Υποσύστημα Aerodynamics

Μεγάλη σημασία για τον αεροδυναμικό σχεδιασμό, πέραν της μελέτης και της ανάλυσης της αεροδυναμικής συμπεριφοράς των μελών ενός αεροχήματος (πτέρυγα, άτρακτος, ουρά), μεμονωμένα και συνολικά, έχει και η μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς του με τη διαστασιολόγηση των επιφανειών ελέγχου. Η μελέτη αυτή πραγματοποιείται από το υποσύστημα ελέγχου της υποομάδας των αεροδυναμικών.

Αναλυτικότερα, οι επιφάνειες ελέγχου χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με τον άξονα περιστροφής που ελέγχουν, και διαμοιράζονται σε διαφορετικά μέλη του αεροχήματος. Αυτές τοποθετούνται στην ακμή φυγής της πτέρυγας ή των ουραίων πτερυγίων. Στην πτέρυγα προστίθενται τα ailerons. Στην τυπική διαμόρφωση ουράς προστίθενται το elevator και το rudder, στο οριζόντιο και στο κατακόρυφο ουραίο πτερύγιο αντίστοιχα.

Τα ailerons είναι το «τιμόνι» του αεροσκάφους. Στοχεύουν στον πλευρικό του έλεγχο, δηλαδή στην περιστροφή γύρω από τον διαμήκη άξονα. Η κίνηση αυτή ονομάζεται, βάσει του όρου-δάνειο από την τεχνολογία της ναυπηγικής, «διατοιχισμός» (roll). Το elevator, ίσως η πιο καθοριστική επιφάνεια ελέγχου, είναι αυτό που ελέγχει τον κατακόρυφο προσανατολισμό του αεροσκάφους. Ο προσανατολισμός αυτός ονομάζεται «πρόνευση» (pitch) και είναι η γωνία που σχηματίζει ο διαμήκης άξονας με το οριζόντιο επίπεδο. Τέλος, το rudder είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο της «εκτροπής» (yaw) του οχήματος, κάτι που το διευκολύνει να ευθυγραμμίζεται ακόμα και υπό την επίδραση πλάγιων ανέμων.

Μιλώντας με μηχανικούς όρους, ο έλεγχος του αεροχήματος αναφέρεται στη ρύθμιση των ροπών που ασκούνται στη διάρκεια των επιμέρους φάσεων της πτήσης. Για να οριστεί σωστά μια ροπή στον χώρο χρειάζεται να οριστούν: αρχικά το σημείο όπου αυτή ασκείται, δεύτερον ο άξονας πάνω στον οποίο διενεργεί, τρίτον η δύναμη από την οποία προκαλείται και τέλος η απόσταση του σημείου άσκησης ροπής από το σημείο άσκησης της δύναμης.

Όσον αφορά τις επιφάνειες ελέγχου, ως σημείο άσκησης ροπής λαμβάνεται το κέντρο βάρους του αεροχήματος, οι άξονες είναι οι x,y,z, και η απόσταση του κέντρου βάρους από τα άλλα σημεία καθορίζονται από την αντίστοιχη κάθε φορά δύναμη. Κάθε επιφάνεια ελέγχου αντιστοιχεί σε διαφορετικό άξονα. Τα ailerons διενεργούν στον άξονα x, ο οποίος ονομάζεται και διαμήκης άξονας του αεροσκάφους, καθώς διατρέχει το μήκος της ατράκτου. Το elevator διενεργεί στον άξονα y, ή αλλιώς εγκάρσιο άξονα, ο οποίος είναι ο άξονας που διατρέχει το μήκος της πτέρυγας. Και τέλος, ο άξονας για τον οποίο είναι υπεύθυνο το rudder είναι ο άξονας z, ή αλλιώς κατακόρυφος.

Ο έλεγχος των ροπών του αεροσκάφους επιτυγχάνεται με την κατάλληλη εκτροπή (deflection) των επιφανειών ελέγχου. Η θέση της εκτροπής ρυθμίζει το μέγεθος της δύναμης που παράγεται στην εκάστοτε επιφάνεια, και ως εκ τούτου ρυθμίζεται και η αντίστοιχη ροπή. Ο τελικός σκοπός του ελέγχου είναι να πετύχει την κατάλληλη ρύθμιση των ροπών του αεροχήματος ώστε να ελέγξει τον προσανατολισμό του. Συγκεκριμένα, όταν το αεροσκάφος εκτελεί ισοταχή οριζόντια πτήση (cruise), οι συνολικές ροπές ως προς τους τρεις άξονες πρέπει να είναι μηδενικές. Η θέση των επιφανειών ελέγχου που το πετυχαίνει αυτό ονομάζεται ισοστάθμιση (trim position).

Η υποομάδα των αεροδυναμικών, μέσω εκτενούς μελέτης, κλήθηκε να κατανοήσει τη λογική της δυναμικής συμπεριφοράς που προσφέρουν τέτοιες επιφάνειες. Με στοχευμένη αναζήτηση στην βιβλιογραφία, δημιούργησαν υπολογιστικά εργαλεία που προβλέπουν τους κατάλληλους συντελεστές ευστάθειας και τις ιδανικές διαστάσεις που θα ταιριάξουν στο νέο αερόχημα που σχεδιάζεται και θα εξυπηρετούν την αποστολή του.

Κατηγορίες: Aeronautics