Горизонтальное оперение самолета. Стабилизатор самолета
Эффективность оперения в значительной степени зависит от его расположения на самолете. Желательно, чтобы на всех режимах полета оперение не попадало бы в зону потока, заторможенного крылом, гондолами двигателей, фюзеляжем или другими частями самолета. Большое влияние на эффективность оперения оказывает и взаимное расположение его частей ВО и ГО.
За крылом самолета образуется зона заторможенного потока, носящая название спутной струи. Размеры этой зоны зависят от скорости полета, угла атаки крыла и его параметров. Точные границы спутной струи определяются на основании аэродинамических продувок. В спутной струе значительно уменьшаются скорости, больших значений достигают углы скоса потока, зона насыщена вихрями.
По этим причинам размещение в спутной струе горизонтального оперения привело бы к снижению его эффективности (из-за уменьшения скорости потока), ухудшению характеристик устойчивости (из-за больших углов скоса) и возникновению вибраций при интенсивном вихреобразовании. При выборе положения горизонтального оперения необходимо, чтобы на всех режимах полета оно не попадало бы в спутную струю.
Рис.4 Рис.5
Горизонтальное оперение располагается либо выше (рис.4а), либо ниже (рис.4б) спутной струи.
При выборе положения горизонтального оперения необходимо также обеспечить достаточное удаление его от реактивной струи двигателей.
Взаимное расположение горизонтального и вертикального оперений должно быть таким, чтобы в полете одна часть оперения возможно меньше затеняла другую. При полете самолета на больших углах атаки или со скольжением определенная часть вертикального оперения попадает в аэродинамическую тень горизонтального оперения. Самолет, у которого вертикальное оперение и особенно руль направления сильно затенены, обладает плохими штопорными характеристиками (затруднён выход из штопора).
Затенение вертикального оперения можно уменьшить, размещая горизонтальное оперение либо позади, либо впереди вертикального, либо на верхней его части.
Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки.
Если правильно выбрано плечо горизонтального оперения, то при размещении вертикального оперения впереди горизонтального необходимо увеличить площадь вертикального оперения для обеспечения потребной его эффективности, а это приведет к увеличению его массы и сопротивления и к увеличению крутящего момента фюзеляжа. При размещении же вертикального оперения за горизонтальным необходимо будет увеличить длину фюзеляжа, что вызовет увеличение массы фюзеляжа и его сопротивления. При размещении горизонтального
оперения на вертикальном усложняется конструкция крепления и увеличиваются нагрузки киля.
В настоящее время на тяжелых транспортных и пассажирских самолетах с двигателями, установленными на пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа, широкое распространение получила схема Т-образного оперения.
В этом случае обеспечивается вынос горизонтального оперения из струи двигателей. К преимуществам такой схемы также относится повышение эффективности вертикального оперения (в этом случае горизонтальное оперение играет роль концевой шайбы) и уменьшение возможности его затенения. Крупным недостатком этой схемы является возможность попадания самолета в режим так называемого «глубокого срыва».
При превышении допустимых значений угла атаки (это может произойти случайно при сильном вертикальном порыве) и наступлении срыва на крыле спутная струя может охватить все горизонтальное оперение и эффективность руля окажется недостаточной.
Для повышения путевой устойчивости и эффективности вертикального оперения на больших углах скольжения на самолетах устанавливаются форкили и подфюзеляжные гребни (рис.6).
Окончательно вопрос размещения оперения на самолете и взаимного расположения отдельных его частей решается на основании результатов продувок, а затем и летных испытаний.
8.1. Обоснование аэродинамической схемы самолёта.
Современный самолёт представляет собой сложную техническую систему, элементы которой, каждый в отдельности и все в совокупности, должны иметь максимальную надёжность. Самолёт в целом должен отвечать заданным требованиям и обладать высокой эффективностью при соответствующем техническом уровне.
При разработке проектов самолётов нового поколения, которые войдут в эксплуатацию в начале 2000-х годов, большое значение придаётся достижению высокой технико-экономической эффективности. Эти самолёты должны не только обладать хорошими её показателями на момент выхода в эксплуатацию, но и располагать потенциальной возможностью модификации для систематического повышения эффективности на протяжении всего периода серийного производства. Это необходимо для того, чтобы с минимальными затратами обеспечить реализацию новых требований и достижений технического прогресса.
При рассмотрении схемы пассажирского самолёта местных авиалиний целесообразно изучить все ранее созданные в этом классе самолёты.
Развитие пассажирской авиации активно началось после Второй Мировой войны. С тех пор схема самолётов этого класса, постепенно претерпевая изменения пришла к наиболее оптимальной на сегодняшний день. В большинстве случаев это самолет, выполненный по нормальной аэродинамической схеме, моноплан. Двигатели обычно расположены под крылом (ТВД), под крылом на пилонах или на крыле (ТРД). Хвостовое оперение выполнено скорее по Т-образной схеме, иногда по нормальной. Сечение фюзеляжа состоит из дуг окружностей. Шасси выполнено по схеме с носовым колесом, основные стойки часто многоколёсные и многоопорные, убирающиеся либо в удлинённые мотогондолы турбовинтовых двигателей (для самолётов весом примерно до 20 тонн), либо в наплывы на фюзеляжа.
Типичная компоновка фюзеляжа - кабина пилотов в носовой части, длинная пассажирская кабина.
Отклонение от этой устоявшейся компоновочной схемы может быть вызвано только лишь какими-то особенными требованиями, предъявляемыми к самолёту. В остальных же случаях при разработке пассажирского самолёта конструкторы стараются придерживаться именно этой схемы, поскольку она является практически оптимальной. Ниже приведено обоснование применения данной схемы.
Использование нормальной аэродинамической схемы для самолётов транспортной авиации обусловлено в первую очередь её достоинствами:
Хорошая продольная и путевая устойчивость. Благодаря этому свойству нормальная схема сильно выигрывает у схем «утка» и «бесхвостка».
С другой стороны данная схема обладает достаточной для неманевренного самолёта управляемостью. Вследствие наличия этих свойств у нормальной аэродинамической схемы, самолёт прост в управлении, что даёт возможность эксплуатации его лётчикам любой квалификации. Тем не менее, нормальной схеме присущи следующие недостатки:
Большие потери на балансировку, что при прочих равных условиях сильно снижает качество самолёта.
Полезная массовая отдача у нормальной схемы ниже, поскольку масса конструкции у неё обычно больше (хотя бы потому, что у «бесхвостки» горизонтальное оперение отсутствует вовсе, а у «утки оно создаёт положительную подъёмную силу, работая как крыло и следовательно, разгружая крыло, что даёт возможность уменьшить площадь последнего).
Влияние скоса потока за крылом на горизонтальное оперение хоть и не столь критично, как влияние ПГО у «утки» но, тем не менее, с этим приходится считаться, разнося крыло и горизонтальное оперение по высоте. Так же следует учесть тот факт, что самолетам, выполненным по схемам «утка» и «бесхвостка» при взлёте и посадке требуются большие углы атаки , что делает конструктивно практически невозможным использование стреловидных крыльев большого и среднего удлинения, так как применение таких крыльев и больших углов атаки связано с очень большой высотой шасси. Из-за этого в схемах «утка» и «бесхвостка» используются только крылья малого удлинения треугольной, готической, оживальной или серповидной формы в плане. Вследствие малого удлинения такие крылья имеют низкое аэродинамическое качество на дозвуковых режимах полёта. Эти соображения определяют целесообразность использования схем «утка» и «бесхвостка» на самолётах, у которых основным режимом полёта является полёт на сверхзвуковой скорости.
Сравнивая все достоинства и недостатки трёх аэродинамических схем, приходим к заключению о целесообразности использования на дозвуковом пассажирском самолёте классической аэродинамической схемы.
8.2. Расположение крыла относительно фюзеляжа.
Для пассажирских самолётов выбор схемы крыла относительно фюзеляжа связан в первую очередь с компоновочными соображениями. Потребность в свободных объёмах внутри фюзеляжа не позволяет использовать схему среднеплана, т. к. с одной стороны нельзя пропустить центроплан крыла сквозь фюзеляж, а с другой стороны использование крыла без центроплана, со стыковкой консолей к силовому кольцевому шпангоуту, невыгодно в весовом отношении.
В отличии от среднеплана схемы высокоплан и низкоплан не мешают созданию единой грузовой кабины. При выборе между ними предпочтение отдаётся высокопланной схеме, поскольку проектируемый самолёт будет использоваться на аэродромах разного класса, в том числе и на грунтовых ВПП, где отсутствуют подъездные трапы. Она позволяет максимально уменьшить высоту пола над уровнем земли, что значительно упрощает и облегчает посадку пассажиров и погрузку багажа через входную дверь-трап.
С аэродинамической
точки зрения высокоплан выгоден тем,
что позволяет получать на крыле
распределение циркуляции близкой к
эллиптической (при условно одинаковой
форме крыла в плане) без провала в районе
фюзеляжа, как у схем низкоплана и
среднеплана. При этом то, что высокоплан
обладает сопротивлением интерференции
хотя и большим, чем у среднеплана, но
меньше чем у низкоплана, позволяет
получать высокое качество самолёта,
построенного по такой схеме. При низком
расположении крыла сопротивление (при
скоростях с М<0,7) больше, чем при среднем
и высоком расположении. Ниже приведены
поляры для трёх схем расположения крыла
на фюзеляже, из которых видно, что
(при
)
у низкоплана больше, чем у среднеплана
и высокоплана (Рис. 8.2.1.).
Схема высокоплан обладает следующими компоновочными и конструктивными недостатками:
Шасси невозможно разместить на крыле, либо (на небольших самолётах) основные опоры шасси получаются громоздкими и тяжёлыми. В этом случае шасси размещается, как правило, на фюзеляже, нагружая его большими сосредоточенными силами.
При аварийной посадке крыло (особенно если на нём установлены двигатели) стремится раздавить фюзеляж и находящуюся в нем пассажирскую кабину. Для устранения этой проблемы приходиться усиливать конструкцию фюзеляжа в районе крыла и значительно утяжелять его.
При аварийной посадке на воду фюзеляж уходит под поверхность воды, затрудняя тем самым аварийную эвакуацию пассажиров и экипажа.
8.3. Схема оперения.
Для пассажирских самолётов конкурирующими являются две схемы оперения: нормальная и Т-образная.
Мощная спутная струя от воздушного винта неблагоприятно влияет на обычное низко расположенное горизонтальное хвостовое оперение и может ухудшить устойчивость самолета на некоторых режимах полета. Высоко расположенное горизонтальное оперение существенно повышает устойчивость самолета, так как оно выходит за пределы зоны влияния спутной струи. При этом эффективность киля также повышается. Обычный киль эквивалентной геометрии должен иметь площадь на 10% больше. Поскольку высоко расположенное горизонтальное оперение имеет большее горизонтальное плечо из-за скоса киля назад, для создания необходимого продольного момента требуется усилие на ручке, вдвое меньшее, чем при обычном горизонтальном оперении. Кроме того, Т-образное хвостовое оперение обеспечивает более высокий уровень комфорта для пассажиров, так как оно уменьшает вибрацию конструкции от воздействия спутной струи от воздушного винта. Вес обычного и Т-образного оперений примерно одинаков.
Применение Т-образного хвостового оперения увеличивает стоимость самолета менее чем на 5 % за счет увеличения затрат на разработку и производственную оснастку. Однако преимущества этого оперения оправдывают его использование.
Среди прочих достоинств Т-образного оперения являются:
Горизонтальное оперение представляет собой «концевую шайбу» для вертикального оперения, что повышает эффективное удлинение киля. Это позволяет уменьшить площадь вертикального оперения и этим облегчить конструкцию.
Горизонтальное оперение отводится от зоны воздействия на его конструкцию звуковых волн, которые могут создать опасность усталостного разрушения. Срок службы горизонтального оперения при этом увеличивается.
8.4. Выбор количества двигателей и их размещения.
Необходимое число двигателей для силовой установки самолёта зависит от ряда факторов, обусловленных как назначением самолёта, так и его основными параметрами и лётными характеристиками.
Основными критериями при выборе числа двигателей на самолёте являются:
Самолёт должен обладать необходимой стартовой тяговооружённостью;
Самолёт должен обладать достаточной надёжностью и экономичностью;
Эффективная тяга силовой установки должна быть возможно большей;
Относительная стоимость двигателей должна быть возможно меньшей;
При формальном подходе обеспечить нужную величину стартовой тяговооружённости проектируемого самолёта можно каким угодно числом двигателей (в зависимости от стартовой тяги одного двигателя). Поэтому при решении данного вопроса необходимо ещё и учитывать специфику назначения самолёта и требования, предъявляемые к его компоновке и силовой установке. Помощь при выборе числа двигателей может оказать изучение самолётов аналогичного класса уже использующихся на авиалиниях.
При развитии пассажирских самолётов местных авиалиний конструкторы пришли со временем к оптимальному количеству числа двигателей на самолётах данного класса - два двигателя. Отказ от использования одного двигателя объясняется тем, что появляются большие сложности с его компоновкой, а также один двигатель не удовлетворяет безопасности полётов. Использование трёх и более двигателей неоправданно утяжелит и усложнит конструкцию, следствием этого явится увеличение стоимости самолёта в целом и снижение его боеготовности.
При выборе места установки двигателей было рассмотрено несколько вариантов их размещения. В результате анализа выбор был остановлен на схеме крепления двигателей под крылом. Достоинствами этой схемы являются:
Крыло разгружается в полёте двигателями, что позволяет уменьшить его массу на 10... 15%
При такой схеме компоновки СУ увеличивается критическая скорость флаттера - двигатели являются противофлаттерными балансирами, сдвигая ЦМ сечений крыла вперед.
Возможно надёжное изолирование крыла от двигателей при помощи противопожарных перегородок.
Обдув механизации крыла струёй от винтов увеличивает её эффективность.
К недостаткам схемы можно отнести:
Большие разворачивающие моменты при отказе в полёте одного двигателя. - Далеко расположенные от земли двигатели тяжелее обслуживать.
На сегодняшний день на неманевренных дозвуковых самолётах нашли применение два типа двигателей - ТВД и ТРДД. Решающее значение при выборе типа двигателя имеет скорость крейсерского полёта. ТВД выгодно использовать на скоростях полёта, соответствующих М = 0,45...0,7 (Рис. 8.4.2.). В этом диапазоне скоростей он гораздо экономичнее ТРДД (удельный расход топлива меньше в 1,5 раза). Использование ТВД на скоростях, соответствующих М = 0,7...0,9 невыгодно, т. к. он имеет недостаточную удельную мощность и повышенный уровень шума и вибраций на самолёте.
Принимая во внимание все вышеперечисленные факты, и исходя из исходных данных на проектируемый самолёт, выбор для СУ делаем в пользу ТВД.
8.5. Итоги проведённого анализа.
Проведённый выше анализ показывает, что для пассажирского ближнемагистральнолго самолёта применительны две основные схемы (Рис. 8.5.1.).
Схема 1: Низкоплан с низкорасположенным Г.О., двигателями в крыле, и шасси расположенными в мотогондолах.
Схема 2: Высокоплан с Т-образным оперением, двигателями под крылом и шасси расположенными в гондолах на фюзеляже.
С точки зрения эксплуатации, аэродинамики и экономики наиболее выгодна вторая схема для данного типа самолёта (Таблица 8.5.1.).
Таблица 8.5.1.
|
Параметры | |||
|
По расположению двигателей. |
При расположении двигателя на крыле лопасти винта находятся близко к поверхности земли, что непозволяет эксплуатацию на грунтовых ВПП. |
Расположение двигателя под крылом обеспечивает необходимое расстояние лопастей винта относительно поверхности земли. |
|
|
По расположению двигателей. |
Для обслуживания двигателя приходится залезать на крыло. |
Для обслуживания двигателя необходимо пользоваться стремянкой. |
|
|
По расположению шасси. |
Из-за большой высоты стойка основной опоры шасси имеет большую массу. |
Меньшая высота основной стойки шасси позволяет уменьшить её массу. |
|
|
По расположению пола. |
Высоко расположенный пол затрудняет посадку и высадку пассажиров без применения подъездных трапов. |
Низко расположенный пол и дверь-трап упрощают посадку пассажиров и погрузку ручной клади. |
|
|
По типу оперения. |
Габаритные размеры оперения затрудняет размещение самолёта в ангарах, но низко расположенное ГО легче в обслуживании. |
В связи с меньшими габаритами ВО, не вызывает проблем с размещением в ангарах, но Т-образный стабилизатор труднее в обслуживать. |
8.6. Статистика раннее созданных самолётов данного класса.
Что нам известно про стабилизатор самолета? Большинство обывателей просто пожмет плечами. Те, кто в школе любил физику, возможно, смогут сказать пару слов, но, конечно, на этот вопрос, скорее всего, смогут наиболее полно ответить специалисты. Между тем, это очень важная часть, без которой полет фактически невозможен.
Принципиальное устройство самолета
Если попросить нарисовать нескольких взрослых авиалайнер, картинки будут примерно одинаковыми и будут различаться лишь в деталях. Схема самолета, скорее всего, будет выглядеть следующим образом: кабина, крылья, фюзеляж, салон и так называемое хвостовое оперение. Кто-то нарисует иллюминаторы, а кто-то забудет о них, возможно, будут упущены еще какие-нибудь мелочи. Возможно, художники даже не смогут ответить, для чего необходимы те или иные детали, мы просто не задумываемся об этом, хотя видим самолеты довольно часто, как вживую, так и на картинках, в кино и просто по телевизору. И это на самом деле и есть принципиальное устройство самолета - остальное, по сравнению с этим, лишь мелочи. Фюзеляж и крылья служат собственно для подъема авиалайнера в воздух, в кабине производится управление, а в салоне находятся пассажиры или груз. Ну, а как насчет хвостового оперения, для чего же оно нужно? Не для красоты ведь?
Хвостовое оперение
Те, кто водит машину, отлично знают, как поехать в сторону: нужно лишь повернуть руль, вслед за которым будут двигаться и колеса. Но самолет - совсем другое дело, ведь в воздухе нет никаких дорог, и для управления нужны какие-то другие механизмы. Здесь в дело вступает чистая наука: на летящую машину действует большое количество различных сил, и те, что полезны, усиливаются, а остальные минимизируются, в результате чего достигается некий баланс.
Вероятно, почти каждый, кто видел в своей жизни авиалайнер, обращал внимание на сложную конструкцию в его хвостовой части - оперение. Именно эта сравнительно небольшая часть, как это ни странно, управляет всей этой гигантской машиной, заставляя ее не только поворачивать, но и набирать или сбрасывать высоту. Оно состоит из двух частей: вертикальной и горизонтальной, которые, в свою очередь, тоже делятся надвое. Руля тоже два: один служит, чтобы задавать направление движения, а другой - высоту. Кроме того, есть и часть, с помощью которой достигается продольная устойчивость авиалайнера.
Кстати, стабилизатор самолета может располагаться не только в его задней части. Но подробнее об этом чуть позже.
Стабилизатор
Современная схема самолета предусматривает множество деталей, необходимых для поддержания безопасного состояния авиалайнера и его пассажиров на всех этапах полета. И, пожалуй, главной из них является стабилизатор, расположенный в задней части конструкции. Он представляет собой, по сути, всего лишь планку, поэтому удивительно, как такая сравнительно небольшая деталь может вообще каким-либо образом влиять на движение огромного авиалайнера. Но он в самом деле очень важен - когда происходит поломка этой части, полет может закончиться весьма трагично. Например, согласно официальной версии, именно стабилизатор самолета стал причиной недавнего крушения пассажирского "Боинга" в Ростове-на-Дону. По мнению международных экспертов, рассогласованность в действиях пилотов и ошибка одного из них привели в действие одну из частей оперения, переведя стабилизатор в положение, характерное для пике. У экипажа уже просто не получилось ничего предпринять, чтобы не допустить столкновения. К счастью, самолетостроение не стоит на месте, и каждый следующий полет дает все меньше пространства для человеческого фактора.
Функции
Как очевидно из названия, стабилизатор самолета служит для контроля за его движением. Компенсируя и гася некоторые пики и вибрации, он делает полет более плавным и безопасным. Поскольку отклонения бывают как в вертикальной, так и в горизонтальной оси, управление стабилизатором осуществляется также в двух направлениях - поэтому он и состоит из двух частей. Они могут иметь самую разную конструкцию, в зависимости от типа и предназначения воздушного судна, но в любом случае присутствуют на любом современном самолете.
Горизонтальная часть
Она отвечает за балансировку по вертикали, не позволяя машине то и дело "клевать носом", и состоит из двух главных деталей. Первая из них - неподвижная поверхность, которая, собственно, и представляет собой стабилизатор высоты самолета. На шарнире к этой части прикреплена вторая - руль, обеспечивающий управление.
При нормальной аэродинамической схеме горизонтальный стабилизатор располагается в хвосте. Однако встречаются также конструкции, когда он находится перед крылом или их и вовсе два - в передней части и сзади. Встречаются также так называемые схемы "бесхвостка" или "летающее крыло", вообще не имеющие горизонтального оперения.
Вертикальная часть
Эта деталь обеспечивает воздушному судну устойчивость направления в полете, не позволяя ему вилять из стороны в сторону. Это тоже составная конструкция, в которой предусмотрены неподвижный вертикальный стабилизатор самолета, или киль, а также руль направления на шарнире.
Эта часть, как и крыло, в зависимости от назначения и требуемых характеристик, может иметь самую разную форму. Разнообразие достигается также и с помощью различий во взаимном расположении всех поверхностей и добавления дополнительных частей, таких как форкиль или подфюзеляжный гребень.
Форма и подвижность
Пожалуй, самым популярным в гражданской авиации сейчас является Т-образное оперение, при котором горизонтальная часть находится на конце киля. Впрочем, встречаются и некоторые другие.
Некоторое время использовалось V-образное оперение, в котором обе части одновременно выполняли сразу функции как горизонтальной, так и вертикальной части. Сложное управление и относительно небольшая эффективность не позволили этому варианту широко распространиться.
Кроме того, встречается разнесенное вертикальное оперение, при котором его части могут находиться по бокам от фюзеляжа и даже на крыльях.
Что же касается подвижности, обычно стабилизирующие поверхности жестко закреплены относительно корпуса. Тем не менее встречаются варианты, особенно когда дело касается горизонтального оперения.
Если поменять угол относительно продольной оси можно на земле, стабилизатор такого типа называется переставляемым. Если же управление стабилизатором самолета может происходить и в воздухе, он будет подвижным. Это характерно для тяжелых авиалайнеров, нуждающихся в дополнительной балансировке. Наконец, на сверхзвуковых машинах применяется подвижный стабилизатор самолета, выполняющий также роль руля высоты.
0Несущие поверхности, предназначенные для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолета, называют оперением.
Обеспечение продольной балансировки, устойчивости и управляемости самолета обычной схемы осуществляется горизонтальным оперением; путевая балансировка, устойчивость и управляемость - вертикальным; балансировка и управление самолета относительно продольной оси производятся при помощи элеронов или рулей крена, представляющих собой некоторую долю хвостовой части крыла. Оперение обычно состоит из неподвижных поверхностей, которые служат для обеспечения равновесия (балансировки) и устойчивости, и подвижных поверхностей, при отклонении которых создаются аэродинамические моменты, обеспечивающие равновесие (балансировку) и управление полетом. Неподвижная часть горизонтального оперения называется стабилизатором, а вертикального - килем.
К стабилизатору шарнирно крепится руль высоты, состоящий обычно из двух половин, а к килю - руль направления (рис. 57).
На рис. 57 показан принцип действия оперения при отклонении руля. Оперение (в рассматриваемом случае горизонтальное) обтекается воздушным потоком под некоторым углом атаки α г.о, не равным нулю.
Поэтому на оперении возникает аэродинамическая сила R г.о, которая благодаря большому плечу относительно центра тяжести самолета создает момент, уравновешивающий суммарный момент от крыла, тяги двигателей, фюзеляжа. Таким образом, момент оперения балансирует самолет. Отклонением руля в ту или другую сторону можно изменить не только величину, но и направление момента и таким образом вызвать поворот самолета относительно поперечной оси, т. е. управлять самолетом. Момент относительно оси вращения руля, возникающий от действия на него аэродинамической силы R p , обычно называют шарнирным моментом и обозначают M ш = R p a.
Величина шарнирного момента зависит от скорости полета (числа М), углов атаки и скольжения, угла отклонения руля, местоположения шарниров подвески и размеров руля. Отклоняя рычаги управления, пилот должен приложить определенное усилие для преодоления шарнирного момента.
Сохранение приемлемых для пилота усилий, потребных для отклонения руля, достигается применением аэродинамической компенсации, которая будет рассмотрена ниже.
Эффективность рулей можно оценить по изменению величин продольного момента, моментов крена и рыскания при отклонении на один градус соответствующего руля. При малых скоростях полета эффективность рулей мало зависит от скорости полета (числа М). Однако при больших скоростях полета сжимаемость воздуха, а также упругие деформации конструкции заметно снижают эффективность рулей. Уменьшение эффективности руля при больших околозвуковых скоростях обусловливается главным образом упругой закруткой стабилизатора, киля, крыла, которая снижает общий прирост подъемной силы профиля от отклонения руля (см. рис. 57).
Степень упругой закрутки профиля при отклонении руля зависит от величины действующего на профиль аэродинамического момента (относительно центра жесткости профиля), а также от жесткости самой конструкции.
Малая относительная толщина оперения скоростных самолетов, а значит, малая жесткость может вызвать явления реверса управления.
Уменьшение эффективности рулей при их обтекании сверхзвуковыми скоростями вызвано другими причинами. При сверхзвуковом обтекании добавочная подъемная сила при отклонении руля возникает только на руле, неподвижная часть оперения (киль, стабилизатор) участия в создании дополнительной аэродинамической силы не принимает. Поэтому для получения достаточной степени управляемости необходимо большее отклонение руля или увеличение площади отклоняемой поверхности. С этой целью на сверхзвуковых самолетах устанавливается подвижной управляемый стабилизатор, который не имеет руля высоты. То же самое относится к вертикальному оперению. На сверхзвуковых самолетах возможно применение поворотного киля без руля поворота.
Изменение направления полета достигается путем поворота стабилизатора и киля. Углы отклонения стабилизатора и киля значительно меньше углов отклонения соответствующих рулей. Отклонение безрулевых поверхностей осуществляется с помощью необратимых самотормозящих гидравлических или электрических силовых устройств. Безрулевое оперение обеспечивает эффективное управление и балансировку самолета в большом диапазоне скоростей, от малых дозвуковых до больших сверхзвуковых, а также в большом диапазоне центровок.
Элероны (рули крена) располагаются на концевой части крыла (рис. 58). Принцип действия элеронов заключается в перераспределении аэродинамической нагрузки по размаху крыла. Если, например, левый элерон отклоняется вниз, а правый вверх, то подъемная сила левой половины крыла возрастет, а правой уменьшится. В результате появляется момент, накреняющий самолет. Обеспечить достаточную эффективность рулей крена у сверхзвуковых самолетов трудно. Малые толщины крыла и особенно его концевых участков приводят к тому, что при отклонении элеронов крыло закручивается в сторону, противоположную отклонению элеронов. Это резко снижает их эффективность. Увеличение жесткости концевых участков крыла приводит к увеличению веса конструкции, что нежелательно.
В последнее время появились самолеты с так называемыми внутренними элеронами (рис. 58, б). Если обычные (рис. 58, а) элероны устанавливаются вдоль концевой части крыла, то внутренние элероны располагаются ближе к фюзеляжу. При одинаковой площади элеронов за счет уменьшения плеча относительно продольной оси самолета эффективность внутренних элеронов при полете на малых скоростях снижается. Однако на большой скорости полета внутренние элероны оказываются более эффективными. Возможна одновременная установка внешних и внутренних элеронов. В этом случае при полете на малых скоростях используются внешние элероны, а на больших скоростях - внутренние. Внутренние элероны при взлете и посадке могут использоваться как закрылки.
Элероны, занимая сравнительно большую долю размаха крыла, создают трудности размещения механизации крыла по всему размаху, вследствие чего эффективность последней снижается. Стремление повысить эффективность средств механизации привело к созданию интерцепторов. Интерцептор представляет собой небольшую плоскую или слегка искривленную пластину, расположенную вдоль размаха крыла, которая в полете скрыта в крыле. При пользовании интерцептор выдвигается вверх из левой или правой половины крыла, приблизительно по нормали к поверхности крыла, и, вызывая срыв воздушного потока, приводит к изменению подъемной силы и крену самолета. Обычно интерцептор работает совместно с элероном и выдвигается на той части крыла, на которой элерон отклоняется вверх.
Таким образом, действие интерцептора суммируется с действием элерона. Применение интерцепторов позволяет уменьшить длину элерона и за счет этого увеличить размах закрылков, следовательно, повысить эффективность механизации крыла.
На некоторых самолетах интерцепторы используются как тормозные щитки и в этом случае одновременно отклоняются вверх на обеих частях крыла только после приземления самолета или в процессе прерванного взлета. На других самолетах интерцепторы для торможения выдвигаются на некоторую часть полного хода, а оставшаяся часть хода может быть использована для поперечной управляемости. Высота полностью выдвинутого интерцептора составляет 5-10% хорды крыла, а длина-10-35% полуразмаха. Для сохранения большей плавности обтекания крыла и уменьшения срывного сопротивления интерцепторы иногда делают не сплошными вдоль размаха, а гребенчатыми. Эффективность таких прерывателей несколько меньше, чем сплошных, но зато вследствие ослабления срывных явлений уменьшается сопутствующая им тряска крыла и хвостового оперения.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
