Поперечная балансировка
Это такое состояние самолета, когда действующие на него силы не вызывают его вращения вокруг продольной оси Ox: ∑Mx=0
Рассмотрим горизонтальное движение самолета с винтовой силовой установкой. Из-за вращения винта влево (смотря на картинку), возникает реактивный момент винта, это момент стремящийся противодействовать этому вращению, а значит направлен он в противоположную сторону, то есть вправо. Этот момент стремится создать самолету правый крен. Для компенсации этого момента, необходимо отклонить элероны, таким образом как показано на рисунке (на опущенном полукрыле вниз, на поднятом - вверх).
Поперечная устойчивость
Это способность самолета без вмешательства пилота восстанавливать в полете первоначальное состояние поперечного равновесия.
Итак рассмотрим ситуацию, когда самолет летит в горизонтальном полете, пилот в управление не вмешивается, и в какой-то момент на одно из полукрыльев (пусть будет левое, если смотреть на рисунок, на самолет спереди) попал порыв встречного ветра.
Под действием этого порыва, самолет начнет кренится на правую сторону. При этом в процессе этого кренения у опускающегося крыла угол атаки будет увеличиваться, а у поднимающегося уменьшаться. Так как поднимающееся полукрыло будет как будто "убегать" от потока под ним, а опускающееся наоборот идти к нему на встречу.
Конечно это изменение углов атаки приведет и к изменению подъемных сил на полукрыльях, на опускающемся - увеличится, на поднимающемся - уменьшится. К чему это привет? К тому что вращение, вызванное порывов ветра будет затормаживаться (замедлятся), так как разница подъемных сил будет стремится прекратить это кренение. Другими словами возникнет демпфирующий момент Мдемпф., это момент который именно прекращает дальнейшее кренение самолета.
Получается в какой-то момент процесс кренения прекратится, а значит ни одно из полукрыльев больше не будет ни опускаться, ни подниматься, а значит и демпфирующий момент пропадет, ведь он действовал только на поднимающееся и поднимающееся полукрыло, а теперь они стоят на месте. Демпфирующий момент сделал всё что смог, он конечно не восстановил равновесие самолета, однако остановил кренение и теперь самолет летит с некоторым углом крена, но без вращения.
А теперь, когда самолет прекратил кренится вступает в бой восстанавливающий момент Мвосст. Но откуда он взялся? Сейчас разберемся.
Накренившееся воздушное судно из-за того, что сила тяжести G и подъемная сила Y теперь не уравновешивают друг друга, из за появившегося угла крена, начнет скольжение на крыло под действием силы Zск. И теперь на опущенном полукрыле условия обтекания немного лучше, чем у того, которое можно сказать закрыто самим фюзеляжем (эффект аэродинамического затемнения). Поэтому на опущенном полукрыле, подъемная сила больше, чем на поднятом, из за этого и создается восстанавливающий момент (равнодействующая подъемных сил смещается относительно центра тяжести в сторону опущенного полукрыла на некоторое расстояние a, что будет является плечом этого момента). Под действием этого момента, самолет будет восстанавливать свое поперечное равновесие.
От чего зависит поперечная устойчивость?
Величины демпфирующего и восстанавливающего моментов, а значит и скорость возвращения самолета к нарушенному равновесию, зависят от:
- Площадь крыла S. Ведь чем больше площадь, тем больше и подъемная сила (из формулы подъемной силы), а значит и разность на полукрыльях будет больше, самолет прекратит вращение и уберет крен быстрее.
- Угол поперечного V крыла. Чем больше угол поперечного V крыла, тем больше будет разница в углах атаки опускающегося и поднимающегося полукрыльев, а значит и разница в подъемных силах. Чем больше угол поперечного V, тем больше восстанавливающий момент, самолет быстрее вернется к равновесию.
- Стреловидность крыла. Чем больше угол стреловидности, тем лучше поперечная устойчивость. Это объясняется неодинаковым характером обтекания стреловидных полукрыльев при нарушении поперечного равновесия. Так как скорость потока у части крыла, выдвинутого вперед, больше, а отстающего меньше, то и подъемные силы полукрыльев также будут неодинаковы, это даст прирост восстанавливающего момента, что ускорит восстановление поперечного равновесия самолетом.
- Удлинение крыла. Чем больше удлинение крыла, тем на большее расстояние сместится результирующая подъемная сила от центра тяжести в направлении опускающегося крыла, и тем больше будет плечо момента, а значит и сам восстанавливающий момент, а значит самолет быстрее восстановит поперечное равновесие.