Por que o leme causa rolagem?

Existem muitos efeitos de ordem superior. Por exemplo, a guinada causa um ligeiro aumento na velocidade do ar sobre a asa externa do giro e uma diminuição na velocidade do ar sobre a asa interna. Como resultado, a asa externa gerará mais sustentação do que a outra, introduzindo um movimento de rolamento.

O yaw também causa deslizamento lateral, o que provoca vários efeitos. Asas que são arrastadas para trás, como no B737, contribuem para o movimento na direção da curva, porque a asa externa fica efetivamente mais longa ( explicação visual ) e produz mais sustentação. Contribuindo ainda mais para esse teste, a ala externa tem um ângulo de ataque maior devido ao efeito diédrico ( visual explicação ).

Efeitos semelhantes se aplicam a outras superfícies de controle. Não é verdade que o leme só faz com que o guincho e os ailerons só causem rolar. Essas são simplificações, embora as aeronaves geralmente sejam projetadas para que essas simplificações sejam razoavelmente boas.

Existe também um efeito direto. A imagem abaixo não mostrava o centro de massa; Eu desenhei um palpite como um círculo amarelo. Está claramente abaixo do leme, o que é verdade para a maioria das aeronaves. Isso significa que aplicar o leme introduz um torque de rolagem, aproximadamente igual ao componente lateral da força na superfície de controle, multiplicado pela distância entre o leme e o eixo longitudinal. A magnitude deste produto é visualizada como a área do retângulo vermelho.

Depois de parar em nossos amigos de física, é provavelmente por causa das asas varridas (causando um diferencial de elevação) do B737:

[...] if you introduce a yaw to the aircraft, one wing will extend out more directly into the wind-stream, while the other wing will be even more swept. This effectively makes one wing longer, and the other wing shorter. [...] The longer wing will generate more lift, and the shorter one will generate less lift. And since there is unequal lift around the roll axis, the airplane will roll, and continue to roll.

Toda a resposta: Física: O que faz com que uma aeronave role quando o leme é aplicado

Nota : Com relação aos comentários, esse efeito ocorre mesmo sem as asas varridas. As asas varridas apenas amplificam o efeito.

As razões podem ser divididas em duas categorias: direta e indireta.

Razões diretas são momentos de rolamento que são criados diretamente devido à deflexão do leme e à força lateral na cauda vertical:

1. Posição de deslocamento da cauda vertical: Como o leme está acima do eixo longitudinal de inércia, uma força lateral também causará um momento de rolamento. Esta é a principal razão para a anedda do Lockheed F-104 .
2. Uma vez iniciado o movimento de guinada, a asa que se move para a frente experimenta um ligeiro aumento na pressão dinâmica, de modo que a elevação é aumentada na asa móvel para frente e vice-versa. Este efeito é inverso à velocidade de voo e pequeno em geral.

Razões indiretas são causadas pelo ângulo do overlip resultante quando a aeronave começa a guinar:

2. Diédrico: Uma vez que o guincho causado pelo leme produz um ângulo de deslize lateral, a diferença relativa no ângulo de ataque entre as duas asas cria um momento de rolamento. Isso é proporcional ao ângulo diédrico em vôo , então você precisa adicionar a flexão das asas a uma visão estática da aeronave para ter uma idéia do ângulo diédrico efetivo.
3. Posição da asa: Em uma asa alta, o fluxo alterado ao redor da fuselagem no sideslip criará um diferença de ângulo de ataque na raiz da asa. Este efeito precisa ser considerado ao selecionar o ângulo diédrico apropriado; portanto aeronaves de asa alta têm menos diedro do que aeronaves de asa baixa.
4. Varredura de asa: O ângulo reduzido de varredura da asa de barlavento aumentará sua inclinação na curva de elevação e o inverso ocorrerá na asa oposta. Isso cria um strong momento de rolagem , que é proporcional ao ângulo de varredura.

Uma vez que o ângulo do flanco lateral aumenta, a força lateral induzida pelo leme diminuirá até que a aeronave atinja o ponto de compensação, onde o ângulo do flanco aberto cancela totalmente a deflexão do leme. Mas a aeronave ainda está guinando, por isso excederá a posição de compensação e agora a força lateral atuará na direção oposta. Proporcionalmente à força lateral, o momento de rolamento induzido pela cauda também mudará devido ao acúmulo no deslize lateral.

Quando uma aeronave voa, uma asa viaja mais rápido que a outra, criando mais sustentação naquele lado. Em uma aeronave de asa varrida, o efeito lifting é ainda mais pronunciado. O elevador extra de um lado fará com que ele role.