Hur kan skjuvcentret för en vinge placeras och är det samma som en vingeens aerodynamiska centrum?
Slutligen vet jag hur trycket mitt påverkar det aerodynamiska centret men inte vingsens skjuvcentral, så hur är trycket mitt i förhållande till skjuvcentret på en vinge under flygning?
Skjuvcentret (SC) är en rent mekanisk (strukturell) egenskap hos vingeformen. Det är en punkt längs ackordet så att tillämpning av våld - oavsett vilken kraft som helst - får vingen att bara böja men inte vrida.
Till skillnad från det aerodynamiska centrumet (AC) och tryckpunkten (CP), är det ingen mening att prata om en enda integrerad punkt för hela flygplanet. En SC kan hittas för varje tvärsnitt av vingen, och det är ackordförhållandet mellan SC till CP och CM (masscentrum) av det avsnitt som är viktigt för flygplandesigners.
Designers kan styra var SC ska vara. Om vi skulle kunna göra SC-matchen till den integrerade kraften vid denna sektion, skulle vi inte behöva mycket av torsionsstyvheten och skulle kunna göra vingen lättare.
Tyvärr är detta inte praktiskt möjligt. Först och främst rör CP, integrationspunkten för den aerodynamiska kraften under flygning, fram och tillbaka beroende på angreppsvinkeln (AoA). Detta är bara aerodynamikens natur.
För en rak vinge kommer CP normalt att ligga bakom SC för små angrepsvinklar och före det för stora vinklar. Detta är ganska olyckligt, eftersom det betyder att vid en hög G-last (speciellt vid måttliga hastigheter) eller i uppdrag, vrider vingen till en ännu högre AoA. Denna positiva vridning vid maxbelastningen (typiskt 1,5 × nominell belastning) är ofta ett av de kritiska designfallen, så i praktiken vill vi SC närmare den framåtriktade CP-platsen. En smart applikation av SC kan göra vingen svänga negativt och dämpa sina egna oscillationer.
Vingsektionens CM är nästan alltid bakom SC. Under normala flygningar råder statiska aerodynamiska belastningar över vingen själv, så det spelar ingen roll mycket. Men när vi börjar analysera aeroelastiska lägen blir CM-plats viktig. För att undvika fladdrar är en gemensam lösning att flytta CM närmare SC genom att installera en viss dödmassa i framkanten. Detta visar sig ofta vara lättare och lättare än att öka torsionsstyvheten. Om vi kan, skulle vi installera lite användbar massa där, till exempel en motor.
Jag pratade inte om AC än. Detta beror på att det inte har något att göra här. AC är en mycket teoretisk punkt införd för att underlätta stabilitetsanalys. Vilken kraft som helst kan brytas in i ett ögonblick och en annan kraft, och vi delar upp en hiss så att en del av den verkar på CM och delar på en annan punkt. Eftersom CP normalt rör sig linjärt med AoA, kan vi göra det så att alla ändras att lyfta på grund av AoA 'sort of' hända på en fast plats. Men i verkligheten lyfter du bara ökningar och går vidare med AoA. Strukturen och aerodynamiken har ingen aning om vår mentala övning.
Det är kanske denna fasta plats för AC som låter det vara förvirrad med SC, vilket också är fixerat. Men de har inget att göra med varandra. Strukturella ingenjörer behöver inte veta om AC alls (de behöver bara se till att flygplanet CM ligger i ett visst område som de får veta), medan flydynamikrar knappast talar om CP men använder alltid AC som referenspunkt (tillsammans med CM).
Läs andra frågor om taggar wing aircraft-structures fluid-dynamics Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna