MEREVSZÁRNYÚ REPÜLŐGÉPEK VEZÉRSÍK-RENDSZEREINEK KIALAKÍTÁSA 3 REPÜLŐKÉPESSÉG

Átírás

1 Dr. Óvári Gula 1 - Dr. Urbán István 2 MEREVSZÁRNYÚ REPÜLŐGÉPEK VEZÉRSÍK-RENDSZEREINEK KILKÍTÁS 3 cikk(soroatban)ben a merev sárnú repülőgépek veérsík rendserinek terveését és építését követheti nomon lépésről lépésre a olvasó. repülés története folamán tervetek olan farokfelületeket, melek aerodinamikai sempontból messe megelőték korukat, uganakkor strukturális silárdságtani és elastikus problémáik miatt nem voltak gakorlatban megvalósíthatóak. Sándékaink serint a össes napjainkban alkalmaott főbb elrendeési formákat tárgaljuk majd, aal a céllal, hog a stabilitási alapoktól kiindulva meghatárohatóak legenek a méreteési alapelvek, valamint a függőleges/vísintes veérsík elrendeési formák előnei és hátránai. DEVELOPING OF FIXED WING S EROPLNES TIL SYSTEMS In this (serial)article You can follow step b step the planning and producing process of a fixed wing s aircraft tail sstems. During time in the histor of the aviation were planned such tail sstems which were a big fore step according to the aerodnamic, but besides that the were not able to produced due to structural instabilit and elastic problems. B our intention we will describe all the main shape and form of the tail sstems. Our goal is to determine the main principes of engineering from the bases of the stabilit, and the pros and cons of the tail sstems as well. 1. sárn instabilitása REPÜLŐKÉPESSÉG gakorlati aerodinamikából ismert a a jelenség, hog a hagomános (nem csupasárn repülőgépek sárnprofiljairól van só) sárnselvénnel ellátott iolált, egenes sárnon keletkeő eredő légerő a sárn állássög növekedésekor növeksik, uganakkor támadáspontja, a nomásköéppont a sárn belépő éle felé, előre vándorol. állássög csökkenésekor e a légerő csökken, támadáspontja pedig a kilépő él iránába modul el. nomásköéppont húriránú elmodulása eredméneképpen, a sárn súlvonala a tengel (a mogást úgneveett testhe kötött koordináta rendserben visgáljuk) körüli nomatékokat kell értelmenünk. 1. ábrán látható, hog ha a tengel pillanatni légerő hatásvonala mögé esik, akkor a légerő feroknehé nomatékot ad. nomásköéppont előre vándorol, nagobb állássög növekedésekor e a nomaték igekeik a sárnat kiforgatni pillanatni egensúli heletéből mivel a folamatot megindító nomaték is nő, íg a magában repülő, hagomános selvénű sárn helete a kiindulási állapottól rohamosan eltér. 1 n. mk. eds., egetemei tanár, Nemeti Kösolgálati Egetem Katonai Repülő és Légvédelmi Tansék, ovari.gula@uni-nke.hu 2 n. őrg., főiskola docens, Kecskeméti Főiskola Gépipari és utomatiálási Műsaki Főiskolai Kar, urban.istvan@gamf.kefo.hu 3 Lektorálta: Dr. Kavas Lásló okl. mk. ale; egetemi docens, Nemeti Kösolgálati Egetem Katonai Repülő és Légvédelmi Tansék, kavas.laslo@uni-nke.hu 985

2 130 Ha a pillanatni légerő hatásvonala a súlvonalat (súlpontok dinamikus heletét) metsi, akkor a tehetetlenségi főtengelre vett nomatékok pillanatni eredője érus, a sárn egen x R -M (-)x 1.ábra nomásköéppont vándorlás a belépő él felé (késítették: a serők) 130 Hasonló folamat játsódik le akkor, ha a súlvonal a légerő hatásvonala előtt van. Ebben a esetben a légerő orrnehé bólintó nomatékot ho létre a tengel körül, e a állássög csökkenését vonja maga után. csökkenő állássög miatt a nomásköéppont hátra vándorol, amel a megindult állássög csökkenéssel járó folamatot gorsítja. magában repülő egenes sárn helete tehát ebben a esetben is a kiindulási ponttól rohamosan eltér. (2. ábra) x R +M (-)x 2.ábra nomásköéppont vándorlás a kilépő él felé (késítették: a serők) 986

3 súli heletben van. Ennek aonban csak teoretikus jelentősége van, mivel a legkisebb avarás hatására valamelik már említett heletébe meg át a iolált sárn. nomatékköéppont vándorlással rendelkeő, hagomános profillal ellátott egenes sárn eért nem képes stabil repülésre [1] Tehát a stabil repülés feltétele, hog a állássög és a eredő nomaték váltoása (mel a, vagis a keresttengel körül forgat) ellentétes legen. repülőgép stabil, ha növekvő felhajtóerő téneőhö orrnehé bólintó nomatékváltoás, csökkentő felhajtóerő téneőhö faroknehé bólintó nomatékváltoás tartoik. utóbbi megállapítás aért sükséges, mert a gakorlati aerodinamikai mérések során a felhajtóerő téneő könnebben határoható meg, mint a állássög. bólintó nomatékot M -vel jelöljük, e a tehetetlenségi főtengellel egbeeső tengel körüli forgatónomatékra utal. stabilitás (a repülőképesség) visgálatánál a légerők és nomatékok helett aok dimenió nélküli téneőivel célserűbb sámolni. c c X Y (1) q X q (2) c mac m Mc q h (3) M h (4) q a hol: c felhajtóerő téneő, Y felhajtóerő, q a áramló köeg dinamikus, vag torló nomása, vetületi sárnfelület, c x légellenállás téneő, c mac nomatéki téneő, melet a sárnprofil aerodinamikai centrumára állapítunk meg, M C aerodinamikai centrumra sámított forgató nomaték, h a sárnprofil húrhossa, m a tengel körüli forgató nomaték nomatéki téneője, M a tengelre sámított forgató nomaték, h a a sárn köepes aerodinamikailag húrhossa, amel bármel felülnéeti alakkal rendelkeő sárn esetében: míg trapé alakú sárnnál: h a S s / h d (5) 987

4 h a 2 2 S ht hv ht hv (6) 3 össefüggés alapján sámítható. 5.és 6. egenletben S a sárn festávot, h t a sárn tőben mért, míg h v pedig a sárnvégen mért húrhossat jelöli. hossstabilitás alapproblémája matematikai úton: hánados, tehát a m nomatéki téneő c serinti megváltoása poitív, aa ha c növekedése m növekedését, c csökkenése m csökkenését vonja maga után akkor a repülőgép instabil. E kielégíti a fent leírt feltételt, mivel a állássög növekedése a M bólintónomaték növekedését, csökkenését, csökkenése a bólintónomaték csökkenését eredménei. [3] 2. Hossstabilitás sámítása és tipikusan visgált esetei Íg a statikus hossstabilitás feltétele: statikus instabilitás feltétele: stabilitási indifferencia feltétele: > 0 = 0 < 0 nnál nagobb a repülőgép stabilitása, minél nagobb absolút értékű negatív sámmal jellemehető a fenti hánados (alapkiképő repülőgépeknél ennek sokásos értéke 0,4-0,6, pl. enni a R-26 Góbé típusú vitorláó repülőgépnél is), eért e a stabilitást kifejeő visonsám is. Deduktív alkalmaásával megállapítható, hog e egben a m = f(c ) függvén görbe meredeksége is, íg e a függvén jól semlélteti a statikus hossstabilitási visonokat a adott repülőgép esetében. függvén értelmeési tartománában feltétel, hog a metsésponttól balra poitív, jobbra negatív metsései legenek, uganis e jellemi a stabil állapotot. görbe rendelkehet poitív meredekségű, instabil sakasokkal is, mivel e nem befolásolja döntően a stabilitási követelméneket. De elengedhetetlenül fontos, hog a metséspont köelében negatív irántangensű legen, valamint hog egetleneg metséspont legen. [4] első feltétel bitosítja, hog a repülőgép a előállítható és a megengedett sebességhatárok köött egenes vonalú pálán, egenletes sebességgel repülhessen. repülőképesség második feltétele, hog a m = f(c ) görbe a felhajtóerő téneő tengelt a sárn profilja által előállítható felhajtóerő téneők tartománában metse. E a gakorlati aerodinamikában at jelenti, hog c min, c,vmax, c max értékek köé kell esnie a függvén érus helének. Ennek a eddigi két feltételnek a kielégítése bitosítja at, hog a egenes vonalú pálán, egenletes sebességgel repülő légijármű egensúlából kibillentve a ébredő stabiliáló nomaték hatására a avarás előtti állapotába újból rövid időn belül vissatér. E két feltételt kielégíti a alábbi képen ábráolt, a jól beállított, a FI által a legnépserűbbnek tartott, F1 kategóriájú, sabadon repülő repülőmodell (1. kép) is, amel képes stabilan repülni. [2] 988

5 1. kép FI F1 kategóriájú, sabadon repülő repülőmodell (forrás: Superba Model) 3. Vísintes iránfelület, a magassági kormán sükségessége repülőgépekkel semben támastott fontos követelmén, hog a stabilan, egenes vonalban repülő gép sebességét a úgneveett átesési és soha nem túlléphető sebességek által határolt tartománok köött sabadon váltotathassuk, és a kívánt értékre bármikor beállíthassuk. E tulajdonképpen matematikailag at jelenti, hog a m = f(c ) görbe önmagával párhuamosan eltolható legen. (3. ábra) eltolás foltán a c teljes előállítható tartománban, de legalább a gakorlatilag hasnált c max és c vmax köé eső intervallumban a repülőképesség második feltételének kielégítése mellett a első feltétel is bárhol megbíhatóan realiálható legen. Et a eltolást, más néven a harmadik repülőképességi feltételt a gakorlatban a repülőgép magassági kormánával valósítható meg. Utóbbit eért úg kell méreteni, hog segítségével a repülőképesség harmadik feltétele kielégíthető legen. Pontosítva, általában a magassági korm sükséges elt olási sáv elt olás c min c vmax c max c 3.ábra repülőképességi feltételek (késítették: a serők)

6 mán felületét - alapvetően repülőgép prototípusok terveésénél - eg bitonsági téneő meghatároott értékének figelembe vételével nagobbra sükséges kialakítani a lentebb ismertetett empirikus értékeknél. gakorlati aerodinamikában és a kormán mogatásának gakorlati kiviteleésekor et rendserint a úgneveett kettős aránnal (aa, a mogató servomotor tengelének sögelfordulását csökkentve), eáltal a magassági kormán kitérését - akár mindkét iránban - határolva. Eel bitosítják a legkedveőbb (függvén) eltolási mértéket.[5] iránfelületeknél általánosan megállapítható követelmén a is, hog geometriai méreteik és elheleésük a teljes repülési sebesség és magasság tartománban bitosítsa a adott repülőgépre előírt hoss-és iránstabilitási jellemőket, meleknek sámserű értékeiket általában sabvánban rögítik. vísintes iránfelület helét és méretét a sükséges statikus hossstabilitás mértékéből sámítjuk. hossstabilitás arános a vísintes iránfelület statikai nomatékával ( vi x vi ). vi x h vi 0, 3 0, 8 (7) vi 0, 15 0, 35 (8) hol: x vi a repülőgép súlpontja és a iránfelület nomásköépponti vonala köötti távolság; vi a vísintes iránfelület felülnéeti alapterülete; a repülőgépsárn felülnéeti alapterülete; h a sárn köepes aerodinamikai húrhossa; vi / reláció nagobb értéke, a nagobb felületi terhelés esetén adódik. 4. függőleges farokfelület repülőgép függőleges farokfelületén a sárkán valamenni eleme köül a legnagobb stabiliáló (un. legeő) nomaték keletkeik, mel a áramlás iránával sembefordítja a repülőgépet, a csúsási söget csökkenteni igeksik. Statikai nomatékot meghatároó téneők: a repülőgép kerest- és iránstabilitása köötti kapcsolat; többhajtóműves repülőgépeknél, felsálláskor eg külső hajtómű leállása esetén, illetve repülés köben egik oldali hajtómű(vek) működésképtelenné válásakor a vísintes repülés képessége; 15 m/s (más előírások, például volt sovjet/oros serint 12 m/s) erősségű, 90, vag 270 fokos aimtú oldalsél esetén is a repülőgép bitonságos lesállása. tapastalati adatok alapján: fi x S fi 0, 05 01, (9) fi 0, 1 0, 25 (10) 990

7 nagobb érték a sárnon elheleett többhajtóműves, és hossú orr- réssel ellátott repülőgépekre jellemő. hol: x fi - a repülőgép súlpontja és a iránfelület nomásköépponti vonala köötti távolság; fi - a függőleges iránfelület területe; - a sárn felülnéeti alapterülete; S - a sárn festávolsága. főbb geometriai adatok (amelek adott esetben sélső értékeiben igen tág, akár 100%-os eltérést is jelenthetnek (9)), valamint a kívánt nomatékok kisámítása után kiválastható a kívánt veérsík elrendeést. Cikkünk követkeő réseiben a különböő farokfelület elrendeési módok előneit-hátránait, valamint kialakításának repülésmechanikai és serkeettani problémáit sándékounk publikálni. FELHSZNÁLT IRODLOM [1] Dr. Rác Elemér:Repülőgépek a BKGME Egetemi jegete aonosító: [2] [3] Dr. Kesselák Mihál: Repülés mechanikája a NYMGF főiskolai jegete s.s:230/1983 [4] [5]