Pitching Moment - Pitching moment

Das Nickmoment ändert den Nickwinkel
Ein Diagramm, das den Nickmomentkoeffizienten in Bezug auf den Anstellwinkel zeigt . Die negative Steigung für positives α zeigt die Stabilität der Tonhöhe an.

In der Aerodynamik ist das Nickmoment auf einem Schaufelblatt das Moment (oder Drehmoment ), das durch die aerodynamische Kraft auf das Schaufelblatt erzeugt wird, wenn angenommen wird, dass diese aerodynamische Kraft nicht im Druckzentrum , sondern im aerodynamischen Zentrum des Schaufelblatts angewendet wird . Das Nickmoment am Flügel eines Flugzeugs ist Teil des Gesamtmoments, das mit dem Auftrieb am Horizontalstabilisator ausgeglichen werden muss . Allgemeiner ist ein Nickmoment jedes Moment, das auf die Nickachse eines sich bewegenden Körpers wirkt .

Der Auftrieb auf einem Schaufelblatt ist eine verteilte Kraft, von der gesagt werden kann, dass sie an einem Punkt wirkt, der als Druckmittelpunkt bezeichnet wird. Wenn sich jedoch der Anstellwinkel auf einem gewölbten Schaufelblatt ändert , bewegt sich das Druckzentrum vorwärts und rückwärts. Dies erschwert die Analyse, wenn versucht wird, das Konzept des Druckzentrums zu verwenden. Eine der bemerkenswerten Eigenschaften eines gewölbten Tragflügels ist, dass sich das Moment der Auftriebskraft proportional zum Quadrat ändert , obwohl sich das Druckzentrum vorwärts und rückwärts bewegt, wenn man sich vorstellt, dass der Auftrieb an einem Punkt wirkt, der als aerodynamisches Zentrum bezeichnet wird der Fluggeschwindigkeit. Wenn das Moment durch den dynamischen Druck , die Fläche und die Sehne des Schaufelblatts geteilt wird, wird das Ergebnis als Nickmomentkoeffizient bezeichnet. Dieser Koeffizient ändert sich nur geringfügig über den Betriebsbereich des Anstellwinkels des Tragflügels, aber die in der folgenden Abbildung gezeigte Änderung der Momentneigung gegenüber der AOA scheint sehr steil zu sein, so dass sich das Nickmoment des Flügels eher um CG als um AC ändern sollte . Die Kombination der beiden Konzepte des aerodynamischen Zentrums und des Nickmomentkoeffizienten macht es relativ einfach, einige der Flugeigenschaften eines Flugzeugs zu analysieren.

Messung

Das aerodynamische Zentrum eines Schaufelblatts liegt normalerweise nahe bei 25% der Sehne hinter der Vorderkante des Schaufelblatts. Wenn bei Tests an einem Modellprofil, beispielsweise in einem Windkanal, der Kraftsensor nicht auf die Viertelsehne des Tragflügels ausgerichtet, sondern um einen Abstand x versetzt ist, beträgt das Nickmoment um den Viertelsehnenpunkt gegeben durch

Dabei sind die angegebenen Werte für D und L der vom Kraftsensor gemessene Luftwiderstand am Modell.

Koeffizient

Der Nickmomentkoeffizient ist wichtig für die Untersuchung der statischen Längsstabilität von Flugzeugen und Flugkörpern.

Der Nickmomentkoeffizient ist wie folgt definiert

Dabei ist M das Nickmoment, q der dynamische Druck , S die Flügelfläche und c die Länge der Sehne des Schaufelblatts. ist ein dimensionsloser Koeffizient, daher müssen konsistente Einheiten für M , q , S und c verwendet werden .

Der Nickmomentkoeffizient ist für die Definition des aerodynamischen Zentrums eines Tragflügels von grundlegender Bedeutung . Das aerodynamische Zentrum ist definiert als der Punkt auf der Sehnenlinie des Schaufelblatts, an dem der Nickmomentkoeffizient nicht mit dem Anstellwinkel oder zumindest nicht signifikant über den Betriebsbereich des Anstellwinkels des Schaufelblatts variiert.

Bei einem symmetrischen Schaufelblatt wirkt die Auftriebskraft für alle Anstellwinkel um einen Punkt, und der Druckmittelpunkt bewegt sich nicht wie bei einem gewölbten Schaufelblatt. Folglich ist der Nickmomentkoeffizient um diesen Punkt für ein symmetrisches Strömungsprofil Null.

Das Nickmoment wird üblicherweise als positiv angesehen, wenn es das Flügelprofil in Richtung der Nase nach oben neigt. Herkömmliche gewölbte Tragflächen, die am aerodynamischen Zentrum mit der Nase nach unten abgestützt sind, so dass der Nickmomentkoeffizient dieser Tragflächen negativ ist.

Verweise

  • LJ Clancy (1975), Aerodynamik , Pitman Publishing Limited, London, ISBN   0-273-01120-0
  • Piercy, NAV (1943) Aerodynamics , Seiten 384–386, English Universities Press. London
  • Stabilität bei niedriger Geschwindigkeit Abgerufen am 18.07.2008

Anmerkungen

  1. ^ Clancy, LJ, Aerodynamik , Abschnitt 5.3
  2. ^ a b Clancy, LJ, Aerodynamik , Abschnitt 5.10
  3. ^ Clancy, LJ, Aerodynamik , Abschnitt 5.4
  4. ^ Ira H. Abbott und Albert E. Von Doenhoff (1959), Theorie der Flügelabschnitte, Dover Publications Inc., New York SBN 486-60586-8

Siehe auch

Mnemonik zum Speichern von Winkelnamen