Кіріспе

Тұрақтылық туындылары, сондай-ақ басқару туындылары - ұшақтағы белгілі бір күштер мен сәттердің тұрақтылық өзгеруіне байланысты басқа параметрлер (әуе жылдамдығы, биіктік, шабуыл бұрышы және т.б. сияқты параметрлер) сияқты өзгеретін өлшемдер. Белгіленген "жөндеу" ұшу жағдайы үшін осы параметрлерде өзгерістер мен тербелістер болады. Бұл өзгерістер мен тербелістерді талдау үшін қозғалыс теңдеулері қолданылады. Тұрақтылық пен басқару туындылары осы қозғалыс теңдеулерін сызықтыққа (оңайлатуға) арналған, сондықтан көліктің тұрақтылығын оңай талдау мүмкін. Ұшу жағдайлары өзгерген сайын тұрақтылық пен басқару туындылары да өзгеріп отырады. Ұшу жағдайларының диапазонында өзгерген тұрақтылық пен басқару туындыларының жиынтығы аэромодель деп аталады. Аэромодельдер инженерлік ұшу симуляторларында тұрақтылықты талдау үшін, ал тренингтер мен ойын-сауық үшін нақты уақыт режиміндегі ұшу симуляторларында қолданылады.

Тұрақтылық туындысы мен бақылау туындысы

Тұрақтылық туындылары мен басқару туындылары өзара байланысты, өйткені екеуі де басқа параметрлер өзгерген кезде көлік құралында күш пен моменттерді өлшейтін өлшемдер. "S&C туындылары" терминімен жиі бірге және қысқартылып қолданылады. Олар тұрақтылық туындылары ұшу жағдайларындағы өзгерістердің әсерін өлшейтіндігімен ерекшеленеді, ал басқару туындылары басқару беті жағдайларындағы өзгерістердің әсерін өлшетеді: Тұрақтылық туындысы ұшу жағдайының параметрлерінде, мысалы шабуыл бұрышы, әуе жылдамдығы, биіктік және т.б. (Осындай параметрлер "күйлер" деп аталады.) Басқару туындысы - бұл аэрон, лифт және руль сияқты басқару бетінің бұрылысында кішкене өзгеріс болған кезде көлік құралына әсер ететін күш немесе моменттің қаншалықты өзгергенін өлшейтін өлшем.

Тұрақтылық талдауды сызықтықтандыру (жеңілдету)

Ұшу жағдайлары өзгерген сайын тұрақтылық пен басқару туындылары да өзгеріп отырады. Яғни, көліктің күштері мен моменттері оның жай-күйлерінің қарапайым (сызықтық) функциялары емес. Осыған байланысты атмосфералық ұшу аппараттарының динамикасын талдау қиынға соғады. Бұл күрделі мәселені шешу үшін келесі екі әдісті қарастырайық. Ұшудың тұрақты жағдайлары бойынша шағын тербелістер Талдауды жеңілдетудің бір жолы - ұшудың тұрақты жағдайлары бойынша шағын тербелістерді ғана қарастыру. Ұшу шарттарының жиынтығы (мысалы, биіктік, әуе жылдамдығы, шабуыл бұрышы) тұрақты және өзгермейтін болса, "түптеу" шарттары деп аталады. Ұшу жағдайы тұрақты болған кезде тұрақтылық пен басқару туындылары тұрақты болады және оларды математикалық тұрғыдан оңай талдауға болады. Бір ұшу жағдайындағы талдау әр түрлі ұшу жағдайында қолданылады. Тұрақтылықты талдау үшін симуляторларда қолдану ұшу симуляторында жағдай өзгерген сайын тұрақтылық пен басқару туындыларының жаңа мәндерін "көру" мүмкін. Сондықтан "сызықтық шамалау" өте жақсы емес және тұрақтылықты ұшу шарттарының үлкен диапазонына жататын маневрлерде бағалауға болады. Осыған ұқсас талдау үшін пайдаланылатын ұшу симуляторлары "инженерлік симуляторлар" деп аталады. Тұрақтылық пен басқару туындыларының мәндерінің жиынтығы (әр түрлі ұшу жағдайларында өзгерген кезде) аэромодель деп аталады.

Ұшу симуляторларында қолдану

Инженерлік тренажерлардан басқа, аэромодельдер көбінесе үйде пайдалану және кәсіби ұшуды оқыту үшін нақты уақыт режиміндегі ұшу тренажерларында қолданылады.

Көлік құралдарының осьтерінің атаулары

Әуе кемелері тұрақтылықты талдау кезінде қолданылатын маңызды параметрлерді атауға көмектесетін осьтер координаттары жүйесін қолданады. Барлық осі ауырлық орталығы арқылы өтеді ("CG" деп аталады): "X" немесе "x" осі дененің бойымен арттан алдыға қарай жүреді, оны Roll Axis деп атайды. "Y" немесе "y" осьтері солдан оңға қарай қанаттың бойымен жүреді, оны Pitch Axis деп атайды. "Z" немесе "z" жоғарғыдан төменге қарай жүреді, оны "Yaw Axis" деп атайды. Бұл осілердің жағдайға байланысты екі сәл әр түрлі сәйкестендірілуі қолданылады: "көлік құралының тұрақты осі" және "тұрақтылық осі".

Кескіндемеге бекітілген біліктер

Көшпелі тораптардың негізгі осі немесе "көшпелі тораптар" анықталады және көліктің корпусына қатысты бекітіледі. : X корпус осі көлік құралының корпусы бойымен тураланады және әдетте қозғалыс бағытының оң жағына қарай болады. Y корпус осі x корпус осіне тік бұрышта болады және ол көлік құралының қанаттары бойымен бағытталады. Егер қанаттары болмаса (ракетада сияқты), "горизонталь" бағыт пайдалы түрде анықталады. Y корпус осі әдетте көліктің оң жағына оң жаққа қарай болады. Z корпус осі қанаттың корпус (XY) жазықтығына перпендикуляр және әдетте төмен қарай бағытталады.

Тұрақтылық осьтері

Ұшақтар (әдетте зымыран емес) атаулы тұрақты "түптеу" шабуыл бұрышымен жұмыс істейді. Мұрын бұрышы (Х ось) қарсы келетін ауа бағытымен сәйкес келмейді. Бұл бағыттағы айырмашылық - шабуыл бұрышы. Сондықтан көптеген мақсаттар үшін параметрлер "тұрақтылық осьтері" деп аталатын біраз өзгертілген ось жүйесі бойынша анықталады. Тұрақтылық ось жүйесі X осьін қарсы ағыс бағытымен сәйкестендіру үшін қолданылады. Негізінде, корпус осі жүйесі Y корпус осіне шабуыл бұрышымен айналады, содан кейін ұшақтың корпусына "тұрақталады": X тұрақтылық осі тұрақты ұшу кезінде қарсы келетін ауа бағытына сәйкес келеді. (Егер бүйірлік сырғанақ болса, ол X және Z дене осьтері жасаған жазықтыққа жобаланады). Y тұрақтылық осьтері Y дененің тұрақты осьтерімен бірдей. Z тұрақтылық осі X тұрақтылық осі мен Y дене осімен жасалған жазықтыққа перпендикуляр.

Әрбір осьтің айналасындағы моменттер мен бұрыштық жылдамдықтар

L "орау моменті" үшін қолданылады, ол X осьінің айналасында болады. Бұл X дененің немесе X тұрақтылық осінің айналасында болуы контекстке байланысты (мысалы, субскрипт). M Y осьінің айналасындағы "аяқтау сәтінің" атауын көрсетуге қолданылады. N Z осьінің айналасындағы "жауыру сәтінің" атауын көрсетуге қолданылады. Оның Z дененің немесе Z тұрақтылық осінің айналасында болуы контекстке байланысты (мысалы, субскрипт). "P" немесе "p" X оське қатысты бұрыштық жылдамдық үшін қолданылады ("Бірлік оське қатысты дөңгелек жылдамдық"). Бұл X дененің немесе X тұрақтылық осінің айналасында болуы контекстке байланысты (мысалы, субскрипт). "Q" немесе "q" Y оське қатысты бұрыштық жылдамдық үшін қолданылады ("Сыңқырлық оське қатысты сопақша жылдамдық"). "R" немесе "r" Z оське қатысты бұрыштық жылдамдық үшін қолданылады ("Yaw оське қатысты Yaw жылдамдығы"). Оның Z дененің немесе Z тұрақтылық осінің айналасында болуы контекстке байланысты (мысалы, субскрипт).

Тұрақтылық туындылары бойынша салымдар

Әрбір тұрақтылық туындысы зымыран компоненттерінің орналасуы, өлшемі, пішіні және бағытымен анықталады. Ұшақтарда бағыттағы тұрақтылық негізгі жазықтықтың диэдрлілігі, қанатының өлшемі және құйрық жазықтығының ауданы сияқты ерекшеліктерді анықтайды, бірақ маңызды тұрақтылық туындыларының көптігі осы мақалада егжей-тегжейлі талқылауға жол бермейді. Ракетаның тұрақтылығы үш түрге ғана тән, сондықтан ол күрделі ұшақ динамикасына пайдалы кіріспе береді. Біріншіден , қозғалыс бұрышындағы дене дене қозғалысына қарама-қарсы бағытта көтеру күшін тудырады . Бұл себеп әрқашан теріс. Төмен шабуыл бұрыштарында көтерілу негізінен қанаттар, қанаттар және дененің мұрын аймағынан пайда болады. Жалпы көтергіш ауырлық орталығының алдындағы қашықтықта әрекет етеді (суретте теріс мәні бар), бұл зымыран тілінде қысым орталығы болып табылады. Егер көтергіш ауырлық орталығының алдында әрекет етсе, жаю моменті теріс болады және соққы бұрышын арттыруға бейім болады, көтеру мен моментті одан әрі арттырады. Осыдан кейін қысым орталығы статикалық тұрақтылық үшін ауырлық орталығының артқы жағында болуы тиіс. статикалық маржа болып табылады және ұзындығы бойынша статикалық тұрақтылық үшін теріс болуы тиіс. Сонымен қатар, жағымды шабуыл бұрышы статикалық тұрақты зымыранның жағымды жаю сәтін тудыруы тиіс, яғни жағымды болуы тиіс. Маневрлік зымырандарды нөлге жақын статикалық маржамен (яғни бейтарап статикалық тұрақтылықпен) жобалау кең таралған практика. Позитивтің қажеттілігі жебе мен садақтың ұшып, бағытталмайтын ракетаның қанаттары бар екенін түсіндіреді. Бұрыштық жылдамдықтың әсері, негізінен, мұрынды көтеруді азайту және құйрықты көтеруді арттыру, екеуі де айналуға қарсы тұру үшін әрекет етеді. Сондықтан әрқашан теріс. Қанаттың үлесі бар, бірақ зымыранның статикалық шеттері кішкентай болғандықтан (әдетте калибрден аз), бұл әдетте кішкентай. Сонымен қатар, қанаттың үлесі мұрыннан үлкен, сондықтан таза күш бар, бірақ бұл әдетте салыстырғанда маңызды емес және әдетте ескерілмейді.

Ескертпелер

Жағдайдың айнымалылары шабуыл бұрышы мен р ығысу жылдамдығы ретінде таңдалды және жылдамдықтың бұзылуы u, сондай-ақ оған байланысты туындылар, мысалы, кездейсоқ болып көрінуі мүмкін. Алайда жылдамдықтың өзгеруінің уақыт шкаласы шабуыл бұрышының өзгеруінен әлдеқайда үлкен болғандықтан, оның әсері көліктің бағыттағы тұрақтылығына қатысты болмашы. Сол сияқты, дөңгелектің жаю қозғалысына әсері де ескерілмеген, өйткені зымыранның пішінінің қатынасы төмен және дөңгелек инерциясы жаю инерциясынан әлдеқайда аз, сондықтан дөңгелектің бұрылысы жаю реакциясынан әлдеқайда жылдам болады деп күтіледі және ескерілмейді. Бұл мәселелерді алдын ала білуге негізделген оңайлату инженерлік тәсілді білдіреді. Математиктер мәселені мүмкіндігінше жалпы ұстап, оны тек талдау соңында ғана оңайлатуды жөн көреді. Ұшақ динамикасы зымыран динамикасына қарағанда күрделірек, себебі жылдам және баяу режимдерді бөлу, және қисық және қисық қозғалыстарының ұқсастығы сияқты оңайлатулар қозғалыс теңдеулерінен айқын емес, сондықтан талдаудың соңғы кезеңіне дейін кейінге қалдырылады. Дауыстан төмен ұшуға арналған әуе кемелері жоғары өлшемді конфигурацияларға ие, сондықтан бұрылыс пен айналдыруды ажыратылған деп қарастыруға болмайды. Алайда, бұл жай ғана дәрежесінің мәселесі; ұшақ динамикасын түсіну үшін қажетті негізгі идеялар зымыран қозғалысының қарапайым талдауында қамтылған.

Басқару туындылары

Басқару беттерінің бұрылуы көліктегі қысымның таралуын өзгертеді, және олар басқарудың бұрылуына байланысты күштер мен моменттердегі бұзылуларды қоса отырып, қарастырылады. Қанат бұрылуы әдетте (зета) деп белгіленеді. Осы терминдерді қоса алғанда, қозғалыс теңдеулері: Басқару туындыларын қоса алғанда, көліктің жауаптарын зерделеуге мүмкіндік береді, ал автопилотты жобалау үшін қолданылатын қозғалыс теңдеулері.

Мысалдар

CL, диэдрлік әсер деп аталады, бұл тұрақтылық туындысы, ол бүйірлік сызықтың бұрышы өзгерген кездегі айналу моментінің өзгеруін өлшейтін. "L" - дөңгелейтін моментті, ал "L" - жақты ауысу бұрышын білдіреді.