Конструкция основных частей оперения - стабилизатора и киля - обычно подобна. Одинаковы по конструкции также рули высоты и рули направления. На крупных самолетах стабилизаторы выполняются, как правило, разъемными. Киль может быть изготовлен за одно целое с фюзеляжем или в виде отдельной части. Каркас оперения современных самолетов, как правило, выполняется металлическим. Обшивка киля и стабилизатора обычно жесткая (дюралюминиевая). Рули самолетов малых дозвуковых скоростей обшиваются полотном, что уменьшает их вес и упрощает конструкцию. На самолетах больших скоростей обшивка рулей так же, как и каркас, металлическая.
Киль и стабилизатор. На небольших самолетах киль и стабилизатор делают чаще всего двухлонжеронными. На тяжелых самолетах киль и стабилизатор обычно моноблочной конструкции с работающей обшивкой (рис. 59).
Основные элементы силового набора (лонжероны, стенки, стрингеры, нервюры) конструктивно выполняются так же, как у крыла, и выполняют те же функции, т. е. изгиб воспринимается поясами лонжеронов, стрингерами и частично обшивкой; поперечная сила воспринимается стенками лонжеронов; кручение - замкнутым контуром; обшивка - стенки лонжеронов. Стабилизатор и киль крепятся к фюзеляжу при помощи узлов на лонжеронах и шпангоутах. Для крепления (подвески) рулей стабилизатор и киль имеют специальные кронштейны с универсальными и одноосевыми шарнирами. На рис. 60 показан типовой узел подвески руля.
Рули и элероны (рули крена).
Рули и элероны, как правило, выполняются однолонжеронными с набором стрингеров и нервюр.
Для увеличения жесткости передней части руля иногда устанавливается стенка (вспомогательный лонжерон).
В современном самолетостроении используют три характерных типа рулей для самолетов с различной скоростью полета: руль с трубчатым лонжероном, руль с жестким носком и руль с жесткой обшивкой для самолетов больших скоростей. В руле любого типа набор нервюр собирает воздушную нагрузку с поверхности руля и передает ее на лонжерон и контур кручения, а также на жесткую заднюю кромку.
В первой схеме нервюры руля всю собранную ими нагрузку передают только на лонжерон, а поскольку он трубчатый, то может успешно работать и на изгиб, и на кручение.
Во второй схеме силы с нервюр передаются на стенку балочного лонжерона, загружая его поперечным изгибом, а момент с нервюр передается на контур, образованный стенкой лонжерона с жестким носком. Этот контур и работает на кручение. В этой схеме функции распределяются следующим образом: поперечный изгиб воспринимается балочным лонжероном, а кручение - контуром силового носка.
В третьей схеме (рис. 61) подобное же распределение функций, но крутящий момент передается здесь на весь контур обшивки, а не только на носок.
В соответствии с той или иной схемой передачи сил осуществлены силовые связи элементов руля между собой. Для рулей первой схемы нервюры связаны только с лонжероном заклепками по его окружности.
Рули второй и третьей схем имеют связь нервюр со стенками лонжеронов и контуром кручения. Эта связь обеспечивается заклепками, болтами и иногда клеем.
В целях лучшего использования обшивки для восприятия изгибающего момента и сохранения формы профиля применяют рули с пенопластовым или сотовым заполнителем. Они обладают высокой жесткостью при малом весе.
Триммеры (рис. 62) представляют собой вспомогательную рулевую поверхность, устанавливаемую на задней части основного руля. С помощью триммеров обеспечивается балансировка самолета относительно всех его осей при изменении центровки и режима полета. Отклонение триммера производится независимо от отклонения руля обычно при помощи специальных необратимых самотормозящихся электромеханизмов, включаемых в нужный момент пилотом двусторонним нажимным переключателем. Триммер руля высоты, как правило, управляется при помощи тросового механического устройства. Сущность работы триммера можно пояснить следующим примером. При отказе одного из двигателей самолета появляется разворачивающий момент, противодействие которому может быть создано отклонением руля поворота. Длительный полет самолета с отклоненным рулем утомителен для пилота. Отклоняя триммер в сторону, противоположную отклонению руля, нагрузку, передающуюся на ноги пилота, можно уменьшить до сколько угодно малой величины. Компенсирующий момент от триммера, противодействующий шарнирному моменту, возникает вследствие большого плеча силы, приложенной к триммеру, хотя сама сила и невелика. Величину шарнирного момента при этом можно записать в следующем виде.
Хвостовое оперение – аэродинамические профили, расположенные в хвостовой части самолета. Выглядят они как относительно небольшие «крылышки», которые традиционно устанавливаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях и имеют название «стабилизаторы».
Именно по этому параметру хвостовое оперение и подразделяется, прежде всего – на горизонтальное и вертикальное, соответственно с плоскостями, в которых устанавливается. Классическая схема – один вертикальный и два горизонтальных стабилизатора, которые непосредственно соединены с хвостовой частью фюзеляжа. Именно такая схема наиболее широко используемая на гражданских авиалайнерах. Однако существуют и другие схемы – например, Т-образное, которое применяется на Ту-154.
В подобной схеме горизонтальное оперение прикреплено к верхней части вертикального, и если смотреть спереди или сзади самолета, оно напоминает букву «Т», от чего и получило название. Также существует схема с двумя вертикальными стабилизаторами, которые вынесены на законцовки горизонтального оперения, пример самолета с таким типом оперения – Ан-225. Также два вертикальных стабилизатора имеет большинство современных истребителей, однако установлены они на фюзеляже, поскольку те имеют форму фюзеляжа несколько более «приплюснутую» по горизонтали, по сравнению с гражданскими и грузовыми воздушными судами.
Ну и в целом, существуют десятки различных конфигураций хвостового оперений и каждая имеет свои достоинства и недостатки, о которых речь пойдет несколько ниже. Даже устанавливается оно не всегда в хвостовой части самолета, однако это касается лишь горизонтальных стабилизаторов.
Хвостовое оперение самолета Ту-154
Хвостовое оперение самолета Ан-225
Принцип работы хвостового оперения. Основные функции.
А теперь о функциях хвостового оперения, зачем же оно необходимо? Поскольку оно еще называется стабилизаторами, то можно предположить, что они что-то стабилизируют. Верно, это так. Хвостовое оперение необходимо для стабилизации и балансировки самолета в воздухе, а еще для управления самолетом по двум осям – рысканье (влево-вправо) и тангаж (вверх-вниз).
Вертикальное хвостовое оперение.
Функции вертикального оперения – стабилизация самолета. Кроме двух вышеперечисленных осей, еще существует третья – крен (вращение вокруг продольной оси самолета), так вот, при отсутствии вертикального стабилизатора, крен вызывает раскачивание самолета относительно вертикальной оси, притом раскачивание очень серьезное и абсолютно неконтролируемое. Вторая функция – управление по оси рысканья.
К задней кромке вертикального стабилизатора прикреплен отклоняемый профиль, который управляется из кабины пилотов. Это две основные функции вертикального хвостового оперения, абсолютно неважно количество, позиция и форма вертикальных стабилизаторов – эти две функции они выполняют всегда.
Виды вертикальных хвостовых оперений.
Горизонтальное хвостовое оперение.
Теперь о горизонтальном хвостовом оперении. Оно также имеет две основные функции, первую можно охарактеризовать как балансировочную. Для того чтобы понять что тут к чему, можно провести простой эксперимент. Необходимо взять какой-либо длинный предмет, например линейку и положить ее на один вытянутый палец так, чтобы она не падала и не клонилась ни назад, ни вперед, т.е. найти ее центр тяжести. Итак, теперь у линейки (фюзеляжа) есть крыло (палец), уравновесить ее вроде не сложно. Ну а теперь необходимо представить, что в линейку закачиваются тонны топлива, садятся сотни пассажиров, загружается огромное количество груза.
Естественно, все это загрузить идеально относительно центра тяжести просто невозможно, однако есть выход. Необходимо прибегнуть к помощи пальца второй руки и поместить его сверху от условно задней части линейки, после чего сдвинуть «передний» палец к заднему. В итоге получилась относительно устойчивая конструкция. Можно еще сделать по другому: поместить «задний» палец под линейку и сдвинуть «передний» вперед, в сторону носовой части. Оба этих примера показывают принцип действия горизонтального хвостового оперения.
Более распространен именно первый тип, когда горизонтальные стабилизаторы создают силу, противоположную по направлению к подъемной силе крыльев. Ну и вторая их функция – управление по оси тангажа. Здесь все абсолютно также как и с вертикальным оперением. В наличии отклоняемая задняя кромка профиля, которая управляется из кокпита и увеличивает либо уменьшает силу, которую создает горизонтальный стабилизатор благодаря своему аэродинамическому профилю. Здесь следует сделать оговорку, относительно отклоняемой задней кромки, ведь некоторые самолеты, особенно боевые, имеют полностью отклоняемые плоскости, а не только их части, это касается и вертикального оперения, однако принцип работы и функции от этого не меняются.
Виды горизонтальных хвостовых оперений.
А теперь о том, почему конструкторы отходят от классической схемы. Сейчас самолетов огромное количество и их предназначение вместе с характеристиками очень сильно отличается. И, по сути, здесь необходимо разбирать конкретный класс самолетов и даже конкретный самолет в отдельности, но чтобы понять основные принципы будет достаточно нескольких примеров.
Первый - уже упоминаемый Ан-225, имеет двойное вынесенное вертикальное оперение по той причине, что он может нести на себе такую объемную вещь как челнок Буран, который в полете затенял бы в аэродинамическом плане единственный вертикальный стабилизатор, расположенный по центру, и эффективность его была бы чрезвычайно низкой. Т-образное оперение Ту-154 также имеет свои преимущества. Поскольку оно находится даже за задней точкой фюзеляжа, по причине стреловидности вертикального стабилизатора, плечо силы там самое большое (здесь можно опять прибегнуть к линейке и двум пальцам разных рук, чем ближе задний палец к переднему, тем большое усилие на него необходимо), потому его можно сделать меньшим и не таким мощным, как при классической схеме. Однако теперь все нагрузки, направленные по оси тангажа передаются не на фюзеляж, а на вертикальный стабилизатор, из-за чего тот необходимо серьезно укреплять, а значит и утяжелять.
Кроме того, еще и дополнительно тянуть трубопроводы гидравлической системы управления, что еще больше прибавляет вес. Да и в целом такая конструкция более сложная, а значит менее безопасная. Что же касается истребителей, почему они используют полностью отклоняемые плоскости и парные вертикальные стабилизаторы, то основная причина - увеличение эффективности. Ведь понятно, что лишней маневренности у истребителя быть не может.
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.
Состоит из горизонтального и вертикального оперения.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Запуски ракет с самолётов! Очень клёвая подборка!
✪ Самолеты БУДУЩЕГО
✪ Ту-144 - прикосновение к легенде (борт 77106, Монино)
✪ Самолет под мощный ТРД
✪ Самолеты в небе. Альбатрос-новичок. Первый полет и краш-тест | Хобби Остров.рф
Субтитры
Общие сведения
Основные требования к оперению:
- обеспечение высокой эффективности при минимальном лобовом сопротивлении и наименьшей массе конструкции;
- возможно меньшее затенение оперения другими частями самолёта - крылом , фюзеляжем , гондолами двигателей, а также одной части оперения другой;
- отсутствие вибраций и колебаний типа флаттера и бафтинга ;
- более позднее, чем на крыле, развитие волнового кризиса .
Горизонтальное оперение (ГО)
Обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности - стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. У самолётов с хвостовым расположением горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолёта - на фюзеляже или на верху киля (T-образная схема).
Рули и элероны
Ввиду полной идентичности конструкции и силовой работы рулей и элеронов в дальнейшем для краткости речь будет идти только о рулях, хотя все сказанное будет полностью применимо и к элеронам. Основным силовым элементом руля (и элерона, естественно), работающим на изгиб и воспринимающим практически всю перерезывающую силу, является лонжерон, который опирается на шарнирные опоры узлов подвески.
Основная нагрузка рулей - воздушная аэродинамическая, возникающая при балансировке, маневрировании самолёта или при полёте в неспокойном воздухе. Воспринимая эту нагрузку, лонжерон руля работает как неразрезная многоопорная балка. Особенность его работы заключается в том, что опоры руля закреплены на упругих конструкциях, деформации которых под нагрузкой существенно влияют на силовую работу лонжерона руля.
Восприятие крутящего момента руля обеспечивается замкнутым контуром обшивки, который в местах выреза под кронштейны крепления замыкается стенкой лонжерона. Максимальный крутящий момент действует в сечении кабанчика управления, к которому подходит тяга управления. Местом расположения кабанчика (тяги управления) по размаху руля можно существенно влиять на деформации руля при кручении.
Аэродинамическая компенсация рулей
В полёте при отклонении рулевых поверхностей возникают шарнирные моменты, которые уравновешиваются усилиями летчика на командных рычагах управления. Эти усилия зависят от размеров и угла отклонения руля, а также от скоростного напора. На современных самолётах усилия управления получаются слишком большими, поэтому приходится в конструкции рулей предусматривать специальные средства для уменьшения шарнирных моментов и уравновешивающих их усилий управления. С этой целью используется аэродинамическая компенсация рулей, суть которой заключается в том, что часть аэродинамических сил руля создают момент относительно оси вращения, противоположный основному шарнирному моменту.
Наибольшее распространение получили следующие виды аэродинамической компенсации:
- роговая - на конце руля часть его площади в виде «рога» располагается спереди от оси шарниров, что обеспечивает создание момента обратного знака по отношению к основному шарнирному;
- осевая - часть площади руля по всему размаху располагается спереди от оси шарниров (ось шарниров смещается назад), что уменьшает шарнирный момент;
- внутренняя - обычно используется на элеронах и представляет собой пластины, прикреплённые к носку элерона спереди, которые связаны гибкой перегородкой со стенками камеры внутри крыла. При отклонении элерона в камере создаётся разница давлений над и под пластинами, которая уменьшает шарнирный момент.
- сервокомпенсация - в хвостовой части руля шарнирно подвешивается небольшая поверхность, которая тягой связывается с неподвижной точкой на крыле или оперении. Эта тяга обеспечивает автоматическое отклонение сервокомпенсатора в сторону, противоположную отклонению руля. Аэродинамические силы на сервокомпенсаторе уменьшают шарнирный момент руля.
Углы отклонения и эффективность работы такого компенсатора пропорциональны углам отклонения руля, что не всегда оправдывает себя, так как усилия управления зависят не только от углов отклонения руля, но и от скоростного напора. Более совершенным является пружинный сервокомпенсатор, у которого за счёт включения в кинематику управления пружины с предварительной затяжкой углы отклонения пропорциональны усилиям управления руля, что наилучшим образом отвечает назначению сервокомпенсатора - уменьшать эти усилия.
Средства аэродинамической балансировки самолёта
Любой установившийся режим полёта самолёта, как правило, выполняется с отклоненными рулями, что обеспечивает уравновешивание - балансировку - самолёта относительно его центра масс. Возникающие при этом усилия на органах управления в кабине принято называть балансировочными. Чтобы зря не утомлять летчика и избавить его от этих ненужных усилий на каждой рулевой поверхности устанавливается триммер , позволяющий полностью снимать балансировочные усилия.
Триммер конструктивно полностью идентичен сервокомпенсатору и также шарнирно подвешивается в хвостовой части руля, но, в отличие от сервокомпенсатора, имеет дополнительное ручное или электромеханическое управление. Летчик, отклоняя триммер в сторону противоположную отклонению руля, добивается уравновешивания руля на заданном угле отклонения при нулевых усилиях на командном рычаге. В некоторых случаях используется комбинированная поверхность триммер-сервокомпенсатор, который при включении привода работает в качестве триммера, а при отключенном - выполняет функции сервокомпенсатора.
Следует добавить, что триммер может использоваться лишь в таких системах управления, в которых усилия на командных рычагах напрямую связаны с шарнирным моментом руля - системы механического безбустерного управления или системы с обратимыми бустерами. В системах с необратимыми бустерами - гидроусилителями - естественные усилия на огранах управления очень малы, и для имитации лётчику «механического управления» дополнительно создаются пружинными загрузочными механизмами и от шарнирного момента руля не зависят. В таком случае триммеры на рулях не ставятся, а балансировочные усилия снимаются специальными устройствами - механизмами эффекта триммирования, установленными в проводке управления.
Другим средством балансировки самолёта в установившемся режиме полёта может служить переставной стабилизатор. Обычно такой стабилизатор крепится шарнирно на задних узлах подвески, а передние узлы соединяются с силовым приводом, который, перемещая носовую часть стабилизатора вверх или вниз, изменяет углы его установки в полете. Подбирая нужный угол установки, летчик может уравновесить самолёт при нулевом шарнирном моменте на руле высоты. Этот же стабилизатор обеспечивает и требуемую эффективность продольного управления самолёта на взлете и посадке.
Средства устранения флаттера рулей и элеронов
Причиной возникновения изгибно-элеронного и изгибно-рулевого флаттера является их массовая несбалансированность относительно оси шарниров . Обычно центр масс рулевых поверхностей расположен позади оси вращения. В результате при изгибных колебаниях несущих поверхностей силы инерции, приложенные в центре масс рулей, за счёт деформаций и люфтов в проводке управления отклоняют рули на некоторый угол, что приводит к появлению дополнительных аэродинамических сил, увеличивающих изгибные деформации несущих поверхностей. С ростом скорости раскачивающие силы растут и при скорости, называемой критической скоростью флаттера, происходит разрушение конструкции.
Радикальным средством устранения данного вида флаттера является установка в носовой части рулей и элеронов балансировочных грузов с целью перемещения их центра масс вперед.
100-процентная весовая балансировка рулей, при которой центр масс располагается на оси вращения руля, обеспечивает полное устранение причины возникновения и развития флаттера.
Выбор и расчёт
На органы оперения в полёте действуют распределённые аэродинамические силы , величина и закон распределения которых задаются нормами прочности или определяются продувками . Массовыми инерционными силами оперения ввиду их малости обычно пренебрегают. Рассматривая работу элементов оперения при восприятии внешних нагрузок, по аналогии с крылом следует различать общую силовую работу агрегатов оперения как балок, в сечениях которых действуют перерезывающие силы, изгибающие и крутящие моменты, и работу местную от воздушной нагрузки, приходящейся на каждый участок обшивки с подкрепляющими её элементами.
Различные агрегаты оперения отличаются друг от друга назначением и способами закрепления, что вносит свои особенности в силовую работу и влияет на выбор их конструктивно-силовых схем. Требуемая эффективность оперения обеспечивается правильным выбором форм и расположения его поверхностей, а также численных значений параметров этих поверхностей. Чтобы избежать затенения органы оперения не должны попадать в спутную струю крыла, гондол и других агрегатов самолёта. Не меньшее влияние на эффективность оперения оказывает и применение компьютерных пилотажных систем. Например до появления достаточно совершенных самолётных
Конструкции,
Горизонтальное оперение (ГО)
Обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности - стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. У самолетов с хвостовым расположением горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолета - на фюзеляже или на верху киля (T-образноя схема).
Рули и элероны
Ввиду полной идентичности конструкции и силовой работы рулей и элеронов в дальнейшем для краткости речь будет идти только о рулях, хотя все сказанное будет полностью применимо и к элеронам. Основным силовым элементом руля (и элерона, естественно), работающим на изгиб и воспринимающим практически всю перерезывающую силу, является лонжерон, который опирается на шарнирные опоры узлов подвески.
Основная нагрузка рулей - воздушная аэродинамическая, возникающая при балансировке, маневрировании самолета или при полете в неспокойном воздухе. Воспринимая эту нагрузку, лонжерон руля работает как неразрезная многоопорная балка. Особенность его работы заключается в том, что опоры руля закреплены на упругих конструкциях, деформации которых под нагрузкой существенно влияют на силовую работу лонжерона руля.
Восприятие крутящего момента руля обеспечивается замкнутым контуром обшивки, который в местах выреза под кронштейны крепления замыкается стенкой лонжерона. Максимальный крутящий момент действует в сечении кабанчика управления, к которому подходит тяга управления. Местом расположения кабанчика (тяги управления) по размаху руля можно существенно влиять на деформации руля при кручении.
Аэродинамическая компенсация рулей
В полете при отклонении рулевых поверхностей возникают шарнирные моменты, которые уравновешиваются усилиями летчика на командных рычагах управления. Эти усилия зависят от размеров и угла отклонения руля, а также от скоростного напора. На современных самолетах усилия управления получаются слишком большими, поэтому приходится в конструкции рулей предусматривать специальные средства для уменьшения шарнирных моментов и уравновешивающих их усилий управления. С этой целью используется аэродинамическая компенсация рулей, суть которой заключается в том, что часть аэродинамических сил руля создают момент относительно оси вращения, противоположный основному шарнирному моменту.
Наибольшее распространение получили следующие виды аэродинамической компенсации:
- роговая - на конце руля часть его площади в виде «рога» располагается спереди от оси шарниров, что обеспечивает создание момента обратного знака по отношению к основному шарнирному;
- осевая - часть площади руля по всему размаху располагается спереди от оси шарниров (ось шарниров смещается назад), что уменьшает шарнирный момент;
- внутренняя - обычно используется на элеронах и представляет собой пластины, прикрепленные к носку элерона спереди, которые связаны гибкой перегородкой со стенками камеры внутри крыла. При отклонении элерона в камере создается разница давлений над и под пластинами, которая уменьшает шарнирный момент.
- сервокомпенсация - в хвостовой части руля шарнирно подвешивается небольшая поверхность, которая тягой связывается с неподвижной точкой на крыле или оперении. Эта тяга обеспечивает автоматическое отклонение сервокомпенсатора в сторону, противоположную отклонению руля. Аэродинамические силы на сервокомпенсаторе уменьшают шарнирный момент руля.
Углы отклонения и эффективность работы такого компенсатора пропорциональны углам отклонения руля, что не всегда оправдывает себя, т.к. усилия управления зависят не только от углов отклонения руля, но и от скоростного напора. Более совершенным является пружинный сервокомпенсатор, у которого за счет включения в кинематику управления пружины с предварительной затяжкой углы отклонения пропорциональны усилиям управления руля, что наилучшим образом отвечает назначению сервокомпенсатора - уменьшать эти усилия.
Средства аэродинамической балансировки самолета
Любой установившийся режим полета самолета, как правило, выполняется с отклоненными рулями, что обеспечивает уравновешивание - балансировку - самолета относительно его центра масс. Возникающие при этом усилия на органах управления в кабине принято называть балансировочными. Чтобы зря не утомлять летчика и избавить его от этих ненужных усилий на каждой рулевой поверхности устанавливается триммер , позволяющий полностью снимать балансировочные усилия.
Триммер конструктивно полностью идентичен сервокомпенсатору и также шарнирно подвешивается в хвостовой части руля, но, в отличие от сервокомпенсатора, имеет дополнительное ручное или электромеханическое управление. Летчик, отклоняя триммер в сторону противоположную отклонению руля, добивается уравновешивания руля на заданном угле отклонения при нулевых усилиях на командном рычаге. В некоторых случаях используется комбинированная поверхность триммер-сервокомпенсатор, который при включении привода работает в качестве триммера, а при отключенном - выполняет функции сервокомпенсатора.
Следует добавить, что триммер может использоваться лишь в таких системах управления, в которых усилия на командных рычагах напрямую связаны с шарнирным моментом руля - системы механического безбустерного управления или системы с обратимыми бустерами. В системах с необратимыми бустерами - гидроусилителями - естественные усилия на огранах управления очень малы, и для имитации лётчику «механического управления» дополнительно создаются пружинными загрузочными механизмами и от шарнирного момента руля не зависят. В таком случае триммеры на рулях не ставятся, а балансировочные усилия снимаются специальными устройствами - механизмами эффекта триммирования, установленными в проводке управления.
Другим средством балансировки самолета в установившемся режиме полета может служить переставной стабилизатор. Обычно такой стабилизатор крепится шарнирно на задних узлах подвески, а передние узлы соединяются с силовым приводом, который, перемещая носовую часть стабилизатора вверх или вниз, изменяет углы его установки в полете. Подбирая нужный угол установки, летчик может уравновесить самолет при нулевом шарнирном моменте на руле высоты. Этот же стабилизатор обеспечивает и требуемую эффективность продольного управления самолета на взлете и посадке.
Средства устранения флаттера рулей и элеронов
Причиной возникновения изгибно-элеронного и изгибно-рулевого флаттера является их массовая несбалансированность относительно оси шарниров . Обычно центр масс рулевых поверхностей расположен позади оси вращения. В результате при изгибных колебаниях несущих поверхностей силы инерции, приложенные в центре масс рулей, за счет деформаций и
