二面角はどのように機能しますか?

私はインターネット上でこのトピックを探してきましたが、十分な具体的な回答がありません。私たちが二面体の飛行機を持っていて、突然右に振り回されて(飛行機の鼻から見て)、右翼が下がっているとします。サイドウィップがあるとき、なぜ右翼が左翼よりも揚力を増やすのか理解しようとしている。私はいくつかのサイトでは、横滑りが先端から根まで流れを誘導することを見ており、これにより右翼が局所的に迎え角を増加させるため、この翼の揚力も増加する。

しかし、なぜ右翼が攻撃の角度を増やすのですか?私は、横滑りの流れが主流を尊重しているため、可能ではないと思う。

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私にはこれは重複していません。私たちは、大理石/二面体の背後にある原理を説明しているサイトについては疑問がない。しかし、私はいくつかの言い回しが必要かもしれないと認めます。
追加された 著者 conmulligan,
申し訳ありませんが、私の母国語は英語ではないので、私は多くの間違いがあることを知っています。とにかく、私は "鼻から見る"ことはあまり明確ではないことを知っています。私が意味することは、「主流をリードするのと同じ方向に見える」ということです
追加された 著者 data.world,
追加された 著者 GHB,

3 答え

短い答え

二面体は、ロール(横)安定性において、またはらせんモードの安定性においてより正確に役割を果たす。

航空機がサイドスリップに入ると、横風成分が現れる。 2面体では、低い方の翼は、迎え角が大きくなるために高い方の翼よりもこの斜めの気流の恩恵を受け、回復の瞬間を作ります。


詳細な答え

横滑りを入力して横風を作成する

得られた翼の揚力は個々の揚力ベクトルの和であり、翼の対称性の計画、すなわち垂直である。

外乱により飛行機が右翼上を転がる場合、結果のリフトベクトルは翼と共に回転する。回転ベクトルは、2つの成分の和として見ることができる。   - 航空機の重量に反し続けている1つの垂直線。少し小さくなっていますが、今度は航空機が降下しています。   - 右側に航空機を引っ張り、横滑り運動を起こす1つの十字。

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航空機が横方向に移動するにつれ、相対風はもはや正面から来るのではなく、右から少し来る。この横風はロールから回復するための鍵です。

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復元力を作成するためにさまざまな角度の作成

翼が二面体である場合、ロールの後、右下の翼は、他の翼よりも大きな迎え角(α)を、現在の斜めの風に暴露する。この右翼はより多くの揚力を生成する。同様に、左翼のAoAも減少し、揚力は小さくなった。これはレベルの姿勢を復元する瞬間を作り出します。この原理は非常に単純ですが、非対称な方法で迎え角を変える理由はあまり明白ではありません。

ビジュアルデモ

数学的なデモンストレーションではなく、二面体の翼を見てみましょう。違いをより目立たせるために、画像に二面角が大きくなるような翼を追加しましょう(左側)。

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幾何学のために、風が来る翼(右の図)を見ると、右翼の底部の領域が少し見えますが、二面体の天使が高いほど、より多く見えます。それが右翼と同じ計画にまだ残っているなら、我々は左翼から同じものを見るだろう。しかし、それは折り畳まれており、折り畳み角度が大きくなればなるほど、底面は少なくなります。

相対的な空気流がロール軸に平行である場合、折畳みはロール効果を持たず、各ウイングはこの場合には同じAoAを空気流に提示する。しかし、気流が斜めである場合、AoA(定義によっては、コードと気流の角度)が異なるようになりました。これは、各ウィングのコードが気流に対して異なる方向を向いているためです。二面体。

二面角が大きければ大きいほど、2つの羽の間の迎え角の差が大きくなり、復元モーメントが強くなる。二面角がゼロでないとすぐに効果があります。翼が高く、角度が負の場合(門翼)にも同様の効果があります。

二面体復元力は、風が斜めに来るという事実に依存し、そうでなければ横滑りの存在について言及する。

気流に対するコードオリエンテーションによって支払われる追加の役割

翼形部の翼弦線は、前縁に対して垂直に近づけることができる。空気流は、任意に二つの成分、弦に対して1個の並列、弦に対して垂直な1つを有するものとして見ることができます。

リフトは、加速される弦に平行な空気流を考慮して生成される。垂直方向に移動した空気は加速されず、揚力も生じません。左の画像を参照してください:

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ちなみに、それは掃引された翼が、揚力の量を減らすことを意味します(これは、それがとにかく便利になる他の利点によって補われます)。

今度は掃引された翼が斜め方向から風を受けると、利用可能な空気エネルギーは各翼の同じ割合で失われません(右の画像を参照)。

右翼の弦は、右から来る空気流の方向が良くなり、空気流が正面から来るときよりも大きな空気比が揚力を発生させることができる。これは左翼にとって逆のことです。

要約:下翼は、二面角による迎え角の増加と、翼角のスイープによる効率の向上の2つの理由から、より多くの揚力を発生させます。


スパイラルモードの制限はロールの安定性の一部です

二面角はロールの安定性に関与するが、他の因子も寄与する。二面体が重要な役割を果たす領域は、スパイラルモード(またはらせん状の発散)の安定化です。オランダのロールとプーゴイドのようなスパイラルモードは、振動モードであり、時間が経過するにつれて減衰する(安定する)か、または常に増加する(不安定な)。不安定なスパイラルモードは次のように起こります。

  • The disturbance creates a small roll moment and sideslip to the right.
  • The sideslip creates a crosswind component from the right.
  • The vertical stabilizer AoA increases and creates lift to the left.

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  • Lift creates a yaw moment and turns the nose to the right.
  • The yaw moment increases the roll moment and the sideslip to the right.
  • A new cycle has begun.

自然の地平線が見えないときにIMCで容易に起こり得るこの効果が検出されて訂正されなければ、航空機は横滑りし続け、旋回すると揚力の垂直成分は減少し、危険な螺旋を下方に生成する。構造的損傷や地上衝突を招く可能性があります。

このサイクルは、航空機に作用するすべての動的力、特に各翼の持ち上げと圧力中心の位置の結果です。二面体の翼の使用は、力とその相対的なタイミングに影響し、不安定ならせん状のモードを安定なものに変えます。これはまた、より小さな垂直スタビライザーとラダーを使用することによって促進され、不安定なオランダロール、またはより短いキャビン。


Learjet 3Dモデルの ahmetsalih TF3DM

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@TomMcW:航空機が右に旋回します。aircraft航空機が右に移動します。relative右の相対的な横風です。⑤尾が右に鼻を作ります。不利なヨーのために、はい、しかし、テールの横風によってキャンセルされます。私はこの効果のための画像を追加しました。このことは、二面体のない機構であることを思い出してください。二面体は、不安定な螺旋の解です。
追加された 著者 Galwegian,
優れた答え、分、私はかなり良い理解を助けました。 - ライツと他の初期の航空パイオニアが、これらのこと全てをどのように分類して、彼らが直面していることを本当に理解することなく、作業機を作ることができたのか、私の心はどんな思いを抱いていますか?
追加された 著者 FreeMan,
あなたは私を本当に混乱させてしまった。 邪魔は右に小さな横のスリップを作ります。しかし横縞は右から横風の成分を作ります。これは後方にあるようです。あなたが右に振ったなら、横風は左側から来るでしょう。
追加された 著者 TomMcW,
あなたが右に横滑りを言うと、あなたは尾が右または鼻に行くことを意味するのですか?
追加された 著者 TomMcW,
私の脳は痛いです!鼻が右に回る場合、横風の成分は左側から来ないでしょうか?
追加された 著者 TomMcW,
プラス、私はロールが不利なヨーを引き起こしたと思った
追加された 著者 TomMcW,
私はまっすぐではありません。 (私は長い間、ロールの安定性を理解しようとしていました)最終的な箇条書きは、ヨーイングモーメントは横滑りを増加させますしたがって、伝票を減少していますか?ヨーヨーモーメントがチェーン全体を再び始めるロール "を増加させると言っても意味があります。
追加された 著者 TomMcW,

基本的に、二面体効果は、銀行業務中に「下部」翼が「上部」翼と比較してより高い迎え角を経験し、その結果、より大きな揚力を経験することである。その結果、正味の力とモーメントはバンキング角を減少させ、安定性を低下させます。

二面角$ \ガンマ$を持つ翼を前進対気速度$ u $で考える。横滑り角が$ \ beta $の場合、横滑りによる風は$ u \ cdot sin \ beta $になります。ジオメトリーから、2面体に起因する法線速度は、$ u \ cdot sin \ beta \ cdot sin \ Gamma $になります。

Dihedral angle

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

注記:図では表記法が異なります。原則は同じです。

我々の目的のために、横滑り速度($ u \ cdot sin \ beta $)を$ v_ {y} $とすることができる。今度は、「下」と「上」の翼からそれぞれ2つのセクションを考えてみましょう。誘導される速度は、両方の側で同じ大きさであり、一方、上の図から分かるように、方向は異なる。

Dihedral angle

Image from people.rit.edu

Wing section

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

小さい角度については、$ v_ {y} $は$ u \ beta $にほぼ等しい。誘導角は、例えば、

$ \ Delta \ alpha = \ frac {v_ {n}} {u} $。

以前の関係から、我々は、

$ \ Delta \ alpha_ {1} = \ beta \ cdot sin \ Gamma $、$ \ Delta \ alpha_ {2} = - \ beta \ cdot sin \ Gamma $である。

これらの誘起された角度のために、下降翼の揚力は$ \ Delta L $だけ増加し、一方、他の迎角は$ \ Delta L $だけ減少する。正味の結果は、「下」の翼が上昇リフトを経験し、回転モーメントを引き起こし、銀行角を減少させることである。

Dihedral

Image from Stability and Control of Aerospace Vehicles

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これは、2面体の翼を備えた胴体の非常に誇張した図です。

飛行機が正常に飛行しているとき(上)、両方の翼が同じ揚力ベクトルを生成します。

飛行機がロール軸に邪魔され、一方の翼が他方の翼よりも高くなると、垂直揚力ベクトルが異なり、「下」翼は「上」翼よりも垂直揚力が大きくなります。これにより、ダウンウィングの垂直リフトが増加し、アップウィングの垂直リフトが減少し、ダウンウィングが押し上げられ、航空機の右利きに役立ちます。

注:この図のすべては模式的なものであり、特定の数学または物理法則または数式を示すものではありません。

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追加された
第2のイメージでは、垂直が小さくなる一方で重心を上回る水平は実際にはより多くの銀行に寄与し、場合によってはさらに圧倒的になる...これは急なターンの過バンキング傾向の原因ですか?
追加された 著者 Geoff Dalgas,
揚力強度が表面に対して垂直に測定された場合、回転モーメントはありません。
追加された 著者 Galwegian,
@slebetman:これを指摘していただきありがとうございます。ちょうど1つのニックピック:あなたの最後の文は、二面体が横滑りを生み出すと誤解される可能性があります。横滑りは二面体を必要としません。二面体に関係なく、ロール角はすでにそれを行います。サイドレップからローリングを生成するには、2面体が必要です。
追加された 著者 Peter Kämpf,
そうですね、別に質問するべき良い質問です。
追加された 著者 rbp,
これは何度も繰り返される誤りです。人々は重力が特別なものだと考え、揚力は地面に対してのみ測定されます。それは誤った推論です。翼に垂直に生成された揚力は同じであり、したがって、銀行を訂正する正味のトルクはない。しかし、サイドスリップを追加すると、高い方の翼はAOAが低いために揚力が小さくなります。飛行機が最初に横滑りを持たない場合、高い方の翼はサイドスリップを生み出す正味の横力に寄与するであろうことに注意してください - 横滑り角がなくても必要な横滑りを自己作成するので自己修正します。
追加された 著者 slebetman,
あなたの説明が正しいかどうか分からないのは、横滑りコンポーネントが含まれていないからです。私が理解しているように、両方のベクトルは、横滑りが関与していない限り、航空機との関係で同じです(したがってロールモーメントはありません)。
追加された 著者 TomMcW,