устойчивость

устойчивость
Три состояния равновесия шара на выпуклой, плоской и вогнутой поверхностях.

Рис. 1. Три состояния равновесия шара.

усто́йчивость летательного аппарата — способность летательного аппарата восстанавливать режим полёта, от которого он отклонился после воздействия возмущения. Исторически требования к У. летательного аппарата подразделялись на требования к статической и динамической устойчивости.

Понятие статической устойчивости летательного аппарата эквивалентно понятию апериодической устойчивости решения дифференциальных уравнений, описывающих в том или ином приближении движения летательного аппарата. Термин «статическая» связан с тем, что качественная оценка У. производится на основе рассмотрения статического равновесия действующих на летательный аппарат моментов и сил. Наглядной иллюстрацией понятия статической (апериодической) У. являются три состояния равновесия шара на выпуклой, плоской и вогнутой поверхностях (рис. 1). В случае а шар статически (апериодически) неустойчив, в случае б имеет нейтральную статическую У., в случае в — статически (апериодически) устойчив.

Наличие статической У. летательного аппарата, которая обеспечивает начальную тенденцию движения летательного аппарата к исходному положению равновесия после действия возмущения, во многих случаях гарантирует общую, в том числе и динамическую У. движения летательного аппарата. Отсутствие статической У. по той или иной фазовой координате свидетельствует о неблагоприятных характеристиках У. возмущённого движения и требует применения автоматических средств стабилизации летательного аппарата.

Беспилотные летательные аппараты, оснащённые автоматическими системами управления и стабилизации, очень часто бывают статически неустойчивыми. Начиная с 70-х гг. пилотируемые летательные аппараты, в первую очередь из соображений улучшения лётно-технических характеристик (за счёт уменьшения аэродинамического сопротивления) и повышения манёвренности, создаются статически неустойчивыми, в связи с чем оснащаются системами дистанционного управления с контурами стабилизации по соответствующим фазовым координатам.

В отечественной практике и литературе используются следующие понятия статической У.

Устойчивость по углу атаки. Этот термин наиболее точно соответствует ситуации, когда модель летательного аппарата, находящаяся в аэродинамической трубе, имеет возможность вращения вокруг центра масс (ЦМ). Модель устойчива по углу атаки α в потоке воздуха, если производная аэродинамического коэффициента mz момента тангажа по углу атаки ∂mz/∂α меньше нуля:

,

так как ∂mz/∂cy = T - F > 0

(T, F — приведённые координаты, в долях САХ, ЦМ и фокуса аэродинамического; см. также Аэродинамические коэффициенты), что выполняется, если аэродинамический фокус по углу атаки расположен позади ЦМ (оси вращения модели) — рис. 2.

Устойчивость по перегрузке. Этот термин, в отличие от предыдущего, предполагает возможность перемещения ЦМ летательного аппарата по высоте. Вертикальное перемещение с ускорением (перегрузкой) в сочетании с поступательным движением приводит к криволинейному движению, в котором на летательный аппарат действует дополнительный момент, пропорциональный , что увеличивает общую тенденцию летательного аппарата к восстановлению исходного режима полёта. Указанный дополнительный эффект, в сравнении с устойчивостью по углу атаки, виден из формулы для степени устойчивости по перегрузке:

 ,

где  — приведённый вес летательного аппарата (G — вес летательного аппарата, S — площадь крыла, ρ — плотность воздуха, g — ускорение свободного падения bA — САХ); V — скорость летательного аппарата; ω — приведенная скорость тангажа (см. Вращательные производные).

Статическая (моментная) устойчивость летательного аппарата по скорости. Этот термин описывает тенденцию летательного аппарата к восстановлению исходной скорости полёта при наличии возмущений по скорости. Определяющим фактором в этой тенденции является изменение моментов, действующих на летательный аппарат при изменении скорости, что описывается вторым слагаемым в выражении для степени У. самолёта по скорости:

  ,

где М — Маха число. Указанные понятия статической У. летательного аппарата сформулированы при условии неизменности положения управляющих аэродинамических поверхностей, то есть при невмешательстве лётчика в управление.

Статическая (силовая) устойчивость летательного аппарата по скорости. Этот термин предполагает определённое вмешательство лётчика или автомата в управление летательным аппаратом с целью поддержания горизонтального полёта и описывает тенденцию летательного аппарата к сохранению исходной скорости полёта, исходя из баланса изменений тяги P и аэродинамического сопротивления Xг. п по скорости в горизонтальном полёте, а условие статической У. летательного аппарата имеет вид:

.

Путевая статическая устойчивость является аналогом продольной статической У. по углу атаки (mzα): ∂my/∂β < 0, где β — угол скольжения (рис. 3).

Поперечная статическая устойчивость — название частной производной безразмерного момента крена по углу скольжения ∂mx/∂β < 0. Этот термин имеет более опосредствованное отношение к апериодической У. летательного аппарата по углу скольжения (mxβ влияет на частоту боковых колебаний) и определяет спиральную устойчивость по крену.

При рассмотрении динамической У. движения летательного аппарата анализируется линеаризованная система уравнений движения, которая разделяется на системы уравнений продольного движения и бокового движения (в некоторых случаях линеаризация уравнений производится относительно исходного пространственного движения). Для осесимметричных летательных аппаратов уравнения движения могут записываться в полярной системе координат, и обычно используется иная процедура анализа возмущённого движения с выделением движений по пространственному углу атаки и по углу крена.

Динамическая У. возмущённого движения оценивается по корням соответствующего характеристического уравнения: действительная часть корней должна быть меньше нуля. По отношению к действительным корням характеристического уравнения употребляется термин апериодической У. или неустойчивости движения (рис. 4, а); комплексно-сопряжённым корням соответствуют колебательные переходные процессы, и поэтому используется термин колебательная У. или неустойчивость движения (рис. 4, б).

Граница апериодической У. возмущённого движения определяется из условий равенства нулю свободного члена a0 характеристического уравнения

anpn + аn-1pn‑1 + … + a0 = 0.

Применительно к летательному аппарату «самолётной» схемы, где возмущённое движение летательного аппарата описывается отдельными системами уравнений продольного и бокового движений, условия апериодической У. тесно связаны с условиями статической У. Так, для апериодической У. движения летательного аппарата по углу атаки на коротких интервалах времени (в рамках так называемого коротко-периодического движения, когда скорость не успевает существенно измениться) необходимо, чтобы летательный аппарат был статически устойчив по перегрузке (σn < 0). При выполнении этого условия летательный аппарат во многих случаях имеют колебательные переходные процессы по углу атаки, и частота этих колебаний связана с σn: ω∞σn1/2.

Коротко-периодичное движение практически всегда колебательно устойчиво:

,

где λк. п — корень характеристического уравнения, соответствующий коротко-периодичному движению; iz — безразмерный момент инерции относительно оси z.

В длинно-периодичной форме движения летательного аппарата, связанной с изменением скорости и высоты полёта, на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, как правило, летательного аппарата периодически устойчивы, поскольку на этих режимах полёта летательный аппарат статически устойчив по скорости (σV < 0), и эта У. близка к У. по перегрузке. В этом случае угол атаки практически не меняется.

Длинно-периодичное движение может быть колебательно-неустойчивым, что обусловлено характером изменения тяги двигателей и аэродинамического сопротивления при α = const в случае изменения скорости; в наибольшей степени это проявляется для летательного аппарата с ТРД, что связано с резким увеличением тяги при уменьшении скорости.

На режимах полёта с трансзвуковыми скоростями летательные аппараты обычно имеют апериодическую неустойчивость, она может быть настолько значительной, что воспринимается как неустойчивость по перегрузке (углу атаки), хотя в действительности это обусловлено большой степенью статической неустойчивости по скорости, вызванной смещением назад аэродинамического фокуса при незначительном возрастании числа M и соответствующим ростом статической У. по перегрузке.

В боковом возмущённом движении апериодическая У. в быстро-периодичных движениях по углам скольжения и крена обеспечивается при наличии путевой статической У. myβ < 0. На ряде летательных аппаратов с вытянутым эллипсоидом инерции (Iy/Ix>>  1; Ix, Iy — моменты инерции летательного аппарата относительно осей у и х) значительный вклад в апериодическую У. вносит поперечная статическая У. mxβ < 0. С двумя этими коэффициентами связана частота боковых колебаний совместно по углам скольжения и крена:

  ω02  ,

где q — скоростной напор; l — размах крыла. Апериодическая У. по крену в спиральной форме движения летательного аппарата связана с поперечной статической У. и рядом других аэродинамических характеристик неравенством:

.

На больших углах атаки в связи с резким уменьшением демпфирования крена () возможно появление ещё одного вида апериодической неустойчивости летательного аппарата при вращении по крену с самопроизвольным увеличением скорости крена. В большинстве случаев боковое движение колебательно устойчиво, однако на больших углах атаки колебательная неустойчивость бокового движения — одна из причин сваливания.

В нормах по У. летательного аппарата 80—90-х гг. практически отсутствуют требования к значениям статической У., хотя примерно до начала 80-х гг. существовали количественные требования к запасу У. самолёта, например по перегрузке σn. Однако и сейчас специалисты широко оперируют величинами σn, myβ, mxβ и т. п., составляя по ним качественные суждения о приемлемости характеристик летательного аппарата.

Нормируемыми величинами принято считать такие показатели, как частота колебаний, степень затухания колебаний, значение перерегулирования в переходном процессе (см. Заброс по перегрузке), время срабатывания или удвоения амплитуды, то есть показатели, описывающие динамические характеристики летательного аппарата. При нормировании используются не только параметры переходных процессов, но и взаимное соотношение нулей и полюсов передаточных функций летательного аппарата, а также частотные характеристики летательного аппарата. Количественные показатели динамических характеристик нормируются в зависимости от назначения летательного аппарата, этапа полёта, а также от состояния летательного аппарата и его систем (наличие отказов). См. также Боковая устойчивость, Продольная устойчивость.

Г. И. Загайнов.

Возникновение момента ∆Мz, (∆α), обеспечивающего устойчивость по углу атаки.

Рис. 2. Возникновение момента, обеспечивающего устойчивость по углу атаки.

Путевая статическая устойчивость.

Рис. 3. Путевая статическая устойчивость.

Апериодически устойчивое и неустойчивое движения (а);колебательно устойчивое и неустойчивое движения (б);синие кривые — движение устойчиво,красные — неустойчиво.

Рис. 4. Апериодическая и колебательная устойчивость или неустойчивость движения.


Энциклопедия «Авиация». - М.: Большая Российская Энциклопедия. . 1998.

Поможем написать курсовую
Синонимы:

Антонимы:

Полезное


Смотреть что такое "устойчивость" в других словарях:

  • Устойчивость — Устойчивость  способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. В макроэкономике устойчивость обозначает долгосрочное равновесие между эксплуатацией ресурсов и развитием человеческого общества. В метеорологии… …   Википедия

  • УСТОЙЧИВОСТЬ — УСТОЙЧИВОСТЬ, устойчивости, мн. нет, жен. отвлеч. сущ. к устойчивый; устойчивое положение. «Устойчивость советской валюты обеспечивается прежде всего громадным количеством товарных масс в руках государства, пускаемых в товарооборот по устойчивым… …   Толковый словарь Ушакова

  • устойчивость — живучесть, выносливость; постоянство, неизменность, стабильность, константность, прочность; безубыточность, основательность, кредитоспособность, капитальность, нерушимость, беспроигрышность, крепость, апломб, испытанность, стойкость,… …   Словарь синонимов

  • УСТОЙЧИВОСТЬ — (англ. tolerance, stability). 1. У. внимания. См. Внимание. 2. Помехоустойчивость. См. Помехоустойчивость оператора. 3. Нравственная У. личности способность человека регулировать свое поведение исходя из принятых и усвоенных им нравственных …   Большая психологическая энциклопедия

  • устойчивость — электрической системы; устойчивость Способность электрической системы восстанавливать исходный установившийся режим или режим, близкий к исходному при различного рода возмущениях; Иначе: Переход системы от одного устойчивого режима к другому… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • устойчивость — стабильность Способность системы, возвращаться в исходное состояние после внешних воздействий и продолжать работу без изменения функциональных характеристик. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… …   Справочник технического переводчика

  • Устойчивость — – способность подъемника противодействовать опрокидывающим моментам. [ГОСТ Р 52064 2003] Устойчивость – свойство вещества, материала возвращаться к состоянию равновесия после малых отклонений из этого состояния. [Ушеров Маршак А. В.… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Устойчивость —         горного объектa (a. stability; н. Standsicherheit; ф. stabilite, tenue; и. estabilidad) способность горн. объекта функционировать c заданными параметрами в определённых условиях в течение требуемого отрезка времени. Понятие У. в горн.… …   Геологическая энциклопедия

  • устойчивость — УСТОЙЧИВЫЙ, ая, ое; ив. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • УСТОЙЧИВОСТЬ — растений, способность растений противостоять воздействию экстремальных факторов среды (почвенная и воздушная засуха, засоление почв, низкие темп ры и т. д.). Это свойство выработано в процессе эволюции и генетически закрепилось. В р нах с… …   Биологический энциклопедический словарь

  • УСТОЙЧИВОСТЬ — постоянство, пребывание в одном состоянии; противоположность – изменение. Философский энциклопедический словарь. 2010 …   Философская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «устойчивость» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»