Устойчивость летательного аппарата

способность ЛА восстанавливать режим полёта, от которого он отклонился после воздействия возмущения. Исторически требования к У. ЛА подразделялись на требования к статической и динамической устойчивости. Понятие статической устойчивости ЛА эквивалентно понятию апериодической устойчивости решения дифференциальных уравнений, описывающих в том или ином приближении движения ЛА. Термин «статическая» связан с тем, что качественная оценка У. производится на основе рассмотрения статического равновесия действующих на ЛА 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. ЛА, которая обеспечивает начальную тенденцию движения ЛА к исходному положению равновесия после действия возмущения, во многих случаях гарантирует общую, в том числе и динамическую У. движения ЛА. 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 ЛА, оснащённые автоматическими системами управления и стабилизации, очень часто бывают статически неустойчивыми. Начиная с 70 х гг. пилотируемые ЛА, 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 ЛА, 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: {}0 ({}, {} — 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 ЛА по высоте. Вертикальное перемещение с ускорением (перегрузкой) в сочетании с поступательным движением приводит к криволинейному движению, в котором на ЛА действует дополнительный момент, пропорциональный {{∆}}mz = {}{{∆ ω}}z, что увеличивает общую тенденцию ЛА 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 ЛА (G — вес ЛА, S — площадь крыла, {{ρ}} — плотность воздуха, g — ускорение свободного падения bA — САХ); V — скорость ЛА; {{ω}} — приведенная скорость тангажа (см. Вращательные производные). Статическая (моментная) устойчивость ЛА по скорости. Этот термин описывает тенденцию ЛА к восстановлению исходной скорости полёта при наличии возмущений по скорости. Определяющим фактором в этой тенденции является изменение моментов, действующих на ЛА при изменении скорости, что описывается вторым слагаемым в выражении для степени У. самолёта по скорости: {}, где М — Маха число. Указанные понятия статической У. ЛА сформулированы при условии неизменности положения управляющих аэродинамических поверхностей, то есть при невмешательстве лётчика в управление. Статическая (силовая) устойчивость ЛА по скорости. Этот термин предполагает определённое вмешательство лётчика или автомата в управление ЛА с целью поддержания горизонтального полёта и описывает тенденцию ЛА к сохранению исходной скорости полёта, исходя из баланса изменений тяги Р и аэродинамического сопротивления Xг. п по скорости в горизонтальном полёте, а условие статической У. ЛА имеет вид: {}