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模型航空機の空力性能:DC-6B

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航空機を3次元で運用するためには、その姿勢や向きを3次元で制御できる必要があります。したがって、航空機の位置とそれに加えられた変更を記述する 3 つの主軸を定義します。これらの 3 つの軸の原点は、航空機の重心(質量の平均位置)にあります。

ヨー軸は航空機の翼に垂直で、左右に動きを表します。ピッチ軸は翼に平行に向き、ヨー軸に垂直です。ピッチモーションは、鼻の上下の動きです。最後に、ロール軸は航空機の長さを実行し、翼の垂直方向の動きを記述します。

航空機がこれらの方向の位置を変更する時の空気力学的特性を評価するために、揚力、ドラッグ、モーメントを記述するいくつかの異なる係数を測定できます。リフト係数とドラッグ係数は、リフトとドラッグの形状と流れの複雑な効果をモデル化できる無次元の値です。

リフト係数とドラッグ係数は、L と D がリフトとドラッグ、S が航空機モデルの参照領域である図に示すように定義されます。Rho と V は、フリー ストリームの密度と速度です。動的圧力qに対して2対2のローVを単純化することができます。

同様に、エンジニアは、ピッチモーメントと呼ばれるピッチ軸方向に航空機の力によって生成されるトルクを記述する無次元値であるピッチングモーメント係数を測定します。

リフト係数とドラッグ係数と同様に、ピッチモーメント係数は示すように定義され、Mはピッチングモーメント、qは動的圧力、SおよびCは航空機の基準面積と基準長です。

最後に、ヨー軸の方向に発生するトルクを表すヨーモーメント係数を測定できます。この係数は、N がヨーモーメントであり、B が航空機の翼スパンである場合に示すように定義されます。

エンジニアは、これらの係数を使用して航空機の性能と安定性を調べています。安定性誘導体は、ピッチまたはヨー角度に対して撮影され、航空機が安定しているか不安定かを示します。

たとえば、攻撃角度であるアルファが突風によって突然増加した場合、航空機の応答によってその安定性が決定されます。攻撃の角度が無限に増加し続ける場合、航空機は不安定です。これは、良好な安定性誘導体によって示され、投げモーメント係数がαとともに増加し続けることを示す。

ヨー角ベータに関する方向性の不安定性についても同じことが言えますが、これは負の安定性係数を与えます。攻撃角度またはヨー角度が初期値に戻った場合、航空機は安定していると言われます。これは、不安定な条件とは反対の安定性誘導体に反映されます。

この実験では、異なるピッチとヨー角度で気流にさらされるモデル航空機を調べ、尾翼の有無にかかわらず安定性と性能を決定します。

この実験では、異なるピッチとヨー角度で気流にさらされるモデル航空機を調べ、尾翼の有無にかかわらず安定性と性能を決定します。

この実験では、攻撃角度(ピッチ角度とも呼ばれる)とヨー角度を外部に制御する力バランスを持つ空力風洞を使用する必要があります。また、支柱を使用してフォースバランスに取り付けるDC-6B航空機モデルも必要です。

まず、外部バランスをロックし、支柱の効果を単独で分析するために支柱をバランスに取り付け、航空機の測定値から差し引くことができます。ヨーモーターノブを調整して、ヨー角度を0に設定します。

次に、コンピュータの電源を入れ、外力バランスのデータ取得システムをオンにします。テストの前にシステムが30分間ウォームアップできるようにします。

システムがウォームアップされたら、データ取得ソフトウェアを開きます。部屋の圧力と温度を読み、ノートブックにこれらの値を記録します。水銀気圧計に付随する気圧スプレッドシートを使用して、気圧を補正します。

次に、テストセクションと風洞に破片や緩い部品がないことを確認します。次に、テスト セクションのドアを閉じます。外部残高のロックを解除します。次に、風洞速度ダイヤルを 0 に設定します。風洞と風洞冷却システムをオンにします。風速 0 でバランスフォースとモーメントを記録します。

ヨーコントロールを使用して、ヨー角度を5°に調整します。その後、バランスの力とモーメントを 0 風速で再び記録します。10°とゼロ風速のヨー角度でこれらの測定をもう一度繰り返します。次に、ヨーの角度を 0 に戻し、動的圧力を 7 インチの水に設定します。その後、バランスの力とモーメントをもう一度記録します。

次に、ヨーの角度を 5°に設定し、必要に応じて動的圧力を 7 インチの水に戻し、バランスの力とモーメントを記録します。10°のヨー角で同じ測定を繰り返し、必要に応じて動的圧力を7インチの水にリセットします。測定値が記録された後、ヨー角度をゼロに戻し、風洞をオフにします。

モデルDC-6B飛行機のキャリブレーションを開始するには、まず外部バランスをロックし、テストセクションを開きます。次に、尾をオンにした DC-6B モデルを取り付けます。電子レベルを使用してピッチ角度を調整し、必要に応じてゼロに調整します。

テストセクションのドアを閉じた後、外部バランスのロックを解除し、ノーズダウンボタンを押してピッチ角度を-6°に設定します。次に、風洞をオフにしたバランスフォースとモーメントを記録し、モデルの重量を考慮するために必要な補正を取得します。

ピッチ角度を-4°に変更し、前と同じように力と瞬間の測定を繰り返します。2°刻みで10°までの攻撃の角度のためのテストを行います。次に、ピッチ角度をゼロに戻します。ヨー角0,5,10°についても同じテストを行います。すべての角度をテストしたら、外部バランスをロックし、テストセクションを開き、DC-6Bモデルテールを取り外します。

次にテールコーンを取り付け、風洞をオフにしてモデル重量の寄与度を測定します。次に、テストセクションを閉じ、ヨー角度をゼロに設定し、前と同様に-6から10°のすべてのピッチ角度の力と瞬間の測定値を記録します。

これらの測定が完了したら、3つのヨー角度のピッチ角度0で再度テストを繰り返します。完了したら、外部残高をロックします。

次に、ゼロ以外の風速で実験を実行します。まず、試験部で破片や緩んだ部品を確認します。次に、テスト セクションのドアを閉じます。

次に、ピッチ角度をゼロに設定し、外部バランスのロックを解除します。風洞速度ダイヤルをゼロに設定し、風洞をオンにします。空気の流れをオンにする前に、バランスの力と瞬間を記録します。次に、7 インチの水に等しい動的圧力で気流をオンにします。次に、ピッチ角度を -6°に設定し、この設定のバランスフォースとモーメントを記録する前に、必要に応じて 7 インチの水にダイナミック 圧力を調整します。

キャリブレーションステップでテストした各ピッチ角度の測定を繰り返します。その後、ピッチとヨーの角度をゼロに戻します。必要に応じて再び動的圧力を調整し、バランスフォースとモーメントを記録します。前と同様に、キャリブレーション中にテストされたヨー角度の測定を繰り返します。

すべての測定が行われたら、ゆっくりと対気速度をゼロに下げます。次に、外部残高をロックし、テストセクションを開きます。DC-6B テールコーンを取り外し、完全なテールを取り付けます。次に、テストセクションを閉じ、7インチの水の風洞動的圧力で以前にテストされたすべてのピッチ角度とヨー角度の測定を繰り返します。

今回の実験では、従来の機体尾翼と尾翼を取り外した2つの構成で、DC-6B機モデルの性能と安定性特性を得た。

コンフィギュレーションごとに、モデルをオフにしてフォースを減算し、モデルをオフにして風をオンにしてフォースから離れて、支柱の重量を除去するように測定された力を調整します。

次に、モデルをオンにしてフォースを差し引き、モデルをオンにして風をオンにしてフォースから離すことによって、モデルのウェイトの効果を除去します。次に、モデルのウェイト調整力から支柱のウェイト調整力を減算して、支柱の空力効果を除去します。

これらの調整力を使用して、これらの方程式を使用してリフト係数とドラッグ係数を計算できます。ここで、Lはリフトであり、Dはドラッグであり、実験で測定した。S はモデル参照領域で、q は動的圧力です。

リフト係数をピッチ角度に対してプロットすると、航空機の尾部が最大揚力を増加させることがわかりますが、尾部もドラッグを増加させます。次に、投球モーメント係数を見てみましょう。投球の瞬間Mを実験で測定した。

次に、ピッチモーメント係数をピッチ角度に対してプロットします。攻撃角度の増加に伴ってピッチモーメントが増加すると、水平方向に戻ることができないため、航空機は不安定になります。しかし、攻撃の角度が増えるにつれてピッチモーメントが減少した場合、ピッチモーメントはピッチ角度が無限に増加または減少するのを防ぐために作用します。したがって、航空機のより多くの安定性を確保します。

テールオフ構成の場合、ピッチ角度の増加に伴ってピッチ係数が増加し、この構成で航空機が不安定であることを示します。一方、構成上の尾部は逆の動作を示し、ピッチ角度が大きくなるにつれてピッチ係数が減少し、尾部が航空機に安定性を追加することを示します。

同様に、ヨーモーメント係数を計算します。ヨーモーメントNは、我々の実験で測定された。ここでは、ヨーモーメント係数とヨー角度のプロットを示します。

方向安定性のために、正のサイドスリップ角度ベータは、航空機の機首が動きの方向の左を指し、ベータが負の場合は右を指していることを意味します。ヨーモーメント係数は右に正、左に負です。

ただし、ベータが増加するにつれてヨーモーメントが減少すると、テールオフ構成の場合と同様に、航空機はベータ版のゼロ位置に戻る傾向が見えず、不安定です。したがって、安定性を実現するためには、性能の低下が生じても、航空機の尾翼が必要であると結論付けることができます。

要約すると、航空機の空力特性が揚力係数、ドラッグ係数、モーメント係数によってどのように記述されるかを学びました。その後、風洞内のモデルDC-6B飛行機が経験する空力力を測定し、飛行性能と安定性を分析しました。

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