Mach tuck

Mach tuck är en aerodynamisk effekt där nosen på ett flygplan tenderar att luta nedåt när luftflödet runt vingen når överljudshastigheter . Denna dykningstendens är också känd som tuck under . Flygplanet kommer först att uppleva denna effekt vid betydligt under Mach 1.

Chockvågen ovanför vingen rör sig bakåt när flygplanets hastighet närmar sig Mach 1

Orsaker

Mach tuck orsakas vanligtvis av två saker, en rörelse bakåt av vingens tryckcentrum och en minskning av vingens nedspolningshastighet vid tailplanet , vilka båda orsakar ett ögonblick nedåt. ^{[ citat behövs ]} För en viss flygplansdesign kan endast en av dessa vara signifikant för att orsaka en tendens att dyka, deltavingade flygplan utan förplan eller bakplan i det första fallet och till exempel Lockheed P-38 i det andra fallet . Alternativt kan en viss design inte ha någon betydande tendens, till exempel Fokker F28 Fellowship .

När en aerofoil-genererande hiss rör sig genom luften accelererar luften som strömmar över den övre ytan till en högre lokal hastighet än luften som strömmar över bottenytan. När flygplanets hastighet når sitt kritiska Mach-tal når det accelererade luftflödet lokalt ljudets hastighet och skapar en liten stötvåg, trots att flygplanet fortfarande färdas under ljudets hastighet. Området framför stötvågen genererar hög lyftkraft. När själva flygplanet flyger snabbare blir chockvågen över vingen starkare och rör sig bakåt, vilket skapar ett högt lyft längre bak längs vingen. Denna bakåtgående rörelse av lyft får flygplanet att stoppa eller fälla nosen nedåt.

Svårighetsgraden av Mach tuck på en given design påverkas av tjockleken på aerofoil, svepvinkeln på vingen och placeringen av stjärtplanet i förhållande till huvudvingen. ^{[ ytterligare förklaring behövs ]}

Ett stjärtplan som är placerat längre bak kan ge ett större stabiliserande pitch-up-moment.

Våningen och tjockleken på aerofoil påverkar det kritiska Mach-talet, med en mer krökt övre yta som orsakar ett lägre kritiskt Mach-tal .

På en svept vinge bildas chockvågen vanligtvis först vid vingroten, speciellt om den är mer välvd än vingspetsen . När hastigheten ökar sträcker sig stötvågen och tillhörande lyft utåt och, eftersom vingen svepas, bakåt.

Det föränderliga luftflödet över vingen kan minska nedspolningen över ett konventionellt bakplan, vilket främjar ett starkare nos-down pitching-moment.

Ett annat problem med en separat horisontell stabilisator är att den själv kan uppnå lokalt överljudsflöde med sin egen stötvåg. Detta kan påverka funktionen hos en konventionell hisskontrollyta.

Flygplan utan tillräckligt med hissbehörighet för att bibehålla trim- och flygnivå kan komma in i ett brant, ibland oåterkalleligt dyk. Tills flygplanet är överljud, kan den snabbare toppchockvågen minska auktoriteten hos hissen och horisontella stabilisatorer .

Mach tuck kan eller kanske inte inträffa beroende på flygplanets design. Många moderna flygplan har liten eller ingen effekt.

Återhämtning

Återhämtning är ibland omöjlig i subsoniska flygplan; Men när ett flygplan går ner i lägre, varmare, tätare luft, kan kontrollmyndigheten (vilket betyder förmågan att kontrollera flygplanet) återvända eftersom motståndet tenderar att sakta ner flygplanet medan ljudhastigheten och kontrollmyndigheten båda ökar.

För att förhindra att Mach-stoppet fortskrider bör piloten hålla flyghastigheten under typens kritiska Mach-tal genom att minska dragkraften , dra ut luftbromsarna och om möjligt förlänga landningsstället .

Design egenskaper

Ett antal designtekniker används för att motverka effekterna av Mach-tuck.

På både konventionella stjärtplans- och canard -förplanskonfigurationer kan den horisontella stabilisatorn göras tillräckligt stor och kraftfull för att korrigera de stora trimförändringarna som är förknippade med Mach-tuck. I stället för den konventionella hisskontrollytan kan hela stabilisatorn göras rörlig eller "allflygande", ibland kallad en stabilator . Detta ökar både stabilisatorns auktoritet över ett bredare intervall av flygplansstigning, men undviker också de kontrollerbarhetsproblem som är förknippade med en separat hiss.

Flygplan som flyger överljud under långa perioder, som Concorde , kan kompensera för Mach tuck genom att flytta bränsle mellan tankar i flygkroppen för att ändra positionen för masscentrum för att matcha den ändrade platsen för tryckcentrum, och därigenom minimera mängden av aerodynamisk trim krävs.

En Mach-trimmer är en anordning som varierar pitch-trimmen automatiskt som en funktion av Mach-talet för att motverka Mach-tuck och bibehålla nivåflyg.

Historia

P -38 Lightning gav Lockheeds ingenjörer en hel del problem med den första designen, eftersom det var så snabbt att det var det första amerikanska flygplanet som upplevde kompressibilitet och Mach-tuck.

De snabbaste jaktplanen från andra världskriget var det första flygplanet som upplevde Mach-tuck. Deras vingar var inte designade för att motverka Mach-tuck eftersom forskningen på överljudsprofiler bara hade börjat; områden med överljudsflöde, tillsammans med stötvågor och flödesseparation, fanns på vingen. Detta tillstånd var känt vid den tiden som kompressibilitetsburble och var känt för att existera på propellerspetsar vid höga flygplanshastigheter.

P -38 var den första 400 mph fighter, och den led mer än de vanliga barnsjukdomarna. Den hade en tjock, höglyftande vinge, distinkta dubbla bommar och en enda central gondol som innehöll sittbrunnen och beväpningen. Den accelererade snabbt till sluthastighet under ett dyk. Den korta stubbiga flygkroppen hade en skadlig effekt för att reducera det kritiska Mach-talet för den 15 % tjocka vingens mittsektion med höga hastigheter över kapellet och ökade hastigheterna på den övre ytan av vingen. Mach tuck inträffade vid hastigheter över Mach 0,65; luftflödet över vingens mittsektion blev transoniskt , vilket orsakade en förlust av lyftkraft. Den resulterande förändringen i nedspolning vid svansen orsakade ett nose-down pitching-moment och dyket blev brantare (Mach tuck). Flygplanet var mycket stabilt i detta tillstånd, vilket gjorde det mycket svårt att återhämta sig från dyket.

Dykåterställningsflikar (hjälp) lades till på undersidan av vingen (P-38J-LO) för att öka vinglyftet och nedspolningen vid svansen för att möjliggöra återhämtning från transoniska dyk.

Den här artikeln innehåller material som är allmän egendom från Airplane Flying Handbook . USA:s regering . Den här artikeln innehåller material som är allmän egendom från Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge . USA:s regering .