Продольные устойчивость и управляемость

Современные дельтапланы, сконструированные и построенные с учетом требований аэродинамики, статически устойчивы. Этого добиваются двумя способами: заданием отрицательной закрутки концов крыла, достаточной для продольной балансировки аппарата с необходимым запасом устойчивости; использованием в центральных сечениях крыла S-образных профилей. Такие профили обладают свойством самобалансировки, поскольку в силу своей геометрии создают положительный продольный момент при пулевой подъемной силе. Дельтапланы класса "Стандарт" и большинство аппаратов открытого класса не имеют объемного профиля и управляются в продольном отношении исключительно перемещением общего центра тяжести. На рис. 10 изображены силы и моменты, действующие на дельтаплан при установившемся в продольном отношении полете. Считая положение общего центра тяжести неизменным, попробуем определить, как возникает продольная устойчивость и от чего она зависит.

Рис. 10. Механизм продольной устойчивости

При установившемся полете продольный момент равен нулю, поэтому полная аэродинамическая сила R проходит через общий центр тяжести (рис. 10, а). Если теперь дельтаплан попадет в восходящий поток воздуха, угол атаки возрастет, а центр давления переместится назад. При этом появится выравнивающий продольный момент, который вернет аппарат в исходный режим полета (рис. 10, б).

При действии нисходящего потока все происходит наоборот: угол атаки аппарата уменьшается, центр давления переместится вперед и продольное равновесие нарушится. Появится выравнивающий продольный момент, возвращающий дельтаплан в исходный режим полета (рис. 10, в).

На продольную устойчивость аппарата наиболее значительно влияют положение общего центра тяжести (ОЦТ) на САХ относительно аэродинамического фокуса и удаление общего центра тяжести по высоте от плоскости крыла. У устойчивого в продольном отношении дельтаплана ОЦТ всегда находится ниже плоскости крыла и несколько впереди аэродинамического фокуса. Чем больше эти расстояния, тем выше устойчивость. На практике удаление ОЦТ от фокуса определяется предельно допустимыми центровками, а от плоскости крыла - длиной подвесной системы.

При известном положении аэродинамического фокуса на САХ предельно задняя центровка легко определяется, если известна минимально допустимая величина устойчивости по перегрузке. Говоря проще, необходимо обеспечить какое-то минимальное расстояние между фокусом, и ОЦТ в любой полетной ситуации. У современных дельтапланов точка предельно задней центровки находится впереди фокуса на 0,04-0,10 от САХ крыла.

Предельно передняя центровка дельтаплана должна быть выбрана так, чтобы предотвратить флаттерное пикирование, особенности которого пока мало известны дельтапланеристам. Как будет показано в гл. "Флаттерное пикирование", каждому углу атаки аппарата отвечает единственное положение центра тяжести тела пилота, которое, свою очередь, зависит от возможностей подвесной системы. Поэтому при проектировании аппарата следует специально для него тщательно проработать конструкцию подвесной системы, чтобы она в любой полетной ситуации не позволила бы пилоту переместить центр тяжести тела в положение, соответствующее опасным малым углам атаки.

В начале раздела шла речь об оснащении дельтаплана крылом, имеющим в центральных сечениях S-образный профиль, для обеспечения его балансировки с заданным запасом продольной устойчивости. Такое решение приемлемо для любого балансирного летательного аппарата. Конструктивно это можно выполнить множеством способов: изгибом килевой трубы, специальным пошивом паруса, применением профилированного килевого кармана, поддержкой задней кромки паруса тросиками и т. д. При этом необходимо обеспечить управляемость аппарата.

Как правило, продольная управляемость возрастает с увеличением расстояния от общего центра тяжести до плоскости каркаса и с уменьшением расстояния между фокусом и общим центром тяжести. Оптимальные значения этих расстояний обеспечат достаточно хорошие устойчивость и управляемость дельтаплана в продольном отношении.