在飞行器中用来指示转弯方向、转弯快慢及侧滑方向、侧滑程度的
组合仪表称为转弯侧滑仪,由转弯仪和侧滑仪两部分组成。
侧滑仪简介
在飞行器中用来指示转弯方向、转弯快慢及侧滑方向、
侧滑程度的
组合仪表称为转弯侧滑仪。
转弯侧滑仪是由转弯仪和侧滑仪两个独立的仪器组合而成。由于转弯仪和侧滑仪的综合指示,对于驾驶员保持飞机平直飞行和作无侧滑的
协调转弯具有重要作用,因此常把它们组装在一起。
转弯仪是一种陀螺仪表。指针偏转的方向,表示飞机转弯的方向,指示偏转角的大小,表示飞机转弯角速度的大小。侧滑仪由一个弯曲玻璃管和一个小黑球组成。当飞机平飞时,小球受重力的作用,停在管子的中央。飞机转弯时若无侧滑,由于没有侧向力作用,小球仍保持在管子的中央。若转弯动作不正确,发生侧滑,就产生侧向力,使小球滚向玻璃管的一端。所以,从小球偏离管中央位置的距离和方向,可以看出飞机侧滑的程度和方向。
典型的转弯侧滑仪的盘面如图1所示。图中,指针和刻度盘属于转弯仪,小球和玻璃管属于侧滑仪。
转弯仪的刻度盘左右各分三格,在最大刻度上标有“45”的字样。转弯角速度为零时,指针垂直向上,指在刻度中央;当飞机转弯时,指针向转弯的方向偏转。
刻度盘上还刻有“500公里/小时”几个字,它表示当飞机以500公里/小时的真空速做协调转弯时,指针所指的刻度数值,就是飞机当时的坡度。所谓协调转弯,就是无侧滑的转弯,即飞机在水平面内做等速圆周运动。例如,当飞机以500公里/小时真空速向右做协调转弯,指针正好指在右45的刻度上,则表示飞机向右倾斜(即右坡度)45°,此时的转弯角速度数值为45°/秒。
转弯仪
转弯仪是用来指示飞机转弯(或盘旋)的方向,并粗略反映转弯的快慢程度,有的转弯仪还能用来指示飞机在某一真空速时无侧滑转弯的倾斜角(坡度)。
转弯仪的基本组成如图2,它由单自由度陀螺、平衡弹簧、空气阻尼器和指示机构等组成。陀螺的自转轴与飞机横轴平行,自转角速度矢量指向左机翼,内框轴与飞机的纵轴平行,测量轴与飞机立轴平行。
指示转弯方向
转弯仪是利用单自由度陀螺
进动性工作的。当飞机直线飞行时,内框在平衡弹簧作用下,稳定在初始位置,指针指在刻度盘中央,表示飞机没有转弯。
当飞机以一定的角速度向左转弯时,转弯角速度矢量向上。由于自转角速度矢量指向左机翼,所以内框顺时针进动,直到引起进动的力矩(这个力矩称为陀螺力矩)与平衡弹簧的反作用力矩相等为止。内框的转角通过拨杆传送机构传给指针,使指针偏向左方,表示飞机正在向左转弯。转弯停止后,陀螺力矩消失,内框在平衡弹簧作用下回到初始位置,指针指在刻度盘中央。
当飞机向右转弯时,内框反时针进动,带动指针向右偏离刻度盘中央,表示飞机正在向右转弯。
指示转弯快慢
如果飞机以恒定的角速度转弯,引起陀螺进动的力矩是恒定的,内框转角和指针偏转角也一定。飞机转弯角速度越大,引起陀螺进动的力矩也越大。因此内框转角和指针的偏转角也越大。这样,转弯仪也就可以反映飞机转弯的快慢程度。
转弯仪的内框转角不仅与飞机转弯角速度有关,而且还和飞机倾斜角有关。一般情况,飞机的倾斜角不是固定不变的,因此转弯仪只能粗略反映飞机转弯的快慢程度。
还有一种转弯仪,它的陀螺自转轴与飞机纵轴平行,内框轴与飞机横轴平行。由于这种转弯仪受飞机倾斜角影响更大,所以用得不多。
指示飞机无侧滑转弯时的倾斜角
有些转弯仪,除了能指示飞机的转弯方向以外,还能在一定条件下指示飞机的倾斜角。因此,这样的转弯仪还可以辅助地平仪指示飞机倾斜角。
飞机转弯时为了不使飞机发生侧滑,在飞行速度一定的条件下,飞机的转弯角速度越大,倾斜角也越大。可见,在飞机速度一定的条件下,飞机无侧滑转弯时的倾斜角,取决于转弯角速度。这样,测量飞机的角速度,就可以表示飞机的倾斜角。
这就说明,当飞机的飞行速度(真空速)一定时,陀螺内框转角只取决于飞机无侧滑转弯时的倾斜角。飞机作无侧滑转弯时的倾斜角越大,内框和指针转角也越大;反之,倾斜角越小,内框和指针转角也越小。
侧滑仪
飞行中,空速矢量与飞机对称面不平行的飞行状态,称为侧滑。空速矢量与飞机对称面之间的夹角称为侧滑角。飞机转弯时,空速矢量偏向转弯内侧叫内侧滑;偏向转弯外侧叫外侧滑。直线飞行时,空速矢量偏向对称面左侧叫左侧滑;偏向对称面右侧叫右侧滑。
侧滑仪是用来指示飞机有无侧滑和侧滑方向的仪表,常与转弯仪配合,供驾驶员操纵飞机协调转弯。
基本结构
侧滑仪由小球、玻璃管和阻尼液等组成。小球是敏感元件,相当于单摆的摆锤,能在玻璃管中自由滚动。玻璃管的曲率半径相当于摆长。阻尼液对小球起阻尼作用。玻璃管的一端有很小的膨胀室,以便阻尼液因温度升高,容积增大时占用。
工作原理
飞机在原来没有横向运动的情况下,只要在转弯时保持沿横轴方向的合力为零,就不会发生横向运动,即不会发生侧滑。
飞机作无侧滑转弯时,沿横轴方向的作用力有
惯性离心力在横轴方向的分力和重力在横轴方向上的分力,这两个分力的方向是相反的。因此,只要这两个分力大小相等,其合力便基本上等于零(忽略方向舵偏转后产生的空气动力、螺旋桨扭转气流作用力等),飞机不会侧滑;反之,若这两个分力大小不等其横向合力便不等于零,飞机就会发生侧滑。因此,测量飞机转弯时的横向合力,便可知道飞机的侧滑情况。
直接测量飞机飞行时的受力状况是比较困难的。如果我们在飞机上悬挂一个单摆,在飞行时,摆锤可以模拟飞机的受力状况,摆锤的位移就反映了飞机的侧滑。侧滑仪就是利用单摆模拟飞机承受的横向合力,根据摆锤在横向合力作用下的运动状态指示飞机的侧滑。下面具体分析飞机飞行时,侧滑仪的工作情况。
直线飞行
飞机平直飞行时,侧滑仪的小球受重力作用,停在玻璃管中央的两条标线中间。
飞机带坡度产生侧滑时,重力使小球偏离中央。飞机左侧滑,小球偏向左边;飞机右侧滑,小球偏向右边。
转弯飞行
当飞机以角速度作无侧滑转弯时,飞机的立轴相对于地垂线倾斜了角。此时,作用在飞机上的横向合力为零,飞机没有侧滑。由于侧滑仪的玻璃管也跟着飞机倾斜了角,作用在小球上的横向合力(沿玻璃管的切线方向)也等于零,故小球处在玻璃管中央,表示飞机没有侧滑。
若飞机转弯时的倾斜角过小或转弯角速度过大,则在横向合力作用下,飞机要发生外侧滑。此时,作用在小球上的横向合力大于零,小球在横向合力作用下偏离玻璃管中央向右(外)侧运动。由于玻璃管是弯曲的,所以随着小球向右(外)运动,作用在小球上的惯性力离心力分力和重力分力都要改变。惯性力离心力分力不断减小,重力分力不断增大。当这两个分力相等时,小球停止运动。
反之,若飞机发生内侧滑,作用在小球上的横向合力小于零,使小球偏离玻璃管中央而向左(内)侧运动。若飞机横向合力越大,侧滑越严重;小球横向合力越大,则偏离中央位置越远。因此,小球偏离中央位置的方向和距离,可以表示飞机侧滑的方向和严重程度。
综上所述,如果飞机转弯时,横向合力等于零,小球便停在玻璃管中央,表示无侧滑;横向合力大于零,小球便偏向玻璃管外侧,表示外侧滑;横向合力小于零,小球便偏向玻璃管内侧,表示内侧滑。横向合力越大,小球偏离中央位置越远,表示侧滑越严重。