چرا مرکز فشار و مرکز ثقل نمی توانند منطبق باشند؟

من می دانم که معمولا CG جلوتر از COP قرار می گیرد تا نیروی دم پایین بتواند هواپیما را پایدار کند. اما چرا نمی توان COP و CG را در یک موقعیت قرار داد تا نیازی به نیروی دم پایین برای تثبیت هواپیما نباشد.
مرکز فشار (CP)، طبق تعریف، نقطه ای است که در آن ممان آیرودینامیکی یک چیزی صفر است.
اگر در مورد CP کل هواپیما صحبت می کنید، در شرایط تریم، CG باید همیشه با CP آن منطبق باشد. عادت زنانه. این برای هر سرعت عملیاتی از طریق کنترل زمین به خوبی طراحی شده که در پرواز متفاوت است به دست می آید. به عنوان مثال، تثبیت کننده / آسانسور برای هواپیماهای دم دار، elevons برای بال پرواز.
اگر در مورد CP یک سطح آیرودینامیکی منفرد، مانند یک بال یا دم صحبت می کنید، آنگاه تفاوت های ظریف بیشتری پیدا می کند. بیایید بحث را فقط به لحظه‌ی طرح محدود کنیم. اول از همه، CP معیار چندان مفیدی برای ثبات نیست: همیشه برای یک ایرفویل خمیده حرکت می کند. در واقع، در یک AOA که در آن بالابر برای ایرفویل خمیده مثبت صفر است، به سمت بی نهایت حرکت می کند!
در عوض، از مرکز آیرودینامیکی (AC) برای تجزیه و تحلیل پایداری استفاده کنید. برای ثبات زمین، شما دوست دارید CG جلوتر از AC کل هواپیما باشد (به این نقطه خنثی می گویند).ببینید بچه های هوپایی عزیز
دلیلش این ساده است که هواپیماهای معمولی دنباله دار (و بال های پرنده) برای پایداری استاتیکی به حالت تعادل بین نیروهای شیبدار متضاد و تمایل ذاتی هواپیما برای جستجوی این حالت تعادل به تنهایی وابسته هستند.
بنابراین، شما نیاز به یک لحظه شیب دار به پایین دماغه دارید که همیشه وجود داشته باشد، در مورد یک "نقطه تعادل" عمل کند، که نقطه خنثی آیرودینامیکی است، که بال CP +/- تمام نیروهای شیبدار دیگر نیز وجود دارد، مانند نیروهای خط رانش، سایر نیروهای بالابر ( مانند MAX nacelles)، از چیزهایی که به بالا یا پایین می‌چسبند (مانند شناورها) و غیره که در یک مکان خالص برای هر پیکربندی، بارگیری و شرایط پرواز به پایان می‌رسند، بکشید. اگرچه یک ساده سازی بیش از حد فاحش است، اما می توانید نقطه خنثی را به عنوان یک محور الاکلنگ در نظر بگیرید تا آن را در ذهن خود تصور کنید.خوب الان لحظه شیار کردن دماغه به پایین (شما در یک انتهای الاکلنگ) در مورد نقطه خنثی با یک لحظه اعمال شده در دم متعادل می شود - بالا بردن دم به سمت پایین (کسی در انتهای دیگر الاکلنگ). توازن نیروها برای یک پیکربندی معین در زاویه حمله/سرعت به دست خواهد آمد. در این مرحله، شما «در حالت آماده‌سازی» هستید و هواپیما نمی‌خواهد شتاب بگیرد یا سرعتش را کاهش دهد و به خودی خود یک وضعیت ثابت AOA/سرعت/پیچ را حفظ می‌کند. از نظر استاتیکی پایدار است.
CG را به سمت جلو حرکت دهید و گشتاور شیب دار بینی به سمت پایین افزایش می یابد و این نیاز به افزایش مخالف در نیروی دم به پایین دارد. تمایل به جستجوی حالت تعادل افزایش می‌یابد و پایداری گام استاتیک بهبود می‌یابد، بنابراین پایداری استاتیک در حد CG رو به جلو بالاترین میزان است. CG را به سمت عقب به سمت نقطه خنثی حرکت دهید و لنگر شیب ND کاهش می یابد (شما در حال نزدیک شدن به محور الاکلنگ هستید)، و نیروی رو به پایین دم مورد نیاز برای تعادل کاهش می یابد، تا زمانی که با CG در نقطه خنثی، هیچ لنگر شیب بینی به سمت پایین و دم وجود نداشته باشد. برای مخالفت با آن نیروی اضطراری لازم است. هر حالت تعادلی که وجود داشته باشد بسیار ضعیف است یا وجود ندارد و دم تا حد زیادی تخلیه می شود، و هواپیما به طور تصادفی به زمین می نشیند و در هیچ AOA/سرعت/نگرشی قرار نمی گیرد.