. Suprafata derivei - cu cat suprafata derivei este mai mare cu atat stabilitatea de directie este mai buna.
2. Lungimea fuselajului - cu cat lungimea fuselajului este mai mare cu atat stabilitatea de directie va fi mai buna.
3. Viteza de zbor - la viteza mare, stabilitatea de directie mai buna.
4. Centrajul - prin micsorarea centrajului stabilitatea de directie a avionului se imbunatateste datorita departarii derivei de axul de rotatie (care trece prin C.G.) si a maririi in felul acesta a momentelor stabilizatoare. In acelasi timp se reduce si influenta partii frontale a fuselajului.

Stabilitate statica

un avion este stabil static daca dupa incetarea acsiunii factorilor perturbatori externi, fortele si momentele care iau nastere au tendinta sa readuca avionul la pozitia initiala (nu exista o impunere a timpului de readucere)

Fig. 54

Avionul isi mareste incidenta si dupa cateva oscilatii, revine la pozitia initiala intr-un timp nelimitat. Un avion care nu etse static stabil isi mareste incidenta, dar nu mai revine la pozitia initiala.

Stabilitatea dinamica

un avion este stabil dinamic daca dupa incetarea actiunii factorilor perturbatori externi, revine la pozitia initiala intr-un timp scurt.

Fig. 55

1. avion stabil static si instabli dinamic.
2. Avion stabil dinamic, revine rapid la pozitia initiala