관성 커플링

Inertia coupling

항공학에서 관성 커플링과[2] 관성 롤 커플링이라고도 하는 [1][3]관성 커플링은 이에 대항할 설계 특징(예: 충분히 큰 지느러미)이 이해되기 전에 항공기와 조종사의 손실을 초래한 고속 비행의 잠재적으로 치명적인 현상이다.무거운 기체의 관성이 항공기를 안정시키기 위해 날개와 제막에서 발생하는 공기역학적 힘과 순간의 능력을 초과할 때 발생한다.이 문제는 제트 전투기와 연구용 항공기가 긴 가느다란 고밀도 동체에 의해 야기되는 비교적 낮은 롤링 관성을 가진 좁은 날개판으로 개발되면서 피치나 요 관성기에 비해 명백해졌다.[4]

관성/내부 결합이라는 용어는 전체 문제가 관성 결합뿐만 아니라 공기역학적으로 발생하기 때문에 잘못된 것으로 설명되어 왔다.[5]이 기동에 대한 기여는 복잡하며 세 축에 대한 관성 결합, 공기역학적 결합 및 관성비를 포함하며, 이 모두 동시에 발생한다.[6]그러나 관성 결합은 본질적으로 자이로스코프 효과, 즉 동체가 빠르게 굴릴 때 비행 방향에서 벗어나 바람 쪽으로 넓어지는 경향으로 정의되어 필립스가 분석하였다.[7]관성 롤 커플링은 롤링 속도가 피치 또는 요 자연 주파수의 하한과 같을 때 피치 또는 요에서 공명 분기로 정의되었다.[8]

설명

관성 결합은 위에서 설명한 중량 분포를 가진 항공기가 롤 축이 아닌 축을 중심으로 빠르게 회전할 때 발생하는 경향이 있다.이러한 경향은 방향 안정성 향상과 허용된 롤 레이트 및 지속시간 단축, 롤링 기동을 수행하기 위한 공격 각도 제한 등을 포함한 여러 가지 전략으로 반박할 수 있다.[9]

방해되는 움직임의 원인은 항공기 질량이 롤 축의 "덤벨 패션"과 중력 중심 앞과 뒤에 있는 두 곳에 집중되어 있다고 생각함으로써 시각화될 수 있다.이 항공기는 공기역학적 또는 풍력 축을 따라 어떤 각도의 공격 각도에서 "덤벨"로 비행할 것이다.공기역학적 축을 롤링하면 "오프 축" 질량이 바깥쪽으로 이동하는 경향이 있다.[10]

1950년대의 짧은 날개 폭, 고밀도의 동체, 고고도 비행을 통한 전투기 설계의 경향은 모두 종방향 및 방향 안정성에 의해 제공되는 공기역학적 복원력과 비교하여 구르기 때문에 관성력을 증가시키는 경향이 있었다.롤링 모션은 항공기의 세로 방향과 가로 방향 움직임 사이의 결합을 도입한다.[11]일반적인 제트 항공기는 질량의 대부분을 중심선에 가깝게 분포하고, 어느 정도 안정화를 제공하는 비행기의 공기역학적 힘과 모멘트를 가지고 있지만(제어장치의 작은 변동이 그것을 자세 평형으로 되돌리는 경향이 있다), 현실적으로 항공기는 항상 작은 비 영점 주행으로 비행한다는 것을 기억해야 한다.요잉과 피칭의 돔 레이트

초기 역사

관성 롤 커플링은 NACA에서 일했던 윌리엄 필립스에 의해 1948년에 자이로스코프 효과로 예측되고 분석되었다.[11]그의 분석은 그가 예측한 격렬한 움직임, X 시리즈 연구용 항공기, 1950년대 초 센츄리 시리즈 전투기를 경험하게 될 항공기를 앞질렀다.이 시기 이전에는 항공기의 너비가 길이보다 큰 경향이 있었으며, 질량은 일반적으로 질량 중심에 가깝게 분포되었다.이것은 프로펠러 항공기의 경우 특히 사실이었지만, 초기 제트 전투기들에게도 마찬가지였습니다.항력을 줄이고 초음속 항력을 줄이는 긴 정밀도 비율을 사용하기 위해 항공기가 공기역학적 표면적을 희생하기 시작했을 때 비로소 효과가 뚜렷해졌다.이러한 경우 항공기는 일반적으로 동체 중량이 훨씬 높아서 자이로스코프 효과가 작은 제어 표면을 압도할 수 있었다.

관성 롤 커플링은 1956년 9월 27일 로켓 추진 벨 X-2에서 조종사 선장 멜 아파트가 첫 비행에서 사망하면서 서로 뒤이어 마하[12] 3.2로 이어지는 세 가지 독특한 연결 모드 중 하나이다.관성 롤 커플링은 3년 전 X-1A에서 척 예거의 목숨을 거의 앗아갔다.[13]X-3 Stiletto(1952년 처음 비행)의 롤 커플링 연구는 극히 짧았지만 귀중한 데이터를 생성했다.갑작스러운 아일러론 롤링은 마하 0.92와 1.05에서 수행되었고 "뒤틀림" 동작과 과도한 가속과 부하를 발생시켰다.[14]관성 롤 커플링을 처음 경험한 두 대의 생산 항공기는 F-100 Super Sabre와 F-102 Delta Decond (둘 다 1953년에 처음 비행)이었다.F-100은 방향 안정성을 높이기 위해 더 큰 수직 꼬리로 개조됐다.[15]F-102는 날개와 꼬리 면적을 늘리기 위해 개조되었고, 증강 제어 시스템이 장착되었다.동적 모션 기동 중 조종사 제어가 가능하도록 F-102A의 꼬리 부분이 40% 증가하였다.F-101 부두(1954년 첫 비행)의 경우, 안정성 증대 시스템을 A 기종으로 개조하여 이 문제를 해결하는 데 도움을 주었다.Douglas Skyray는 관성 롤 커플링을 제어하기 위한 어떤 설계 변경도 통합할 수 없었고 대신 연결 장치 효과가 문제를 일으키지 않는 기동 한계를 제한했다.[16]록히드 F-104 스타파이터(1956년 첫 비행)는 관성 결합을 줄이기 위해 수직 지느러미 위에 안정기(수평 꼬리 표면)를 장착했다.

참고 항목

참조

  1. ^ 비행 지혜 - 제2권 항공기 안정성 및 제어, 크리스토퍼 카펜터 1997, 항공 생활 출판사, ISBN1 85310 870 7, 페이지 336
  2. ^ 항공기 안정성 및 제어 - 제2판, Abzug 및 Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6, 페이지 109
  3. ^ Richard E. Day (1997). "Coupling Dynamics in Aircraft: A Historical Perspective p.2" (PDF). Edwards, California: Dryden Flight Research Center. Retrieved December 10, 2020.
  4. ^ Hurt, H. H., Jr. (January 1965) [1960]. Aerodynamics for Naval Aviators. U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Navy, Aviation Training Division. p. 315. NAVWEPS 00-80T-80.
  5. ^ Hurt, H. H., Jr. (January 1965) [1960]. Aerodynamics for Naval Aviators. U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Navy, Aviation Training Division. p. 315. NAVWEPS 00-80T-80.
  6. ^ "DTIC ADA170960: USAF Test Pilot School. Flying Qualities Textbook, Volume 2 Part 2". Defense Technical Information Center. April 1, 1986. p. 9.1. Retrieved December 10, 2020.
  7. ^ 항공기 안정성 및 제어 - 제2판, Abzug 및 Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6, 페이지 109
  8. ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf 페이지 1
  9. ^ Hurt, H. H., Jr. (January 1965) [1960]. Aerodynamics for Naval Aviators. U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Navy, Aviation Training Division. p. 319. NAVWEPS 00-80T-80.
  10. ^ Hurt, H. H., Jr. (January 1965) [1960]. Aerodynamics for Naval Aviators. U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Navy, Aviation Training Division. p. 316. NAVWEPS 00-80T-80.
  11. ^ a b William H Phillips (June 1948). "Effect of Steady Rolling on Longitudinal and Directional Stability" (PDF). National Advisory Committee for Aeronautics. p. 2. Retrieved December 10, 2020.
  12. ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf 페이지 8
  13. ^ Dr. James Young. "The story of Chuck Yeager's wild ride in the Bell X-1A". chuckyeager.com. Retrieved 8 February 2015.
  14. ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf 페이지 36
  15. ^ https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88484main_H-2106.pdf 페이지 39
  16. ^ 항공기 안정성 및 제어 - 제2판, Abzug 및 Larrabee, Cambridge University Press, ISBN 0-521-02128-6, 페이지.119