Stabilitatea unui aerodină este capacitatea sa de a reveni la starea inițială de echilibru atunci când acesta a fost îndepărtat de la ea.
Stabilitatea unui aerodin este capacitatea sa de a reveni la starea inițială (sau starea de echilibru) atunci când această stare inițială a fost modificată de pilot sau de un agent extern (ridicare, turbulență ):
Revenirea la echilibrul inițial necesită asigurarea unui moment , adică o forță care acționează cu un braț de pârghie (după modelul stabilizării săgeții și săgeții de arc):
Este stabilitatea mișcărilor unui avion în planul său de simetrie (plan vertical axial). Stabilitatea pasului este capacitatea avionului de a-și menține unghiul de atac pentru o viteză dată (unghiul de atac se referă la unghiul dintre axa avionului și vântul relativ).
Indiferent de configurația suprafețelor lagărului (clasic sau tandem), stabilitatea pasului este asigurată de:
Este stabilitatea unui avion în mișcare în afara planului său de simetrie (plan vertical axial). Există apoi trei tipuri de mișcări: rotația girației, rotația rolei, translația laterală.
Unitatea coadă fiind plasată în spate prin definiție:
Când o mișcare a masei de aer modifică poziția avionului, putem avea două tipuri de corecții:
În condiții turbulente, cu cât aeronava este mai stabilă (stabilitate pasivă), cu atât reacționează mai mult la perturbări și este mai puțin confortabilă. Pe avioanele de transport comercial, cum ar fi Airbus-urile , stabilizarea activă este un element esențial al confortului în zbor.
Stabilizarea pasului pasului induce o tracțiune suplimentară cunoscută sub numele de „tracțiune de echilibrare”. Centrul de greutate (CG) fiind în fața centrului de ridicare, coada este spoiler (împinge în jos). Acest lucru mărește tracțiunea indusă (de ridicare) a aripii, deoarece aceasta trebuie să compenseze această forță de forță în plus față de greutatea aeronavei. De asemenea, această aripă trebuie să fie ceva mai mare, mai grea etc. .
Stabilizarea activă a pasului permite deplasarea centrului de greutate înapoi, stabilizatorul putând fi ușor portant în zbor. Pe aeronava A310-300 echipată cu un rezervor spate (plasat în stabilizatorul orizontal), reculul CG în zbor și combustibilul suplimentar fac posibilă mărirea autonomiei cu 16% comparativ cu modelul non-A310-200. cu rezervor spate.
Aeronava de luptă sau aerobatics sunt proiectate pentru a fi foarte instabilă (puțin sau deloc stabilitate pasivă), care crește capacitățile lor de manevră în evoluție (stabilizare pasivă s - ar opune evoluției comenzilor pilot). Ca urmare, aceste aerodine trebuie stabilizate în mod activ (pentru croazieră).
Stabilitatea pasului și menținerea altitudinii sunt asigurate de diferențialul în pante de ridicare și poziționarea verticală a celor două suprafețe.
Stabilitatea pasului este asigurată de diferența dintre pante de ridicare a celor două suprafețe, obținută prin diferența de încărcare a aripilor , raportul de aspect efectiv, profilul utilizat și numărul Reynolds al celor două planuri de rulment.
Stabilitatea falcii este asigurată cel mai adesea de aripioare plasate la capătul aripii sau ( aripi ). Pentru a obține o pârghie suficientă (panourile din spate), aripa este de obicei măturată.
Poziția de retragere în general a elicei este un element stabilizator în pas și gălăgie.
Stabilitatea pasului este asigurată de alegerea unui profil portant nedestabilizant (cu un coeficient de moment de pas pozitiv Cm ). Zborul la viteza supersonică modifică momentul de înălțime al aripii: Concorde și-a variat centrul de greutate în zbor.
Stabilitatea falcii este asigurată în mod convențional de aripă .
Stabilitatea pasivă a ghemului este asigurată în general de vârfurile aripilor. Când aceste drifturi sunt îndepărtate (pentru a reduce semnătura radarului), stabilitatea ghemului este obținută prin stabilitate activă (artificială): tracțiunea diferențială a frânei de aer (AF) sau forța diferențială dacă viteza este prea mică pentru AF sunt eficiente.
Stabilitatea rulării pe rând depinde de cuplajul cu stabilitatea ghemului. Tracțiunea diferențială a eleronelor la intrarea într-o viraj este însoțită de un moment de falcă inversă, care este dificil de compensat de stabilitatea slabă din fală. Este de dorit să se obțină rola cu sisteme care nu generează falcă inversă ( spoiler ).
Stabilitatea pasului este redusă prin absența unei cozi. Profilele portante obișnuite au un coeficient de moment de pas negativ destabilizator, care trebuie apoi echilibrat prin:
Deoarece stabilitățile pe toate axele sunt scăzute, este deosebit de necesar să se limiteze efectele destabilizatoare ale propulsiei în pas și gălăgie (efecte de explozie, decalaj vertical între axa de tracțiune și centrul de tracțiune, asimetrie în cazul unui motor lateral).
Elicopterul este instabil în smoală și rola, dar inerția înalte ale maselor în rotație ( rotor principal , rotorul cozii) și prezența stabilizării suprafețelor ( nămeți de profunzime și de direcție ) face ca această instabilitate (diferența de viteză) suficient de scăzută pentru a fi compatibile cu pilotaj.
În gălăgie și pas, dirijabilele pot fi stabilizate pasiv prin instalarea unei unități de coadă cu o suprafață suficientă, aceasta din urmă retrăgând suficient centrele de ridicare din spatele centrului de masă (după modelul săgeții sau săgeții de arc). Cu toate acestea, experiența arată că adăugarea unei anumite stabilități „active” (controlată de pilot prin cârmele cozii) permite o reducere a suprafețelor acestei unități de coadă (și, prin urmare, a rezistenței la frecare și a greutății.).
Stabilitatea rachetelor, în partea atmosferică a traiectoriei lor, este asigurată fie pasiv de o coadă de mărime suficientă (pe modelul săgeții de arc sau săgeți - această soluție fiind în general cea a rachetelor amatorice), fie activ, prin orientarea tracțiunii motorului.
Capsulele spațiale echipate, în traseul lor de zbor de întoarcere, trebuie să fie suficient de stabile, altfel echipajul lor (deja supus unei decelerări foarte puternice) va fi ucis prin rulare în toate direcțiile. Stabilitatea lor este în general pasivă (încă pe modelul săgeții de arc sau săgeți), centrul lor de ridicare fiind suficient de în spatele centrului lor de masă. Pe prima navă spațială cu echipaj din istoria omenirii, Vostok 1 sferic al lui Yuri Gagarin , centrul de ridicare se afla la centrul geometric al sferei: a fost, prin urmare, centrul maselor care a fost deportat înainte prin poziționarea celor mai grele tehnici. componente. Pe capsulele ulterioare ( Mercur , Apollo și actualul Soyuz ), utilizarea unui scut termic cu capac sferic își mută puternic centrul de ridicare în spatele navei (centrul de ridicare al unui capac sferic fiind centrul său geometric)., Adică centrul sferei complete). Pot fi folosite și scuturi termice cu conul bont (ca pe nava fără pilot Stardust ).
În anumite puncte ale traseului său atmosferic de întoarcere, naveta spațială americană a fost pasiv instabilă și, prin urmare, a trebuit să fie pilotată activ de motoare cu rachete cu atitudine mică.
Când se declanșează procedura de salvare (această procedură vizează evacuarea echipajului unei rachete de sus, folosind un turn de salvare în caz de pericol de explozie a rachetei menționate), anumite nave spațiale (capsulă, plus compartimentul de mașini și instrumente) se întâmplă să fie pasiv instabil, precum pachetul de salvare Soyuz. Acest lucru se desfășoară apoi în spatele său, patru panouri celulare adecvate pentru stabilizarea acestuia (panouri vizibile - pliate - în imaginea opusă).
Exemplul stabilității capsulelor Apollo (sau a altora) în timpul reintrării lor atmosferice este ușor de înțeles dacă considerăm că rezultanta forțelor de presiune exercitate asupra scutului lor termic (sub forma unui capac sferic) este în mod necesar la centrul geometric a capacului sferic menționat (adică centrul sferei complete). Acest centru de ridicare fiind în mod clar în spatele centrului de masă, stabilitatea mașinii este ușor de dobândit. Acest lucru poate fi ușor experimentat prin observarea căderii unui capac sferic din spumă de polistiren (posibil o emisferă) sau chiar a unei umbrele a cărei pânză adoptă o formă destul de apropiată de un capac sferic (prin abandonarea acestuia la gravitație).
La fel, este ușor să faceți conuri de hârtie suficient de deschise (după modelul pălăriilor chinezești) pentru a verifica stabilitatea căderii lor.
Videoclipul vizual arată că o umbrelă (a cărei formă este apropiată de un capac sferic) este stabilă într-un vânt puternic atunci când este articulată aproape la capătul mânerului (benzile de țesătură indică direcția vântului local) (vezi această fotografie a experimentului ). Ne-am putea aștepta ca această umbrelă să se întoarcă ca o parașută, dar centrul său de ridicare fiind ușor în spatele axei de rotație, este, dimpotrivă, foarte stabil în această poziție „aripă în față” ...
Una dintre neajunsurile capsulei Apollo este că își asigură stabilitatea doar dacă este prezentată în direcția corectă, și anume „scut termic în față” (capsula este stabilă și atunci când este prezentată „scut termic în spate”). Din acest punct de vedere, se pare că actuala capsulă rusească Soyuz, cu forma sa de far a unei mașini vechi, nu poate stabiliza „scutul termic înapoi”.
„Viteza acestor vehicule este evident scăzută în comparație cu masa lor, ceea ce înseamnă că numărul lor Froude este relativ scăzut. În consecință, perturbările traiectoriei lor apar cu o viteză unghiulară suficient de lentă pentru o corecție manuală sau automată pentru a le putea opune. […] Deși este posibil ca [un dirigibil] să fie stabil prin creșterea dimensiunii empenajului său, s-a ajuns rapid la concluzia că această stabilizare [pasivă] nu putea fi „plătită” (un empenaj mai mare adăugând Drag și greutate). "
Hoerner observă, de asemenea, că pe un dirigibil, în practică, pilotul său poate menține cursul folosind orientări ale clapelor de coadă de plus sau minus 4 °.