¿Existe una relación entre la deflexión de la superficie de control y un radio de giro o ángulo de alabeo en particular?

Estoy haciendo un proyecto que incluye la automatización de la desviación de alerones, timón y profundidad.

¿Existe una relación cuantificable que pueda decirme la cantidad de deflexión requerida para cualquier radio de giro si los otros parámetros se mantienen constantes?

No existe una relación directa o cuantificable entre la desviación del alerón y un radio de giro dado.
Tenga en cuenta que es posible mantener un viraje inclinado con los alerones moviéndose en la dirección opuesta. Esto sucede con bastante frecuencia en los planeadores en los que el piloto quiere dar vueltas cerradas en una térmica pero no quiere que la aeronave se alabee más, por lo que se hace una entrada de alerón opuesto para mantener el giro.

Respuestas (4)

Necesita los alerones solo para inclinar el avión; una vez que se alcanza el ángulo de alabeo, la deflexión del alerón es mayormente cercana a cero. Supongo que estamos hablando de giros estacionarios, por lo que la velocidad y la masa de la aeronave no cambiarán significativamente durante la duración del giro.

Al girar, se deben equilibrar varios momentos para mantener constante el ángulo de balanceo, y un buen diseño hace esto sin requerir la entrada de alerones:

  • La rotación alrededor del eje vertical provoca una mayor velocidad aerodinámica sobre el ala exterior, lo que aumenta su sustentación. Esto provoca un momento de balanceo en el giro.
  • La rotación alrededor del eje vertical provoca una condición de deslizamiento lateral en la cola vertical que provoca un momento de guiñada contra el giro.
  • Las fuerzas de inercia intentan nivelar las alas. Esto provoca un momento de balanceo contra el giro.

Sin embargo, el elevador debe mantenerse en un ángulo ligeramente más negativo que en un vuelo nivelado para lograr el factor de carga requerido. norte z . En un giro, el factor de carga es proporcional al ángulo de alabeo Φ :

norte z = 1 C o s Φ
Radio R :
R = v 2 gramo ⋅ t a norte Φ
Velocidad angular Ω (rad/s):
Ω = v R = gramo ⋅ t a norte Φ v
La cantidad de deflexión del elevador necesaria depende del margen de estabilidad (expresado como C metro α C L α ) del avión, su amortiguamiento de cabeceo (expresado como C metro q ) y la efectividad del elevador (expresada como C metro η H ).

once the bank angle is reached, aileron deflection is mostly close to zeroEsto dependerá de la estabilidad de la aeronave sobre el eje longitudinal. Si el OP está buscando mediciones precisas, es posible que deba tener en cuenta las entradas de alerones para mantener un banco.
La fórmula del factor de carga solo es cierta para el vuelo nivelado. Un banco de 60° puede tener un factor de carga de 1 en las condiciones adecuadas.
@JonathanWalters... lo que sería una inmersión de 60°. Sí, es posible, pero entonces la aceleración en la dirección del vuelo estará lejos de cero, por lo que la velocidad cambiará con bastante rapidez. Este no es un giro estacionario en absoluto.
No, no tiene por qué ser una inmersión. Como usted señala, la velocidad ciertamente cambiará, pero todo esto podría lograrse en un viraje ascendente.
@JonathanWalters: sí, claro, un giro ascendente con un banco de 60°. ¡Qué realista! Si tienes ese poder, ¿por qué no subir directamente? Si no lo hace, el turno no durará mucho. ¡La clave es "estacionaria" aquí!
Sí, veo que agregó "giro de papelería" a su respuesta; bien. Un pull up a Vy desde un crucero que termina con un alabeo de 60° es muy posible en un avión de 2000 lb con 150 hp. No se necesita mucha potencia del motor, es solo una cuestión de gestión de la energía.
@JonathanWalters: En ese ascenso con el avión de 150 hp, ¿cuánto ángulo de ascenso manejarás? La velocidad de cabeceo no es lo suficientemente rápida como para permitirle acercarse a los 60° antes de quedarse sin energía. 10 ° o 15 ° es quizás realista, y adivine cuántos g necesita inclinar a 60 °. Tal vez se sienta como un ascenso de 60° para ti, pero ciertamente no lo es.
Creo que puede estar malinterpretando la maniobra que estoy describiendo. No estoy hablando de un ascenso y giro en estado estacionario. Estoy hablando de una maniobra real que implica un instante con una tasa de ascenso positiva, un banco de 60° y un factor de carga de 1. No es necesario que el motor esté en marcha. Créeme, de hecho yo vuelo las cosas. Conozco la diferencia entre 15° y 60° de inclinación.

La deflexión de los alerones afecta a la velocidad de alabeo , pero puede girar rápida o lentamente al ángulo de alabeo elegido... y el ángulo de alabeo (junto con la velocidad aerodinámica real) es lo que determina la velocidad y el radio de giro. (Suponiendo un giro coordinado.)

Dependiendo de varios parámetros, puede ser necesaria una pequeña cantidad de deflexión del timón y del elevador para mantener un vuelo nivelado coordinado una vez establecido en el viraje, y dependiendo de la aeronave, es posible que necesite cierta entrada del timón mientras se desvían los alerones. Todo eso es bastante específico para cualquier avión que estés modelando. En un jet de ala en flecha, no se requiere una deflexión significativa del timón (y la poca deflexión que se necesita a menudo la proporciona el amortiguador de guiñada en lugar del piloto), mientras que en un planeador de ala larga con una guiñada adversa considerable, se agrega un poco de Se requiere timón junto con alerón para un vuelo coordinado.

Esta respuesta saca a la luz algunas de las dificultades encontradas para resolver la pregunta, pero contiene varias afirmaciones que, en su estado actual de aislamiento, son inexactas. 1) La deflexión del alerón no te da la velocidad de alabeo por sí sola; la velocidad aerodinámica y otros factores también son determinantes. 2) El ángulo de alabeo y la velocidad aerodinámica real por sí solos no determinan la velocidad o el radio de giro; la coordinación/entrada del timón también es un factor determinante. 3) En un jet de ala en flecha, generalmente todavía se necesita la entrada del timón para ejecutar un balanceo y giro coordinados.
@JonathanWalters: lo crea o no, pero si realiza un giro coordinado, el ángulo de alabeo y la velocidad real del aire le brindan suficiente información para calcular con precisión la velocidad de giro .
@PeterKämpf Vuelva a leer mi comentario; Estoy señalando exactamente eso: la coordinación es imperativa para la precisión de ese cálculo. Como probablemente sepa, si vuela en un derrape, un ángulo de alabeo de 20° puede dar como resultado una tasa de giro exactamente cero, independientemente de la velocidad aerodinámica real.

Probablemente la respuesta relevante como piloto: No

Lo que quieres lograr es probablemente más complejo, volar una cierta curva depende de muchas cosas y es un proceso dinámico.

Respuesta verdadera como físico: Sí, por supuesto.

Cada vez que tenga una situación dada con exactamente los mismos parámetros (como describió, todos los demás parámetros se ponen constantes, incluidos el viento, la potencia, la velocidad del aire, la densidad, etc.), terminará con el mismo radio de giro. es determinista...

Problema: Su premisa de mantener constantes los otros parámetros no es realista

Combinando los dos: nunca vuela una curva, como sugiere la segunda respuesta, donde tiene "cierta desviación" del alerón, pero cámbielo durante el giro para comenzar y detenerlo, así como durante la curva porque nunca tiene todo los demás parámetros constantes. Utiliza, entre otras cosas, el timón para compensar otros parámetros cambiantes. Entonces la pregunta es, ¿estás interesado en hacer un giro completo (mira la primera respuesta) o solo te importa el estado estacionario artificial (segunda respuesta)?

En realidad, creo que su problema ya ha sido resuelto por muchos pilotos automáticos... Recomiendo echar un vistazo a la implementación de última generación de estos.

Sí, existe una relación entre la deflexión de la superficie de control y el ángulo de alabeo, pero es complicada, con un circuito de retroalimentación, fuerzas aerodinámicas e inercia, integradores dobles, transformación de ejes de avión a tierra, etc.

Dado que es una relación dinámica, se caracteriza mejor por la respuesta a una entrada de paso. Comience con la rueda de control en 0, establezca una desviación repentina en, digamos, la rueda 30 grados durante 5 segundos, luego regrese rápidamente la rueda a cero. Mientras tanto, mida la respuesta del ángulo de alabeo de la aeronave. Esta es la forma en que se ajusta el modelo dinámico de vuelo en los simuladores de vuelo.

Hay más información en este enlace (figura 5), ​​aunque esa explicación considera la tasa de balanceo. Para llegar al ángulo de alabeo, necesita otro integrador y una transformación de ejes.

Un piloto automático comparará el ángulo de alabeo real con un punto de referencia y variará la entrada de la rueda de control hasta que se alcance el ángulo de alabeo requerido. Puede encontrar ejemplos de código fuente en programas simuladores de código abierto como FlightGear.

¿Existe una relación entre la deflexión de la superficie de control y un radio de giro o ángulo de alabeo en particular?
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