Кіріспе

Қанаттардың немесе құйрық беттерінің жұбындағы аралық бұрыш. Аэронавтикада диэдр – ұшақтың сол және оң қанаттарының (немесе құйрық беттерінің) арасындағы бұрыш. "Диэдр" сөзі сондай-ақ ұшақтың жақтан сығу кезіндегі домалануына әсер ететін құбылысты сипаттау үшін қолданылады. Диэдр бұрышы – қанаттың немесе ұшақтың құйрық жазықтығының көлденеңнен жоғары қарай бұрылуы. "Анэдр бұрышы" – бұл теріс диэдр бұрышы, яғни қанаттың немесе тұрақты қанатты ұшақтың құйрық жазықтығының көлденеңнен төмен қарай бұрылуы. Диэдр бұрышы диэдр эффектісіне күшті әсер етеді, және осыған байланысты осылай аталады. Диэдр эффектісі – жақтан сығу мөлшеріне пропорционал домалану моментінің шамасы. Диэдр эффектісі – ұшақтың домалану осі бойынша (спиральді режимде) тұрақтылығының маңызды факторы. Бұл сондай-ақ ұшақтың голланд тікшесі тербелісінің сипатына және домалану осі бойынша маневрлеуге де қатысты. Ұзындық диэдр – ұшақтың қисылу осімен байланысты салыстырмалы түрде түсініксіз термин. Бұл қанаттың нөлдік көтергіш осі мен көлденең құйрықтың нөлдік көтергіш осі арасындағы бұрыш. Ұзындық диэдр қисылу осі бойынша басқару мүмкіндігіне және ұшақтың фугаидтық режимдегі тербелісінің сипатына әсер етуі мүмкін. "Диэдр" (ұшақтың) термині өздігінен қолданылғанда, әдетте "диэдр бұрышы" дегенді білдіреді. Дегенмен, контекст басқаша болса, "диэдр эффектісі" дегенді білдіруі мүмкін.

Диэдр бұрышы мен диэдр әсері

Диэдрлік бұрыш – тұрақты қанатты ұшақтың қанаттарының немесе кез келген ұшақтың жұпталған көлденең беттерінің көлденеңнен жоғарыға қарай бұрышы. Бұл термин құстың қанатына да қолданылуы мүмкін. Диэдрлік бұрыш кейбір желкендер түрлерінде, мысалы, қорапша тәрізді желкендерде де қолданылады. Егер қанаттың толық ұзындығы бойында бірнеше бұрыш өзгерсе, онда ол көпбұрышты қанат деп аталады. Диэдрлік бұрыш ұшу аппаратына маңызды тұрақтандыру әсерін тигізеді, себебі ол диэдрлік әсерге күшті ықпал етеді. Ұшақтың диэдрлік әсері – көлік құралының жақтан сырғу бұрышының нөлден өзгеше болуынан туындайтын домалану моменті. Ұшақтың диэдрлік бұрышын арттыру диэдрлік әсерін күшейтеді. Дегенмен, ұшақтың көптеген басқа да параметрлері диэдрлік әсерге күшті әсер етеді. Осы маңызды факторлардың кейбіреулері: қанаттың қисықтығы, вертикальді ауырлық центрі және ұшақтағы жаққа қарайғы күшті өзгертетін кез келген нысанның биіктігі мен мөлшері.

Ұзындықты диэдр

Ұшақтағы диэдрлі бұрыш көбінесе ұшақтың екі жақтасқан беттері арасындағы бұрышты білдіреді, бірі ұшақтың әр жағында орналасқан. Көбінесе бұл сол және оң қанаттар арасындағы бұрыш болады. Дегенмен, математикалық тұрғыдан диэдр – кез келген екі жазықтық арасындағы бұрыш. Сондықтан, авиацияда "диэдр" термині екі алдыңғы және артқы беттердің бұрыштарының айырмашылығын білдіру үшін қолданылады: Ұзындық диэдр – қанаттың түбірлік хордасының шағылысу бұрышы мен көлденең құйрықтың түбірлік хордасының шағылысу бұрышы арасындағы айырмашылық. Ұзындық диэдр екі беттің түбірлік хордаларының арасындағы емес, қанаттың нөлдік көтергіш осі мен көлденең құйрықтың нөлдік көтергіш осі арасындағы бұрышты да білдіре алады. Бұл мағыналырақ қолданылу себебі, нөлдік көтергіш осінің бағыттары кесу және тұрақтылыққа тікелей қатысты, ал түбірлік хордалардың бағыттары қатыспайды. Бұл өлшем декалаж деп те аталады.

Тарих

Геометрияда диэдр бұрышы – екі жазықтық арасындағы бұрыш. Авиацияда қолданылуы геометриядағы қолданылудан сәл өзгеше. Авиацияда "диэдр" термині сол және оң қанаттар арасындағы жоғары бағытталған бұрышты білдіреді, ал "ан" префиксімен қолданылуы ("анэдр" сияқты) қанаттар арасындағы төмен бағытталған бұрышты білдіреді. Диэдр бұрышының аэродинамикалық тұрақтандыру қасиеттері 1810 жылы сэр Джордж Кейлидің маңызды мақаласында сипатталған.

Ұшақтың тұрақтылығын талдау

Ұшақ тұрақтылығын талдау кезінде диэдрлік эффект – бұл Cl деп аталатын тұрақтылық туындысы, яғни бүйірлеу бұрышының ( ) әр градусы (немесе радианы) өзгеруіне байланысты айналу моменті коэффициентінің (Cl) өзгеруі.

Тұрақтылықты қамтамасыз ету

Диэдрлік әсердің мақсаты – домалақ ось бойынша тұрақтылыққа үлес қосу. Бұл, кейде "домалақ тұрақтылық" деп аталатын спиральді режимнің тұрақтылығының маңызды факторы болып табылады. Диэдрлік әсер "қанаттардың көлденең деңгейіне" тікелей көмектеспейді, бірақ төменде сипатталған спиральді қозғалыс режиміне әсер ету арқылы "қанаттардың көлденең деңгейіне" жанама түрде оралдыруға көмектеседі.

Қанаттан босату

Ұшақ конструкторлары қанат ұштары мен ұшу-қону жолағы арасындағы қашықтықты арттыру үшін диэдр бұрышын ұлғайта алады. Бұл әсіресе қанаттары айналу/қону кезінде ұшу-қону жолағына тиіп кетуі мүмкін болған қанаттары бар ұшақтар үшін маңызды мәселе. Әскери ұшақтарда диэдр бұрышындағы кеңістік қанаттың бекіткіш нүктелеріне жабдықтар мен қосымша жанармай бактарын орнату үшін пайдаланылуы мүмкін, әсіресе төмен қанаты бар ұшақтарда. Бұл конструкциялық шешімнен туындаған диэдрлік эффектіні көлденең қанаттың диэдр бұрышын төмендету арқылы теңестіру қажет болуы мүмкін.

Диэдрлік эффектті реттеу үшін диэдрлік бұрыш қолдану

Белгілі бір қанатты ұшақты (немесе көлденең беттері бар кез келген ұшақтың) жобалау кезінде диэдр бұрышын өзгерту, әдетте, жалпы диэдр әсерін реттеудің салыстырмалы түрде оңай жолы болып табылады. Бұл, басқа конструкциялық элементтердің диэдр әсеріне тигізетін әсерін теңестіру үшін жасалады. Осы басқа элементтер (мысалы, қанаттың кеңдігі, қанаттың тік орналасу нүктесі және т.б.) диэдр бұрышына қарағанда өзгертуге қиынырақ болуы мүмкін. Сондықтан, әртүрлі типтегі тұрақты қанатты ұшақтарда диэдр бұрышының мөлшері әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, диэдр бұрышы көбінесе төменгі қанатты ұшақтарда, басқа жағынан ұқсас жоғары қанатты ұшақтарға қарағанда үлкен болады. Бұл себебі, қанаттың "биіктігі" (немесе қанатқа шаққанда вертикальді ауырлық орталығының "төмендігі") өзі табиғи түрде диэдр әсерін күшейтеді. Осының нәтижесінде, қажетті диэдр әсерін алу үшін аз диэдр бұрышы қажет болады.

Жалпы түсініксіздіктер

Диэдрлік эффект – бұл тек қана бүйірлік сырғанаудан туындаған дөңгелейтін момент ретінде анықталады. Бүйірлік сырғанаумен байланысты басқа факторлардан туындаған дөңгелейтін моменттердің басқаша атаулары бар. Диэдрлік эффектті бұрылыс жылдамдығы немесе бүйірлік сырғанау жылдамдығының өзгеруі тудырмайды. Көптеген ұшқыштар және басқа да сарапшылар "мүшелеу кезінде" диэдрлік эффектті байқайды, сондықтан бір қанаттың ауада жылдам, ал екіншісі баяу қозғалуы дөңгелейтін моменттің пайда болуына себеп болады деп түсіндіреді. Шындығында, бұл нақты әсерлер, бірақ олар диэдрлік эффект емес – ол бүйірлік сырғанау бұрышында болудан туындайды, осы бұрышқа жетуден емес. Бұл басқа әсерлер тиісінше "бұрылыс жылдамдығынан туындаған дөңгелейтін момент" және "бүйірлік сырғанау жылдамдығынан туындаған дөңгелейтін момент" деп аталады. Диэдрлік эффект – бұл өздігінен ролльдік тұрақтылық емес. Ролльдік тұрақтылық "спиральді режимдегі тұрақтылық" деп аталады, ал диэдрлік эффект оған ықпал ететін фактор болып табылады.

Диэдрлік бұрыш диэдрлік эффектті қалай жасайды және спиральдық режимді қалай тұрақтандырады

Диэдр бұрышы ұшақтың жалпы диэдр әсеріне үлесін қосады. Диэдр әсері өз кезегінде спиральдық режимнің тұрақтылығына үлесін қосады. Тұрақты спиральдық режимде, қанат бұрышы бұзылған кезде, ұшақ ақырында "қанаттары деңгейде" болатын бастапқы бұрышқа оралады. Егер қандай да бір бөгет ұшақты 1-суретте көрсетілгендей, қанаттарының қалыпты деңгейінен ауытқуына себеп болса, онда ұшақ төменгі қанатына қарай сәл қисайып қозғала бастайды. 2-суретте ұшақтың ұшу жолы солға қарай басталады, ал ұшақтың тұмсы әлі де бастапқы бағытта. Бұл, қарсыдан келетін ауа тұмсының сол жағынан келеді дегенді білдіреді. Ұшақта енді бұрылыс бұрышынан өзге, сығу бұрышы да пайда болады. 2-суретте ұшақ қарсыдан келе жатқан ауаға қалай бет бұрғаны көрсетілген.

Диэдрлік бұрыш бүйірлік сызықтан дөңгелейтін моментті қалай жасайды (диэдрлік әсер)

2-суретте, бүйірлеу жағдайлары алдыңғы қанаттағы шабуыл бұрышының ұлғаюына, ал артқы қанаттағы шабуыл бұрышының азаюына әкеледі. Бұл бүйірлеудің шабуыл бұрышын өзгертуі 2-суретте көрініс тапқан. Шабуыл бұрышының ұлғаюы көбінесе көтерілу күшін арттырады (қанат тоқтауға жақын болмаған жағдайда), сондықтан алдыңғы қанатта көтерілу күші артық, ал артқы қанатта кем болады. Қанаттар арасындағы көтерілу күшінің айырмашылығы – бұл дөңгелейтін момент, және ол бүйірлеудің салдарынан туындайды. Бұл ұшақтың жалпы диэдрлік әсеріне қосымша үлес болып табылады.

Диэдрлік эффект спиральді режімді қалай тұрақтандырады

Бүйірлік сырғанаудың (P деп белгіленеді) тудырған дөңгелек момент ұшақты қанаттары түзу жағдайға қайтаруға ұмтылады. Диэдрлік әсері жоғары болғанда қанаттарды "тегістеу" бағытында күштірек айналдыруға тырысады, ал диэдрлік әсері төмен болғанда "тегістеу" бағытында әлсіз айналдырады. Диэдрлік әсер спиральді режимді тұрақтандыруға көмектеседі, себебі қанаттарды сырғанау мөлшеріне пропорционалды түрде түзу жағдайға қайтаруға бейімдейді. Дегенмен, бұл толық картина емес. Сырғанау бұрышы артып келе жатқанда, тік қанат мұрынды жел бағытына бұруға тырысады, мысалы, желбағы сияқты, сырғанау мөлшерін азайтады. Егер сырғанау болмаса, қалпына келтіретін дөңгелек момент болмайды. Егер сырғанау аз болса, қалпына келтіретін дөңгелек момент те аз болады. Тік қанаттың тудырған иілгіштік тұрақтылығы, диэдрлік әсердің қанаттарды түзу жағдайға қайтаруға ұмтылысына қарсы тұрады, сырғанауды шектейді. Спиральді режим – бұл қанаттардың түзу жағдайдан баяу алшақтауы немесе баяу қайта оралу тенденциясы. Егер спиральді режим тұрақты болса, ұшақ қанаттарын түзу жағдайға баяу оралады, ал егер тұрақсыз болса, қанаттары түзу жағдайдан баяу алшақтайды. Диэдрлік әсер және иілгіштік тұрақтылығы – спиральді режимнің тұрақтылығына әсер ететін екі негізгі фактор, бірақ оған нашаррақ әсер ететін басқа да факторлар бар.

Диэдрлік әсерге ықпал ететін басқа факторлар

Диэдрлік бұрыштан өзге де конструкциялық факторлар диэдрлік әсерге әсер етеді. Олардың әрқайсысы ұшақтың жалпы диэдрлік әсерін түрлі деңгейде арттыра немесе кемітеді.

Қайтару

Қанаттың артқа қарай бұрылуы диэдр әсерін де арттырады, әр 10° артқа қарай бұрылуға шамамен 1° тиімді диэдр әсері туындайды. Осы себепті, жоғары бұрышпен ұшатын ұшақтарда, сондай-ақ кейбір жолаушылар ұшақтарында, тіпті Tu-134 және Tu-154 сияқты төмен қанатты ұшақтарда аньедраль конфигурациясы қолданылады. 1930-1945 жылдардағы неміс Bücker Flugzeugbau компаниясының кішкентай бипландары, Bucker Jungmann екі орындық оқу ұшағы және одан да танымал Bücker Jungmeister акробатикалық бипланы, екеуінің де қанаттары шамамен 11° артқа қарай бұрылған, бұл екі конструкцияға да диэдр әсерін қосады, одан бөлек, екі бипланның дизайнында да шамалы диэдр болған.

Массалық орталығының тік орналасуы

Массаның орталығы, көбінесе ауырлық орталығы немесе "CG" деп аталады, ұшақтың тепе-теңдік нүктесі болып табылады. Егер осы нүктеде тоқтап, айналуға мүмкіндік берілсе, дене (ұшақ) тепе-теңдікте болады. CG-ның алдыңғы және артқы жағындағы орналасуы ұшақтың жалпы тұрақтылығы үшін ең маңызды, бірақ тік орналасуы да маңызды әсер етеді. CG-ның тік орналасуы диэдрлік эффектінің шамасын өзгертеді. "Тік CG" төменге жылғанда, диэдрлік эффект артады. Бұл көтеру және соғу күштерінің орталығының CG-ден жоғары орналасуымен және моменттің ұзын болуымен байланысты. Осылайша, жақтан ауытқулар өзгеретін кезде (негізінен жақ күші, сондай-ақ көтеру және сүйреу күштері) ұшақтың CG-сінің айналасында үлкен момент пайда болады. Бұл кейде маятник эффектісі деп аталады. Тік CG-нің диэдрлік эффектіге тигізетін әсерінің ең айқын мысалы – параплан. Өте төменгі тік CG арқасында туындаған диэдрлік эффект, қанаттың күшті төмен қарай иілуінен туындаған теріс диэдрлік эффекттің орнын толтырады.

Қанаттың орналасуы

Қанаттың орналасуы да ұшақтың диэдрлік әсеріне әсер етеді. Жоғары қанатты конструкция төмен қанатты конструкцияға қарағанда шамамен 5° тиімді диэдрге ие.