Stabilní let u klasického letadla

    V předchozí kapitole jsme si tedy ukázali, jaké síly na křídlo působí za letu, nyní se podíváme na to, zda bude letadlo v takovém případě stabilní.

Letadlo s klasickým profilem bez výškového stabilizátoru

Stabilizace

Abychom dosáhli rovnovážného stavu musí být všechny síly v rovnováze.

Umístíme-li vztlakovou sílu L do čtvrtinového bodu (č.b.), pak profil křídla tradičního letounu vykazuje, jak jsme si již řekli záporný klopivý moment -M. Chceme-li tedy dosáhnout rovnováhy, musíme vyrovnat tento klopivý moment obr. 1

obr. 1

To lze provést umístěním těžiště T za čtvrtinový bod č.b. do vzdálenosti x, tak aby platilo -M = G * x obr. 2

obr. 2

Zdá se, že vše je v pořádku a letadlo je stabilní. Nyní se ale podíváme co se stane, pokud je letadlo vychýleno (například poryvem větru) z této stabilní polohy a zvýší se úhel náběhu obr.3

Porušení stability vnějšími podmínkami

    Jak vidíme na obr. 3 přímým následkem zvětšení úhlu náběhu je zvětšení vztlakové síly L o Fyn. Tento přírůstek vztlakové síly Fyn vyvolá na rameni x nový moment Mn. Rovnováha je tedy porušena a křídlo se začíná klopit dozadu. A teď kámen úrazu a důvod proč musí mít tradiční letadlo výškový stabilizátor. Úhel náběhu se totiž zvětšuje, tím se opět zvětší vztlaková síla L a celý děj se opakuje a letadlo začne rotovat. Křídlo je tedy nestabilní.

obr.3

   

    Na obrázku 4 je ukázán průběh celého děje.

 

Obr. 4

 

 

- Na obrázku 4.1 má letadlo v neutrálním bodě n.b. (tj. čtvrtinový bod č.b.) záporný klopivý moment -M, který je při jakémkoliv úhlu náběhu stále stejný.

- Obr. 4.2 - Letadlo musíme dovážit umístěním těžiště T letadla za neutrální bod .

- Na obrázku 4.3 se poryvem větru změní úhel náběhu.

- Na obr. 4.4 vidíme, že se vztlaková síla zvětší o Fyn, což vyvolá nový moment +Mn v těžišti T na rameni x, který je kladný.

- Na obr. 4.5 se výchylka  a tím i vztlaková síla a nežádoucí moment dále zvětšuje a letadlo je nestabilní.

 

 Letadlo s klasickým profilem a s výškovým stabilizátorem

Stabilizace

-  Pokud letounu přidáme výškové kormidlo o správné velikosti a vzdálenosti od křídla nastane situace na obrázku 5.

obr.5

    Neutrální bod n.b. se posunul dozadu..

    Výslednice vztlakové síly L vznikla vektorovým součtem vztlakové síly křidla Lk a výškovky Lv a leží v n.b

L = Lk + Lv

    Výsledný moment M vznikl vektorovým součtem momentů křídla M1 = Lk * x1  (M1 - moment vzniklý vztlakovou silou křídla Lk působící na rameni x1) a -Mk (klopivý moment křídla)  s momenty výškovky -M2 = Lv * x2 (M2 - moment vzniklý vztlakovou silou křídl Lk působící na rameni x1) a -Mv (klopivý moment výškovky)

M = M1 + (-Mk) - M2 + (-Mv)

 M = Lk * x1 + (-Mk) - Lv * x2 + (-Mv)

Protože jsme zvolili správnou velikost výškovky Moment M vyšel kladný.

Nyní dovážíme letadlo do rovnovážného stavu, tak aby všechny momenty a síly byli v rovnováze. Těžiště leží nyní před neutrálním bodem.

 

obr. 6

Porušení stability

Nyní se opět podíváme co se stane jestliže se vlivem například poryvu zvýší úhel náběhu.

Na obrázku 7 vidíme, že přímý následek zvýšení úhlu náběhu je opět zvýšení vztlakové síly L o Fyn. Tento přírůstek vztlakové síly Fyn vyvolá v těžišti T nový záporný moment Mn. Platí tedy (+M - Mn < G * x) rovnováha je porušena, ale na rozdíl od předchozího případu se letoun začíná klonit dopředu. Úhel náběhu a se tedy zmenšuje , tím se zmenšuje i přírustek vztlaku Fyn a letadlo se vrací zpět do původní polohy. Soustava je tedy stabilní.

 Obr. 7

Nyní se podíváme na průběh letu.

 

- Na obr. 8.1 je vidět, že díky výškovému kormidlu se přesunul neutrální bod křídla n.b.k do n.b. a záporný moment křídla –Mk se změnil na kladný moment letadla +M

- Na obrázku 8.2 letadlo dovážíme tím že těžiště T umístíme před neutrální bod

- Na obrázku 8.3 je letadlo opět vychýleno

- Na obrázku 8.4 se vztlaková síla opět zvětší o Fyn, ale vyvolá nyní moment záporný -Mn, díky čemuž se úhel náběhu zmenšuje, přírůstek vztlakové síly se také zmenšuje a na obrázku 8.5 je již letadlo v původní poloze. Chování je tedy staticky stabilní.

 

Shrunutí

- Klasické letadlo bez výškového stabilizátoru je nestabilní a zřítilo by se

- Neutrální bod křídla neleží ve stejném místě jako neutrální bod soustavy křídlo - výškovka.

- Aby bylo letadlo staticky stabilní musí mít v neutrálním bodě n.b. kladný klopivý moment +M a těžiště letadla musí být vždy před neutrálním bodem

- Jsou-li tyto podmínky splněny, pak po vychýlení vnější silou se letadlo samo vrací do původní polohy

 

Dodatek

- Kromě statické stability existuje ještě dynamická stabilita, která závisí na mnoha dalších faktorech, například na setrvačných silách působících na letadlo.

- Statický stabilní letoun může být dynamicky nestabilní, indiferentní a stabilní, jak je vidět na obr. 9

- Letadlo se sice po vychýlení vrátí díky statické stabilitě zpět do původní polohy, ale poté překmitne na druhou stranu

- Pokud je nová výchylka ještě větší než původní, pak je letadlo dynamicky nestabilní

- Toto platí i pro příčnou a směrovou stabilitu

 Nyní se konečně můžeme podívat na stabilní let u samokřídla .