Do gyroskopiska krafter (från roterande motorer) påverkar väsentligt yaw eller pitch?

7

Det förekommer för mig att jetmotorer är mycket tunga föremål som arbetar vid höga varvtal. Detta måste ha ett mycket högt vinkelmoment och därmed en hög gyroskopisk kraft.

Detta skulle begränsa rotation när man försöker att rita eller räkna. Rolling skulle emellertid inte ske.

Hur stor av ett problem är detta? Jag föreställer mig att det är ett bekymmer för militära flygplan eftersom de vill vara så manövrerbara som möjligt. Men jag är också mycket intresserad av kommersiell effektivitet också. Jag undrar om jätten A380 t ex skulle få större hiss och rodermyndighet för att hjälpa till att kasta upp vid start.

Obs! Alla motorer roterar men jag antar att jetmotorn kommer att ha det högsta vinkelmomentet på grund av vikten på sina turbiner och kompressorer. Turbofans med hög bypass-förhållande har förmodligen de största gyrostyrkorna på grund av sin stora fläkt förutom tunga spolar.

(Förmodligen skulle motvroterande motorer ha nollgyroskopiska krafter.)

    
uppsättning DrZ214 18.09.2016 00:51

4 svar

8

Svaret är ja. Gyroskopiska krafter är en faktor på drivdrivna flygplan, men i allmänhet inte märkbar på ett stabilt ("God Fearing") flygplan i kryssningsflygning.

Men gyroskopiska effekter blir märkbara på flera områden av ett flygplansdrivna flygplans flygande kuvert. Ett av de mest kända områdena är dramatiska förändringar i tonhöjd vid låga hastigheter. Stjärtflygplan är särskilt känsliga för detta under startrullen. Snabba övergångar från en trepunktsinställning till en hjulinställning under markrullen kommer att orsaka märkbara och oönskade ingrepp på grund av gyroskopisk precession utöver förändringar i P-Factor. Vid start i ett typiskt svanshjulsväxel med en propell som roterar medurs, när den ses från cockpiten, kommer den att svängas när svansen lyfts under startrullen och kräver rätt roder för att motverka gyroskopisk precession. På samma sätt under en landning av hjulet kommer precession från propellern att orsaka att svansen svänger rätt som svanshjulet sätter sig på banan och kräver att vänster roder motverkar.

Avancerade eller obegränsade flygplan flyger ofta gyroskopiska manövrar som Lomcevakan, som utnyttjar gyroskopisk precession för att inducera tumlande krafter i manövrar. Även loopar, hammarehyllor, etc kräver ett betydande roder eller andra kontrollingångar för att motverka precession från propet med långsammare hastigheter.

    
svaret ges 18.09.2016 02:29
8

Ja. Ju mer desto högre tröghet och hastighet rotationsmassorna är och desto lägre kontrollmyndighet. Medan gyrostyrkorna i en jet är försumbar i regelbunden flygning på grund av den höga dämpningen som vingarna och svansen ger, kan de i dominans dominera dominerande. Den Bristol-Siddeley Pegasus -motorn till Kestrel, Harrier och AV-8B-sprutstrålarna måste ha lågtrycksspolen springa i motsatt riktning av högtrycksspolen för att balansera dess gyroeffekter. Om det inte skulle vara fallet skulle en yawing-rörelse producera en stigningsrörelse och vice versa. När du sitter på en jet, vars dragkraft motsvarar din vikt, vinklar denna jet-fram eller bakåt bara lite, vilket ger en snabb växling på din plats, så att manövrering i svängaren blir extremt svår.

USMCAV-8BHarrierinhover(bild källa , © Richard Seaman 2001)

Generellt har motrotation av motordelar använts för att minska gyroeffekter. De blev först ett problem med roterande motorer i WW I. En roterande motor har sin vevaxel fixad till flygplanet, och både cylinderblocket och propellern roterar. Detta ger bättre kylning vid låg hastighet och ger svänghjulseffekt, så motorn går smidigare. Men när du gör, ställer gyroeffekten upp flygplanet uppåt eller nedåt, så någon exakt manövrering blir mycket svår.

Med den ökande motoreffekten 1916 och 1917 blev denna effekt så allvarlig att de utrustade motorerna utvecklades där cylindrarna roterades i ena riktningen och propellern i motsatt riktning. Som ett resultat hade propellern endast hälften av RPM i luft som den hade med cylinderblocket. Detta resulterade i stor propell effektivitet, men också stora propeldiametrar, så flygplan med dessa motorer behövde ett högt landningsredskap. Nedan visas en bild av en Roland D XVI med en Siemens & Halske III rotationsmotor från 1918. Detta var ett utmärkt fighterflygplan för sin tid med nästan ingen gyrokoppling.

RolandDXVI(bild källa )

Generellt är jetmotorer känsliga för manövrering: Byte av belastningsfaktorer kommer att böja spolarna mellan sina lager så att spetsavståndet för både turbinen och kompressorn måste vara tillräckligt stor för att undvika kontakt under g-styrkor eller när man rullar med en vingmonterad motor. Varje motor tillverkare kommer att publicera ett lastfaktor kuvert där motorn är säker att använda. Förbättring av detta kuvert kommer att minska motorens effektivitet eftersom luckorna mellan de roterande delarna och motorhuset behöver växa med maximal belastningsfaktor.

    
svaret ges 18.09.2016 09:55
3

Ett område som ännu inte nämnts där gyroskopiska effekter är signifikanta (i både jetar och rekvisita) är spin . (På engelska låter det nästan tautologiskt :) Spin innebär alltid betydande vinkelhastigheter - samtidigt som den har mycket begränsad kontrollmyndighet.

(På ett sätt liknar detta effekterna på aerobatics som nämns av Carlo Felicione.)

På grund av de gyroskopiska effekterna av motorn / motorerna har de flesta flygplan olika vänster och rätt rotationsegenskaper. Till den punkt som säger, vänster spin kan vara nästan oåterkallelig medan rätt snurrning skulle vara lätt att återhämta sig. Detta gäller också för att initiera snurra: flygplanet kan tendera att gå in i en riktning mer villigt än i den andra.

    
svaret ges 22.09.2016 06:16
1

Du ser gyroskopiska effekter när du tittar på WW1-fighters. Citat från Wikipedia-artikeln på Sopwith Camel :

The type owed both its extreme manoeuvrability and its difficult handling to the close placement of the engine, pilot, guns and fuel tank (some 90% of the aircraft's weight) within the front seven feet of the aircraft, and to the strong gyroscopic effect of the rotating mass of the cylinders common to rotary engines.

För jämförelse har en 777-300ER en maximal startvikt på 775 000 pund ( referens ), medan en GE90-94B motorn väger 16 644 pounds, inte som alla skulle rotera. Så om vi antar att halva vikten är roterande massa (förmodligen hög, men jag vet inte) är rotationsmassan för båda motorerna endast cirka 2% av den totala massan.

Slutligen är jag inte medveten om några motroterande jetmotorer, så det skulle innebära att krafterna inte är så märkbara.

    
svaret ges 18.09.2016 05:28

Läs andra frågor om taggar