¿Cómo corregir el diseño de una aeronave que no es estable en velocidad durante la aproximación?

Parece como si el proceso de diseño ya hubiera pasado por la fabricación del avión y las pruebas de vuelo, que es una etapa muy tardía para rediseñar la geometría y la estructura completas del ala principal. Hay algunos elementos abiertos a la interpretación en su pregunta, consideremos dos casos:

1. Stick estabilidad estática fija

Suponiendo que el diseño en cuestión no sea sin cola, el mejor enfoque es trabajar en los parámetros de control secundarios:

• Volumen de la cola: aumenta el área horizontal de la cola.$S_h$o longitud de la cola$l_h$;
• ángulo de incidencia del estabilizador: aumente el ángulo máximo de deflexión, ya que puede estar en la estela del fuselaje o del ala principal;
• flaps: desviarlos da como resultado un morro hacia abajo$C_m$

Después de algunas suposiciones simplificadas, la ecuación de momento en deslizamiento se convierte en:

$$C_m = C_{m_{ac}} + C_{N_W} \cdot \frac{x_{cg} - x_W}{\bar{c}} - C_{N_h} {\left( \frac{V_h}{V} \right)}^2 \frac{S_h \cdot l_h}{S \cdot \bar{c}} = 0$$

Así que las tres variables que se pueden ajustar son

• $C_{m,ac}$
• ubicación del centro de gravedad
• volumen de la cola$S_h \cdot l_h$

Para la estabilidad,$dC_m/d\alpha$< 0. El gráfico anterior muestra las contribuciones a$dC_m/d\alpha$a partir de mediciones en túnel de viento en un modelo Fokker 27. El ala (sin barrido) tiene una pequeña contribución, la introducción de barrido y giro del ala ayudaría a la estabilidad, pero estaría totalmente fuera de contexto para la misión F27. La principal contribución a la estabilidad del modelo proviene de la cola horizontal.

2. Extremo posterior de la curva de potencia

Fuente de imagen

En el extremo posterior de la curva de potencia ($V_1$punto A en el gráfico anterior), se requiere más potencia cuando la aeronave reduce la velocidad. La velocidad del aire no se corrige automáticamente después de una perturbación de una ráfaga de viento horizontal, pero requiere un monitoreo constante y entradas de energía adicionales.

La solución: más potencia disponible a bajas velocidades o una menor carga alar. Con carga de ala alta, el$C_L$del ala es alta, lo que provoca una subida pronunciada en el lado izquierdo de la curva de potencia requerida. Aumento de flaps$C_L$, y los flaps Fowler también expanden el área del ala durante la aproximación.

Si entiendo la pregunta correctamente, el avión exhibirá un gradiente de fuerza de palanca negativo con la velocidad. En otras palabras, cuando la velocidad aumenta, la palanca se moverá en la dirección de "jalar" cuando se la deja sola cuando, para un avión estable, debería moverse en la dirección de "empujar".

Por lo poco que transmite tu pregunta llego a esas conclusiones:

• Debe haber un cambio de configuración cuando lo que antes era estable se vuelve inestable durante la aproximación. Sospecho que se han bajado los flaps de las alas.
• El avión utiliza controles totalmente mecánicos y reversibles.
• Al mover la palanca, la velocidad cambiará al contrario de lo que permiten los requisitos de certificación (ver CS 23.173 en este documento ).

Tenga en cuenta que lo que sigue se basa en esas conclusiones. Si distorsionaste el problema, no me culpes si el remedio no funciona.

En general, la estabilidad de la velocidad se puede mejorar mediante:

1. Comba positiva en el elevador. Esto llevará su ángulo de flotación libre (auswehwinkel) a valores más negativos y requerirá una fuerza de compensación para compensar el avión. Si esta fuerza de compensación es independiente de la velocidad, por ejemplo, mediante un resorte entre las varillas de empuje y la estructura, esta compensación precargará el ascensor en la dirección de "empuje" y el aumento de la presión dinámica lo moverá en la dirección de "tracción". Esto significa más fuerza de "tracción" con mayor velocidad, ergo mayor estabilidad de velocidad.
2. Reducción del cambio de momento de bisagra sobre el ángulo de ataque. Esto se puede lograr mediante bocinas de control en el ascensor. Si se hace en exceso, incluso moverán el elevador en la dirección de "empuje" cuando aumente el ángulo de ataque, pero generalmente debería ser suficiente una reducción de la tendencia del elevador a seguir los cambios del ángulo de ataque. Si la bocina reduce demasiado el gradiente de las fuerzas de la palanca sobre el ángulo de deflexión, agregue una pestaña antiservo.

Dependiendo de lo que esté causando la pérdida de estabilidad de la velocidad, es posible que esas medidas no funcionen. Su primera tarea, por lo tanto, es averiguar qué cambios en el enfoque y cómo se puede neutralizar ese cambio. Tengo la sospecha de que colocar flaps aumenta la separación del flujo en el ala y que esta estela golpea el elevador cuando vuela a velocidades de aproximación. Aquí, el mejor remedio es, por supuesto, mover el estabilizador hacia arriba y fuera de la estela del ala.

El uso de perfiles aerodinámicos con camber reflejo o el uso de una combinación de barrido y giro geométrico debería ayudar

No, en absoluto . Ambos afectarán negativamente el rendimiento y tendrán un impacto mucho mayor en otros parámetros además de la estabilidad de la velocidad. Su problema es con el cambio en el momento de la bisagra del elevador sobre la velocidad, y esto se puede abordar mejor adaptando los momentos de la bisagra correctamente.

Velocidad no estable en la aproximación...

Infiere fuertemente que agregar flaps mueve el CP del ala tan atrás que el par de torsión del morro hacia abajo del ala se vuelve más fuerte que el par de torsión hacia arriba del morro de la cola, y el estabilizador no puede compensar.

La solución más rápida es volver a evaluar el gráfico de límites de CG delantero con los flaps extendidos. Mover el límite hacia atrás aumentará el margen de seguridad.

La sugerencia de aumentar la inclinación del estabilizador horizontal (en lugar del tamaño) parecía descartada para aviones grandes (debido al aumento de la resistencia aerodinámica a valores de Mach más altos) hasta que... ¿colocar listones y flaps en el estabilizador también?

Sí, eso sería divertido, por lo que aumentar el volumen de la cola sería una solución potencial, y aumentar la inclinación sería una solución muy viable para aviones de menor velocidad.

En tercer lugar, la evaluación de los cambios en el flujo de aire causados ​​por la bajada de los flaps, recordando que la cola crea carga aerodinámica , por lo que la corriente descendente del ala aumentará su AoA . Existe un peligro real de que un estabilizador sobrecargado (excesivamente pequeño) pueda entrar en pérdida delante del ala, lo que sería desastroso. Peor aún, una computadora que depende de una entrada sensorial limitada podría responder tratando de desviar el estabilizador aún más.