יציבות כלי טיס

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-edit-clear.svg ערך זה זקוק לעריכה: הסיבה לכך היא: צריך קצת יותר סדר וויקיזציה.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
שלושת צירי היציבות של המטוס.

יציבות כלי טיס היא ענף של מכניקת הטיס אשר עוסק בדרכים לנהג ולייצב את כל הטיס בצורה מבוקרת סביב שלושת צירי הניהוג שלו: עלרוד, סבסוב, וגלגול. מבחינים בין יציבות אורכית הנוגעת לציר העלרוד בעיקר ויציבות רוחבית הנוגעת לצירי הסבסוב והגלגול. אפשרות נוספת היא להבחין בין יציבות סטטית ויציבות דינמית. כלי טיס יציב סטטית יתקן הפרעות טיסה בעצמו ואילו כלי בלתי יציב סטטית דורש פקודות קלט תמידיות להגאים על מנת להישאר יציב. פקודות אלה ניתנות על ידי מערכת טוס על חוט ומאפשרות ניהוג ויכולת דינמית טובה יותר של כלי הטיס. דוגמה לכלי טיס בלתי יציב סטטית היא ה-F-16. על מנת לאפשר תמרונים חריפים במהלך הטיסה כגון התחמקות מטילים ותרחישי קרב אוויר, על כלי הטיס להיות בלתי יציב סטטית והיציבות תתקבל על ידי מערכת בקרה שתתן פקודות באופן תמידי לכלי. לשם השוואה, במטוסי נוסעים נרצה שהטיסה תהיה נעימה ונוחה בעבור הנוסעים והצוות, ולכן מבנה המטוס הוא זה שיספק יציבות סטטית. בחקר היציבות נהוג לעבוד במקדמים חסרי מימד. ועל מנת לעבור ממקדמי כוח למקדמי מומנט מכפילים בזרוע הנדרשת.

יציבות אורכית[עריכת קוד מקור | עריכה]

יציבות אורכית היא יציבות סביב ציר העלרוד. יציבות זו חשובה כאשר עוסקים בנסיקות וצלילות וכן בניסיון לקזז (לייצב) את המטוס בטיסה ישרה ואופקית. כנף נחשבת יציבה סטטית אורכית אם מרכז הכובד שלה ימצא לפני הנקודה בה פועל כוח העילוי השקול.

יציבות אורכית בטיסה ישרה ואופקית[עריכת קוד מקור | עריכה]

בזמן שירותו, פועלים על המטוס כוחות ומומנטים רבים, פנימיים וחיצוניים, איזונם הוא שמאפשר טיסה ישרה ואופקית (טי"א). הנקודה שסביבה מחושבים מומנטים אלו לצורך איזון כלי הטיס היא מרכז הכובד. איזון כלי הטיס נעשה כך שבטי"א סביב מרכז הכובד שקול המומנטים יהיה אפס.

טיסה ישרה ואופקית בהגאים קבועים נקראת טיסה מקוזזת וזוהי טיסה בזווית התקפה מתכוננת מסוימת ובזווית הטיית הגאי גובה כלשהי מתכוננת גם היא. בזמן טיסה זו מקובל להבחין בעילוי הנוצר עקב זווית ההתקפה של כלי הטיס ובעילוי הנוצר עקב זווית הטיית הגה הגובה. הרכיב התלוי בזווית ההתקפה הוא רכיב הנובע הזווית ההתקפה של כלי הטיס כולו וכולל רכיבים הנובעים מהכנף, הגוף והגה הגובה תוך התחשבות ביעילותו האווירודינמית.

נקודת מרכז הכובד היא הנקודה החשובה ביותר בחקר היציבות האורכית, אך ישנן נקודות חשובות נוספות לאורך הציר האורכי של המטוס כמו למשל הנקודה הנייטרלית. נקודה זו היא הנקודה בה פעול כוח העילוי השקול של כלי הטיס. על מנת להקל על חישוב מיקומה, מקובלת הגדרה שקולה שלפיה זוהי הנקודה אשר סביבה המומנט שמייצרים משטחי העילוי של כלי הטיס אינו תלוי בזווית התקפה (זה"ת) בה הוא טס. אם מרכז הכובד של המטוס ימוקם מאחורי נקודה זו המטוס יהיה לא יציב בלא פקודות רציפות להגאים. המרחק בין הנקודה הנייטרלית לבין מרכז הכובד מוגדר כמרווח היציבות הסטטית של כלי הטיס והוא נמדד לרוב באחוזים ממיתר הכנף. משטחי קנרד (הגאי גובה קדמיים) מקרבים את הנקודה הנייטרלית אל מרכז הכובד ולכן מורידים מיציבות כלי הטיס אך תורמים ליכולות ניהוגו.

הנקודה הנייטרלית היא המגבלה האחורית של מרכז הכובד. אך קיימת גם מגבלה קדמית אשר מהצורך להמריא במהירות המתוכננת. במהירות זו טסים במהירות הנמוכה ביותר המאפשרת טיסה ישרה ואופקית ומכאן שגם בזווית ההתקפה המקסימלית. בטיסה זו דרוש מומנט מוריד אף והוא אפשרי על ידי הטיית הגה הגובה. הטיית הגה גובה מקסימלית מכתיבה את נקודת המגבלה הקדמית של המטוס.

יציבות אורכית בזמן פניות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בזמן פניות אופקיות או אנכיות (נסיקה וצלילה) קיימת מהירות עלרוד. בהגדרה, זהו קצב שינוי הזווית בה המטוס נוסק והיא מסומנת באות q לצורכי מחקר. באופן לא אינטואיטיבי, מהירות זו קיימת גם בזמן פניה אופקית וזאת משום שפניה אופקית נעשית לרוב על ידי הטיית המטוס ולכן נוצר גם רכיב של מהירות עלרוד יחסית לצירי המטוס שאינם מקבילים לצירי הארץ. בחישובי מקדמי עילוי ומומנט בזמן פניה נוסף גם עילוי התלוי במהירות העלרוד.

קיימות שתי הפרעות אורכיות נפוצות בזמן טי"א. כאשר טסים בזווית ההתקפה המתוכננת אך יותר מדי מהר, נוצר יותר עילוי מהמתוכנן והמטוס נוסק ומהירותו יורדת בהתאם והוא פועל לתיקון ההפרעה. תנודה זו נקראת פוגואידה. תנודה נוספת נובעת ממהירות מתאימה אך זווית התקפה נמוכה מדי. זוהי תנודה בעלת ריסון מהיר יחסית לפוגואידה והיא נקראת משום כך התנודה הקצרה.

יציבות רוחבית[עריכת קוד מקור | עריכה]

נחיתה בזווית החלקה של מפציץ B-52

יציבות רוחבית נוגעת לצירי הסבסוב והגלגול של כלי הטיס. הגורמים אשר יכולים להוציא את המטוס מיציבות רוחבית הם טיסה בזווית החלקה יחסית לכיוון המטוס, קצבי סבסוב וגלגול וכן הטיית מאזנות או הגה כיוון על ידי הטייס. התוצאות הם כוח צד וכן מומנטי גלגול וסבסוב אותם מבצע המטוס. כל גורם גורם לכל התוצאות בעקיפין.

Yβ כוח צד עקב זווית החלקה החלקה גורמת לכוחות צד על גוף המטוס. כמו כן נוצר כוח צד מנוגד לכיוון ההחלקה עקב כוח חזק הפועל על הכנף שבתוך הזווית וכוח חלש יותר הפועל על הכנף השנייה.

Yp כוח צד עקב קצב גלגול אם כנפי המטוס מוטות בזווית כלפי מעלה אז ברגע סבסוב המטוס יווצר כוח צד מחזיר המנוגד לכיוון הגלגול.

Yr כוח צד עקב קצב סבסוב מומנט סבסוב גורם לכוח צד מתנגד עקב הטיית כלי הטיס כולו.

Nβ מומנט סבסוב עקב זווית החלקה זווית החלקה גורמת להפרעה על כלי הטיס אשר מנוטרלת על ידי קשיחותו אשר מנסה להחזיר את האף חזרה לכיוון הטיסה המקורי על ידי סבסוב.

Np מומנט סבסוב עקב קצב גלגול גלגול המטוס גורם ליצירת כוח מרכזי על ידי רכיב עילוי האופקי אשר מסבסב את המטוס.

Nr מומנט סבסוב עקב קצב סבסוב קצב סבסוב גורם לגוף המטוס להפעיל מומנט סבסוב מתנגד.

גם בעת חקירת היציבות הרוחבית של כלי טיס משתמשים במקדמים עבור כוח הצד, מומנט הסבסוב ומומנט הגלגול. כל מקדם כזה מורכב ממקדמים המתארים את אי-הסימטריה הרוחבית של כלי הטיס ואת הגורמים לתוצאה המפורטים לעיל.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]