יציבות ותמרון – מבחן אווירודינמיקה רת״א

שלושת הצירים

ציר	תנועה	שליטה	יציבות
ציר האורך (Longitudinal) – מהאף לזנב	גלגול (Roll)	הגאים (Ailerons)	יציבות רוחב (Lateral)
ציר הרוחב (Lateral) – מקצה כנף לקצה	עלרוד (Pitch)	הגה גובה (Elevator)	יציבות אורך (Longitudinal)
הציר האנכי (Vertical)	סבסוב (Yaw)	הגה כיוון (Rudder)	יציבות כיוון (Directional)

כל הצירים עוברים דרך מרכז הכובד.

יציבות סטטית ודינמית

סטטית – הנטייה הראשונית

סוג	אחרי הפרעה
חיובית	נוטה לחזור למצב המקורי
ניטרלית	נשאר במצב החדש
שלילית	ממשיך להתרחק

דינמית – מה קורה לאורך זמן

סוג
חיובית	התנודות קטנות ונעלמות
ניטרלית	התנודות נמשכות בלי לגדול
שלילית	התנודות גדלות

מטוס טוב – יציבות סטטית חיובית ודינמית חיובית. אבל – יציבות רבה מדי = מטוס ״כבד״ ופחות נוח לתמרון. מטוסי קרב – פחות יציבים, עם מחשב.

יציבות אורך (עלרוד)

הגורם העיקרי: המיקום של מרכז הכובד (CG) ביחס למרכז הלחץ.

ברוב המטוסים מרכז הכובד לפני מרכז הלחץ של הכנף – האף נוטה לרדת.
המייצב האופקי יוצר כוח כלפי מטה (עילוי שלילי) שמאזן.
אם המטוס מאט – הכוח על הזנב קטן – האף יורד – המהירות עולה – חוזר. יציבות.

מיקום מרכז הכובד

מיקום	השפעה
קדמי (Forward CG)	יציב יותר, אבל כבד בבקרה, מהירות הזדקרות גבוהה יותר (הזנב דוחף יותר למטה), קשה להרים את האף בנחיתה
אחורי (Aft CG)	פחות יציב, בקרה רגישה, התאוששות מהזדקרות וסחרור קשה – ואף בלתי אפשרית מעבר לגבול

יציבות רוחב (גלגול)

גורם	איך
דיהדרל (Dihedral)	כנפיים בזווית כלפי מעלה. כשהמטוס מתגלגל ו״מחליק״ הצידה, הכנף הנמוכה מקבלת זווית התקפה גדולה יותר – ומתרוממת
השפלה לאחור (Sweepback)	הכנף שמתקדמת בהחלקה ״פוגשת״ את הזרימה ישר יותר – מייצרת יותר עילוי
כנף גבוהה (High wing)	אפקט מטוטלת (Keel effect) – הגוף ״תלוי״ מתחת. מקטינים דיהדרל
מייצב אנכי גבוה

אנהדרל (Anhedral) – כנפיים כלפי מטה – מקטין יציבות רוחב, לשיפור תמרון (בכנף גבוהה ומשוכה).

יציבות כיוון (סבסוב)

המייצב האנכי (Fin) – כמו שבשבת: אם האף סוטה, הזנב ״נדחף״ חזרה.
שטח צד מאחורי מרכז הכובד – גדול יותר משטח צד לפניו.
השפלה לאחור.
סנפיר גחון (Ventral fin) וסנפיר גב (Dorsal fin) – מוסיפים.

תופעות משולבות

Dutch roll

תנודה משולבת של גלגול וסבסוב – כשיציבות הרוחב חזקה יחסית ליציבות הכיוון. נפוץ במטוסים עם כנף משוכה. פתרון: Yaw damper.

יציבות ספירלית (Spiral instability)

כשיציבות הכיוון חזקה יחסית ליציבות הרוחב – המטוס נכנס בהדרגה לפנייה הולכת ומחמירה. צלילה ספירלית.

סחרור (Spin)

הזדקרות + סבסוב – כנף אחת מזדקרת יותר. התאוששות מקובלת (PARE): מצערת לסרק, הגאים לנייטרל, הגה כיוון מלא נגד הסיבוב, ואז הגה גובה קדימה לשבור את ההזדקרות.

מקדם עומס (Load factor)

n = L / W – ביחידות G.

זווית גלגול בפנייה אופקית	מקדם עומס
`30°`	`1.15G`
`45°`	`1.41G`
`60°`	`2G`
`75°`	`3.9G`

קטגוריות מטוסים (מקדם עומס מגבלה חיובי)

קטגוריה	G
רגיל (Normal)	`+3.8`
שימושי (Utility)	`+4.4`
אקרובטי (Acrobatic)	`+6.0`

מהירות תמרון (VA)

המהירות שמעליה תנועה מלאה ופתאומית של בקרה עלולה לחרוג ממקדם העומס ולפגוע במבנה. מתחתיה – המטוס יזדקר לפני שיחרוג. VA יורדת כשהמשקל יורד.

דיאגרמת V-g

מראה את מעטפת הטיסה – מקדם עומס מול מהירות: גבולות הזדקרות, מקדמי עומס, VNE.

פנייה

בפנייה, רכיב אופקי של העילוי מושך את המטוס במעגל.
הרכיב האנכי קטן – צריך להגדיל את העילוי (זווית התקפה) כדי לא לרדת.
פנייה מתואמת – הכדור במרכז.
החלקה (Slip) – יותר מדי גלגול לקצב הפנייה. גלישה החוצה (Skid) – יותר מדי סבסוב.

נקודות למבחן

יציבות אורך – סביב ציר הרוחב, הגה גובה; תלויה במרכז הכובד.
יציבות רוחב – דיהדרל, השפלה לאחור.
יציבות כיוון – מייצב אנכי.
CG קדמי – יציב, מהירות הזדקרות גבוהה; CG אחורי – התאוששות קשה.
Dutch roll – Yaw damper.
60° = 2G.
רגיל 3.8G, שימושי 4.4G, אקרובטי 6G.
VA יורדת עם המשקל.