Самолет изменяет траекторию движения с помощью отклонения органов управления:
- Для управления в канале Крена в основном используются Элероны. Но так же управлять самолетом в этом канале можно с помощью Интерцепторов и Флаперонов (Элерон и закрылок в одном флаконе).
- Управление в канале Тангажа осуществляется посредством Руля высоты.
- Управление в канале Рысканья происходит с помощью Руля направления.

Элерон

Схематично управление в канале Крена с помощью Элеронов выглядит так:

А так выглядит отклоненный вниз Элерон Airbus (правильно "Эйрбас") А-320:

Вот с другого ракурса, из салона самолета:

Инженеры стараются вынести Элероны как можно ближе к концу крыла и подальше от оси симметрии самолета, чтобы создать наибольший Момент силы (М=L*F, то-есть, сама сила, умноженная на расстояние от точки приложения силы до оси вращения) при меньшем отклонении и меньшей площади Элерона. Это позволяет снизить массу элерона: ведь при меньшей силе F (читай, меньшей нагрузке на Элерон), крепления Элерона к крылу будут легче и сам элерон меньше. А снижение массы - наиважнейшая задача инженеров в авиации. Ведь чем меньше масса конструкции, тем больше полезной нагрузки (груз, пассажиры и т.д.) можем взять на борт, а значит, увеличится выгода. Или же с меньшей массой мы потратим меньше топлива - вырастит экономичность - увеличится выгода.

Если кому-то нужна эта картинка без мазни и в хорошем качестве - вот она

Как мы видим, элероны отклоняются в разные стороны, чтобы силы F на каждом из них были противоположно направленны. Но откуда же вообще берется эта сила F при отклонении элерона? Оттуда же, откуда и подъемная сила (см. первую часть серии). Смотрим схему:

На схеме пунктирной линией показано распределение воздушной нагрузки (той самой "разности давлений сверху и снизу крыла" из первой части) по профилю крыла без отклоненного элерона, а сплошной - с отклоненным. То-есть, отклоняя элерон, мы сильно изменяем кривизну профиля крыла, от которой зависит подъемная сила. При отклонении элерона вниз (как на схеме) подъемная сила на этом участке крыла возрастает на величину силы F, а на отклоненном на противоположной половине крыла элероне вверх картина обратная - подъемная сила уменьшается на величину F. в итоге мы получаем разные значения подъемной силы на левой и правой половинах крыла. Разница между этими силами приводит систему к дисбалансу и самолет начинает крениться.

Получается интересная ситуация: чтобы накренить самолет, нужно создать разницу сил на левом и правом полукрыльях (их еще называют левой и правой консолями крыла. А крыло у самолета одно, если это не би-план или три-план, когда два или три крыла друг над другом). Но ведь разницу этих сил можно создать не только Элеронами!

Интерцептор

Интерцепторы - это поднятые вверх щитки на фото ниже:

У Интерцептора другой принцип работы. Для создания подъемной силы поток воздуха должен как-бы "облизывать" крыло, "обволакивать" его. А если мы в полете поднимем Интерцепторы, то поток сверху от крыла оторвется и подъемная сила на этом участке крыла упадет. Опять же появляется разница в величине подъемной силы на левом и правом полукрыльях: на левом подняли Интерцепторы - подъемная сила упала. А на правом не поднимали и там подъемная сила осталась прежней. Дисбаланс - самолет начинает крениться.

Но тут есть и огромный минус. Отрывая поток от крыла поднятием Интерцепторов, мы сильно увеличиваем сопротивление. Вот как это происходит:

За Интерцептором образуется завихрение с пониженным давлением, а перед ним, наоборот - набегающий поток создает зону повышенного давления. Разность этих давлений "тянет" самолет назад, как бы "засасывая". Поэтому Интерцепторы играют в основном вспомогательную функцию в плане управления в канале Крена на взлете и посадке.

Но вот при посадке, когда надо быстро затормозить, они очень важны. Во-первых, они создают сильное лобовое сопротивление. Во-вторых, они прижимают самолет к взлетно-посадочной полосе ( далее ВПП), что повышает эффективность тормозов, установленных на шасси. В-третьих, при поднятых Интерцепторах подъемная сила крыла сводится к минимуму, что исключает непреднамеренный отрыв от ВПП.

Флаперон

Флаперон действует по тому же принципу, что и элерон. Правда, отклонить мы его можем только вниз, ведь он еще играет и роль закрылка (о них позже, в посте про крыло. Довольно сложное устройство). Вот где он находится на крыле:

Опять же, отклоняя Флаперон, мы изменяем кривизну профиля крыла, что влияет на подъемную силу. Предположим, что мы отклонили Флаперон на левом полукрыле. Тогда там подъемная сила возрастет, а на правом - останется неизменной. Что, как мы уже выяснили, приведет к дисбалансу и накренит самолет вправо (левое полукрыло с отклоненным Флапероном пойдет вверх, а правое - вниз).

Вот видео, прекрасно демонстрирующее работу Флаперона и Интерцепторов на взлете (в начале немножко битое):

Руль высоты и Руль направления

Решено рассказать про два этих агрегата вместе, потому как принцип их работы один и тот же, что и у Элерона. Разница лишь в расположении на самолете.

По сути, это тоже отклоняемые поверхности: Руль высоты находится на Cтабилизаторе, а Руль направления - на Киле. При отклонении Руля высоты изменяется кривизна профиля Стабилизатора, а при отклонении Руля направления изменяется кривизна профиля Киля. Принцип работы руля высоты:

Принцип работы Руля направления:

Но у Руля направления есть подвох: при его отклонении самолет не только начинает вращаться в канале Рысканья, но и кренится. Дело в том, что руль направления находится выше оси вращения в канале Крена, а снизу его отклонение ничего не компенсирует. Вот и получается, что он создает момент сразу в двух каналах управления: Крена и Рысканья. Поэтому эго применяют в совокупности с органами управления в канале Крена, чтобы компенсировать этот момент.

Вот как выглядит Киль и отклоненный Руль направления на его задней кромке:

Работа Руля высоты и Руля направления при сильном порывистом ветре во время посадки во всей своей красе:

Как и Элероны, Руль направления и Руль высоты при отклонении создают Момент силы относительно оси вращения самолета, что приводит систему сил, действующих на самолет в дисбаланс и заставляет самолет вращаться или вокруг вертикальной оси (оси Рысканья), или вокруг оси, параллельной крылу (оси Тангажа):

А вот точка, в которой эти оси пересекаются - это Центр масс самолета. Его положение в течении полета постоянно меняется, как мы выяснили в первом посте серии.

Затронем систему управления

Давайте теперь разберемся, как пилот управляет всеми вышеописанными рулями (пока упрощенно).

Начнем с легкого: педали.

Кабина А320

При помощи педалей пилоты управляют Рулем направления в полете и поворотом самолета при рулежке (поворачивается передняя стойка шасси). При этом, педали не нажимаются, а двигаются вперед-назад.

За управление самолетом в канале Тангажа и канале Крена отвечают Сайдстики (находятся по левую и правую сторону от пилотов в кабине). Они пришли на замену штурвалам. При отклонении Сайдстика вперед-назад отклоняется Руль высоты, а при отклонении влево-вправо - Элероны. Красная кнопка (название - TAKE OVER) на Сайдстике в кабине А320 отвечает за приоритет управления. То-есть, нажав ее, пилот берет приоритет управления на себя, а сигналы, посылаемые с другого Сайдстика перестают учитываться. Сам Сайдстик:

Прекрасное видео про конструкцию Сайдстика:

Перед пилотами есть по световому табло SIDE STICK PRIORITY. Если командир нажал кнопку TAKE OVER, то перед ним загорится зеленое табло «CAPT», напоминающее, что управление у него. А на табло у второго пилота загорится красная стрелка, указывающая влево – на командира – на того, кто управляет. Если же второй пилот нажмет TAKE OVER, то перед ним на табло загорится зеленое F/O, а у командира – красная стрелка. Табло:

Управление от Сайдстика к Сайдстику передается тому, кто нажал TAKE OVER последним.

Если кнопку TAKE OVER держать нажатой более 40 секунд, то управление от соседнего сайдстика отключится совсем. Но лишь до тех пор, пока пораженный в правах пилот не нажмет на кнопку TAKE OVER и не выдержит ее свои 40 секунд – тогда способность к управлению восстановится.

Так же на Сайдстике есть кнопка в виде спускового крючка – RADIO – включает микрофон для голосовой передачи.

TechnoHubble: интересное из мира техники каждый день.

______________________________________________________________________________

К сожалению, не было времени подготовить ответы на вопросы из предыдущего поста, но это обязательно будет сделано! Возможно, для этого будет выпущен отдельный пост, так как материала в ответах, видимо, будет немало. Задавайте свои вопросы;)

Посты из этой серии будут выходить по понедельникам, утром.

Ну а на сегодня на этом все. Спасибо за внимание:)

Формула 1 нацелилась сохранить стабильность регламента на два ближайших сезона. Но все же не совсем

Одно из опасений участников чемпионата сейчас состоит в том, что неизбежный рост общей эффективности машин, а в частности прижимной силы – сдержать который в Ф1 еще не удавалось никому и никогда – приведет к повышению нагрузки на резину. Как известно, сами шины спецификации 2019 года сохранятся в чемпионате минимум до конца 2021-го.

Единственной опцией для Pirelli остается давно известная практика повышения минимального давления в шинах. Но такой подход не нравится даже самим итальянцам, не говоря уже о командах. Компромиссом стало внесение небольших изменений в регламент, описывающий зону днища перед задними колесами.

В последнее время там активно процветает конструкторский поиск, и многочисленные прорези, бортики и отверстия ощутимо добавляют прижима в районе задних колес и диффузора.

Изменения в статье 3.7.2 Технического регламента Ф1 гласят, что внешняя кромка днища больше не будет параллельна оси машины. Теперь в передней части днище останется широким, но к задней станет сужаться (показано на иллюстрации выше).

Также скорректирована статья 3.7.10: теперь у конструкторов больше не будет возможности использовать «полностью закрытые отверстия» у края днища перед задними колесами, которые появились в 2017 году.

Несмотря на то, что традиционные диагональные прорези в этом месте имеют небольшой размер, они важны с точки зрения аэродинамики, так как позволяют потокам «запечатывать» пространство под днищем, не позволяя турбулентности от передних колес проникать туда.

Отверстия перед задними колесами аналогичным образом защищают диффузор от «грязного» воздуха, генерируемого задними колесами. Негативный эффект от него особенно заметен в поворотах, когда шина деформируется из-за боковой нагрузки.

Одновременно с описанными выше изменениями скорректированы нагрузочные тесты, чтобы у команд не было искушения компенсировать потери за счет слишком гибкого днища, которое на высокой скорости отклонялось бы вниз.

Точка приложения нагрузки, описанная в статье 3.9.2, перенесена на 50 мм, а максимальная деформация днища под нагрузкой уменьшена на 2 мм.

Понятно, что эти коррективы не скажутся на скорости машин радикальным образом. Более того, после введения ограничений конструкторы наверняка найдут какие-то новые решения. Однако можно ожидать, что в ближайшее время в этой области машины точно не будет резкой прибавки в прижимной силе, и резина продолжит работать в прежних условиях. Что, собственно, и было главной целью.

Предлагаем вам вспомнить решения, которые команды применяли по ходу последних сезонов в той части днища, о которой шла речь.

Днище Ferrari SF70H, 2017 год

Скудерия оказалась в центре скандала, сделав большую прорезь у передней части понтонов (выделена желтым). Соперники указали, что отделенный ей участок днища на трассе изгибается вниз, и FIA обязала команду установить металлический фиксатор (показан стрелкой). Обратите внимание, что эта прорезо подпадает под определение «полностью закрытой», так как она не видна при взгляде сверху. Такие разрешили размешать на внешних 100 мм днища с 2017 года.

Варианты днища Ferrari SF71H, 2018 год

В зависимости от трассы Ferrari использовала несколько вариантов прорезей – от трех до шести разной формы. Все они также «полностью закрыты».

Варианты днища Ferrari SF71H, Гран При Японии 2018 года

На «Сузуке» команда опробовала вариант с более длинной последней прорезью.

Детали днища Ferrari SF90, 2019 год

С течением времени сложность проработки и количество деталей, как водится, выросли. К 2019 году у Ferrari уже была целая россыпь всевозможных элементов разных форм и размеров перед задними колесами.

Детали днища McLaren MCL32, 2017 год

McLaren одной из первых стала использовать длинную продольную прорезь, паралельную краю днища.

Детали днища Toro Rosso STR12, 2017 год

В том же сезоне-2017 аналогичное решение появилось и у Toro Rosso.

Детали днища Mercedes F1 W08, 2017 год

На примере Mercedes хорошо видно, как подобная прорезь работает (выделена желтым) в сочетании с «лезвиями» у передней кромки днища.

Сравнение днища машин Ф1, 2020-21 годы

https://ru.motorsport.com/f1/news/nu-i-dnishcha-kak-reglamen...

Автор: Мэтт Сомерфилд

21 авг. 2019 г., 15:31

Принято считать, что время уникальных технических находок давно ушло, и сейчас конструкторы, вынужденные работать в тесных рамках регламента, не в силах придумать что-то уникальное. Мэтт Сомерфилд попробовал доказать, что это не так.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Haas в поисках ответа на главный вопрос

Для американской команды нынешний сезон складывается непросто – и дело не только в том, что ее пилоты постоянно ввязываются на трассе в поединки друг с другом. Машина VF-19 отличается крайней нестабильностью в сравнении с техникой соперников. Что говорить, если последние Гран При Грожан и Магнуссен предпочли проводить с разными аэродинамическими конфигурациями шасси. Первый сделал выбор в пользу варианта, который был у команды еще в Австралии, второй испытывал последние новинки.

Кевин Магнуссен и Ромен Грожан, Haas VF-19

К числу таковых относится заднее крыло с очень интересными торцевыми пластинами. Их конфигурацию никак нельзя назвать традиционной. Если соперники используют преимущественно вертикальные прорези, то в Haas – нет сомнений, после серьезного анализа посредством систем вычислительной гидродинамики – применили прорези сложной S-образной формы в переходной зоне.

Разумеется, они иначе взаимодействуют с воздушными потоками, меняя общую картину их распределения в этой области машины. По всей видимости, такая конфигурация прорезей позволяет перенаправлять протекающий воздух вверх, что повышает связность крыла и диффузора.

Заднее крыло Haas VF-19

Кроме того, Магнуссен еще в Германии получил доработанные элементы в зоне дефлектора. В частности, конструкторы Haas разработали довольно изящный переход конфигуратора потока в горизонтальный элемент в верхней части дефлектора, сделав спиралевидный участок. Единая крупная плоскость помогает отводить «грязный» воздух в сторону от понтонов и дефлектора.

Область дефлекторов Haas VF-19 (машина Кевина Магнуссена)

Скрытые подробности переднего крыла Alfa Romeo C38

На британский этап команда из Хинвиля привезла не очень заметную, но весьма примечательную новинку. Как хорошо известно, с этого года конструкция передних крыльев стала существенно проще, чем прежде. Помимо пяти элементов каскада и торцевой пластины, а также пары продольных направляющих снизу, у конструкторов практически не осталось других элементов для взаимодействия с потоками.

Но «практически» в Формуле 1 не считается. В Alfa Romeо нашли, где получить прибавку в эффективности.

Речь о горизонтальном элементе снаружи от торцевой пластины. Еще в Шпильберге это была простая арка, которая формировала вихрь, позволяющий увлекать воздух в сторону от переднего колеса и лучше защищать важные аэродинамические элементы от турбулентности.

После обновления элемент стал шире, чем прежде, а под ним появился вертикальный бортик. Причем это решение было быстро доработано – если на британском этапе бортик не доходил до переднего края, то уже в Германии стал длиннее. Не исключено, что это связано с особенностями конкретных трасс.

Общий принцип работы новинки в том, что она меняет форму завихрений, оптимизируя их, а также делает формирование вихря более стабильным вне зависимости от условий движения машины.

Детали переднего крыла Alfa Romeo C38 (Британия / Германия)

Детали переднего крыла Alfa Romeo C38, Гран При Австрии

Детали переднего крыла Alfa Romeo C38, Гран При Германии

Mercedes расширяет границы возможного

Улучшение машины по ходу сезона всегда было сильной стороной команды штутгартского концерна. К Хоккенхайму, где марка торжественно отмечала 125-летие мирового автоспорта, Mercedes подготовила не только особую ливрею, но и множество доработок.

Они затронули переднее крыло, тормозные воздухозаборники, небольшое крылышко позади рычагов подвески, дефлекторы, конфигураторы потока, кузовные панели понтонов и капота двигателя, днище, диффузор, а также заднее крыло. Именно последнее и представляет наибольший интерес.

Переднее крыло Mercedes AMG W10

Торцевые пластины крыла стали новым шагом в развитии Mercedes и наверняка привлекут внимание соперников. Как известно, с 2019 года этот элемент машины стал выше и шире, что привело к росту лобового сопротивления, а популярные прорези-«лувры» в торцевых пластинах попали под запрет. Прежде они позволяли воздуху перетекать из внешней части крыла наружу, создавая более оптимальное распределение давления и формируя полезные вихри.

Заднее антикрыло McLaren MP4/31 для Гран при Малайзии 2016 года

В этом году мощные завихрения на концах крыла хорошо видны по ходу гонок (например, на фото Ferrari в нашей подборке). Это происходит как раз из-за отсутствия «лувров». Прежде такие потоки воздуха можно было рассмотреть только в сырую погоду благодаря капелькам воды, теперь же турбулентность видна куда чаще.

Ferrari SF90

Для борьбы с ней на Mercedes используется задняя кромка торцевой пластины, верхний край которой имеет зубчатую форму. Прежде это был один крупный вырез, теперь он разбит на три «ступеньки» поменьше. Это сделано в стремлении снизить лобовое сопротивление и добавить прижимной силы путем воздействия на главное завихрение с помощью двух других, не столь сильных.

Заднее крыло Mercedes F1 W10

Также обратите внимание на диагональные бортики с внешней стороны пластины. Их используют многие команды, стремясь перенаправить воздух вверх, но в Mercedes пошли дальше всех, разместив такие элементы в две колонки. Они работают вместе с зубчатым краем, добавляя машине стабильности в поворотах.

Стоит сказать, что в чемпионской команде за 11 первых Гран При подготовили четыре серьезных пакета обновлений, не говоря уже о более мелких доработках. Никто из соперников не может похвастаться такой продуктивность. Общую прибавку в скорости по сравнению с первыми этапами можно оценить в полсекунды на круге – результаты этой работы Mercedes наглядно видны в таблицах чемпионата пилотов и Кубка конструкторов.

https://ru.motorsport.com/f1/news/tekhnicheskij-analiz-tri-p...