Analysis of Methods Used to Eliminate the Propeller Slipstream Effect in Single-Engine Aircraft

• Autorzy: Popowski S. , Dąbrowski W.

Warianty tytułu

PL

Przegląd metod eliminacji wpływu strugi zaśmigłowej w samolotach jednosilnikowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Propeller-driven single-engine aircraft are affected by unsymmetrical flow of air around the fuselage, and especially around the vertical stabilizer [1-3]. This unsymmetrical, propeller-induced slipstream produces sideslip [4,5] that needs to be compensated by the pilot using the rudder [6]. In order to relieve the pilot from this additional task, automatic rudder deflection systems are used that compensate for sideslip by trimming the rudder accordingly. Such compensation algorithms are based on flight parameter measurements. This paper presents more complex systems used to eliminate the phenomenon in question. In addition, it analyzes the existing solutions, based on patents divided into two groups. The first group deals with active slipstream effect compensation solutions, based on aircraft movement parameters that are derived from aircraft performance characteristics defined in advance. The other group comprises solutions that are based directly on feedback containing actual or estimated sideslip angle values. The most advanced systems rely on a combination of the two methods described above.

PL

Napęd śmigłowy samolotu jednosilnikowego powoduje niesymetrię opływu samolotu a szczególnie statecznika pionowego. W następstwie niesymetrycznego opływu samolotu przez strumień zaśmigłowy występuje kąt ślizgu, który kompensowany jest przez pilota za pomocą steru kierunku. Aby odciążyć pilota od tej dodatkowej czynności wprowadza się automatyczną kompensację wychylenia steru kierunku przez odpowiednie sterowanie trymerem steru kierunku. Sterowanie to uzależnione jest od mierzonych parametrów lotu. W pracy przedstawiono bardziej rozbudowane układy usuwania następstw tego zjawiska. Dokonano przeglądu rozwiązań w oparciu o istniejące patenty w dwóch grupach. Pierwsza grupa zawiera rozwiązania aktywnego kompensowania zjawiska strugi zaśmigłowej ze sprzężeniem od parametrów ruchu samolotu w oparciu o zdjęte wcześniej charakterystyki samolotu, druga grupa to rozwiązania ze sprzężeniem zwrotnym bezpośrednio od kąta ślizgu lub estymowanego kąta ślizgu. Bardziej rozbudowane układy zawierają połączenie obu sposobów.

Słowa kluczowe

EN

single-engine aircraft; propeller slipstream; sideslip angle

PL

samolot jednosilnikowy; strumień zaśmigłowy; kąt ślizgu

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 2 (251)
• Strony: 58--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Popowski S.

• Center of Space Technologies, Avionics Division, Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

autor

Dąbrowski W.

• Center of Space Technologies, Avionics Division, Institute of Aviation, al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Galiński C., 2016,“Selected Issues Of Design Of Aircraft“ (in Polish: Wybrane Zagadnienia Projektowania Samolotów), Biblioteka Instytutu Lotnictwa.
• [2] Strzelczyk P., 2000,“The selected property of field speed induced by propeller in static conditions“ (in Polish: Wybrane własności pola prędkości indukowanego przez śmigło w warunkach pracy statycznej), Transactions of The Institute of Aviation, No. 2(161), pp. 5-9.
• [3] Strzelczyk P., 1998,“Selected characteristics of flow velocity field in slipstream“ (in Polish: Wybrane charakterystyki pola prędkości w strumieniu śmigłowym), Transactions of The Institute of Aviation, No. 4(155), pp. 127-135.
• [4] Hoot H., Bacon D., 1922,“The effect on rudder control of slip stream body, and ground interference”, National Advisory Committee for Aeronautics, Technical Notes, No. 110.
• [5] Purser P., Spear M., 1946,“Test to determine effects of slipstream rotation on the lateral stability characteristics of a single-engine low-wing airplane model”, National Advisory Committee for Aeronautics, Technical Note, No. 1146.
• [6] Krawczyk M., Graffstein J., 2013,“A proposition of control augmentation system for dumping the harmful impact of slipstream in turboprop airplanes”(in Polish: Wybrane problemy eliminacji wpływu strugi zaśmigłowej w samolotach jednosilnikowych), Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej 288, Mechanika 85, pp. 287-295.
• [7] Popowski S., Dąbrowski W., 2013,“Measurement and estimation of the sideslip angle“ (in Polish: Pomiar i estymacja kąta ślizgu), Zeszyty Naukowe WSOSP-SAUMNO, pp. 9-17.
• [8] Patents:
• a. EP0410162B1 Einrichtung zur Seitenruder-Trimmung 1992,
• b. US5465211 CONTROL SYSTEM FOR PROPELLER DRIVEN AIRCRAFT 1995,
• c. US4992713, AIRCRAFT AUTOPILOT WITH YAW CONTROL BY RUDDR FORCE 1991,
• d. US4094479 SIDE SLIP COMMAND SCAS FOR AIRCRAFT 1978.
• e. US6928341B2 COMPUTATIONAL AIR DATA SYSTEM FOR ANGLE-OF-ATTACK AND ANGLE-OF-SIDESLIP 2005,
• [9] http://www.f15sim.com/operation/f15_yaw_control.html – March 2017.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).