Vad är svängpunkten för tonhöjdsändringen på ett flygplan?

5

Jag undrade om det finns ett sätt att bestämma vridpunkten när ett flygplan ändras, förutsatt att en standard lätt näsa tung och bakhiss trimmad Cessna 172. Kommer den att svänga runt CG, hisscentret eller någonstans i mellan.

Logiskt skulle jag tro att det skulle vara "varifrån det hölls", men vissa författare stressar CG.

Kan du hjälpa mig att förstå?

    
uppsättning Robert DiGiovanni 31.08.2018 02:48

3 svar

4

Enligt definitionen kan ett friluftsobjekt endast svänga runt sin CG.

Med hjälp av något annat som en pivot (t.ex. Aerodynamic Center) ingår en kombination av momentum och översättning (linjär rörelse) hos CG och kommer snabbt att få dig till matematiska problem när du börjar kombinera krafterna som verkar på objektet. Gör inget misstag, ett objekt roterar bara runt sin CG.

Om detta bara är en mental visualiseringsövning, kan du "föreställa" att pivotpunkten ligger i centrum av trycket (dvs det berömda planet suspenderat av strängar vid vingarna) och som planet redan flyger på några hundra knop i + x, kommer det lilla + y-accelerationsfelet inte att göra mycket av en skillnad som en mental träning, men felet är där matematiskt.

Senare redigering: Om du fortfarande har problem med att visualisera det, placera ditt flygplan i utrymmet där det inte finns någon luft eller gravitation. Ta några stora thrusters på vingen och mindre thrusters på svansen. CG (mitten av massan) är väldigt mycket framåt av vingen. Nu bränna thrustersna.

    
svaret ges 31.08.2018 09:17
3

Det beror på din referensram

Du har inte angett en referensram, så jag ska titta på de två vanligaste valen.

  • Body-fixed referensram

  • Detta är ramen som rör sig med flygplanet. Per definition sker vilken rotation som helst w.r.t. ursprungspunkten för en sådan ram. Genom standardpraxis är ursprunget tyngdpunkten (ekvationerna är mycket enklare). Således gäller i detta fall Radu094s svar .

  • Jordbunden referensram

  • I denna ram är du inte bara pitching, men du går också framåt (i fråga om fastvingade flygplan, om du befinner dig i en svänghjelikopter, är det fortfarande tyngdpunkten).

    Denna framåtriktad rörelse ändrar helt läget för "pivotpunkten" som kommer att hamna utanför flygplanet.

    Om du antar en vertikal belastning $ n $ och en framåthastighet $ V $, kommer ditt flygplan att dras upp runt en punkt som ligger $ R $ meter över flygplanet när flygplanet började dra upp:

    $$ R = \ frac {V ^ 2} {g \ cdot (n -1)} $$

        
    svaret ges 31.08.2018 12:13
    2

    Pivotpunkten är vad du än väljer! Men att välja tyngdpunkten gör analysen enklaste.

    En rörelse av en fri rörlig kropp (t ex ett flygplan) kan beskrivas som en kombination av rörelse av en godtycklig referenspunkt och rotation runt den punkten. När det gäller att beskriva den väg som kroppen tar, kommer någon referenspunkt att göra.

    För dynamisk analys är det emellertid förståelsen av förhållandet mellan krafterna som verkar på kroppen och dess rörelse, med hjälp av masscentrum (dvs tyngdpunkten) är det enda rimliga alternativet. Det beror på att både Newtons andra lag för rörelse,

    $$ a = \ frac {F} {m}, $$

    och dess rotationsversion,

    $$ \ alpha = \ frac {\ tau} {I} $$

    ($ a $ är acceleration, $ F $ är kraft, $ m $ är massa, $ \ alpha $ är vinkelacceleration, $ \ tau $ är vridmoment och $ I $ är tröghetsmoment), fungerar endast i dessa enkla former för masscentrumet (du kan verifiera det genom att göra integrationen över kroppens massa).

    Alternativt kan du i vissa fall välja pivotpunkten så att den inte accelererar, men det kan inte vara möjligt, beroende på vilken väg som har tagits. Till exempel när piloten drar på kontrollkolonnen kommer en nedåtriktad kraft att genereras i svansen. Dess ögonblick kommer att orsaka uppåtgående vinkelacceleration i stigning, men det är fortfarande en obalanserad kraft, så det kommer att leda till en nedåtgående acceleration av tyngdpunkten först. Denna kombination betyder att en icke-accelererande vridpunkt ligger någonstans långt före planet.

    Men när attityden och banan förändras kommer angreppsvinkeln att öka och vingarna kommer att bygga upp en uppåtriktad kraft som i slutändan balanserar och överstiger den nedåtriktade kraften vid svansen och planet kommer att accelerera uppåt. Vid vilken tidpunkt ligger en icke-accelererande vridpunkt någonstans långt över planet (se diagrammet i Fredericos svar). Så i händelse av ett flygplan är det obetydligt att leta efter en icke-accelererad vridning. Det fungerar sällan i andra situationer än där pivoten faktiskt har ett solidt stöd, så det kan inte accelerera.

        
    svaret ges 31.08.2018 23:14