Аэродинамическая компенсация

Рулей и элеронов

Управляемость самолета оценивается по тем усилиям, которые прикладывает летчик к рычагам управления. Величина этих усилий зависит не только
от кинематической схемы системы управления,
но и от величины аэродинамических моментов
относительно оси вращения рулей и элеронов, возникающих при их отклонении.

Понятие о шарнирном моменте. Шарнирным называется момент аэродинамической нагрузки руля относительно его оси вра­щения:

,

где R — аэродинамическая нагрузка руля;

— расстояние ц.д. руля от оси вращения.

Рис. 7.2. Шарнирный момент

Шарнирные моменты всегда противодействуют отклонению руля, и поэтому вызывают усилия на командных рычагах, которые преодолеваются пилотом.

Шарнирный момент считается положительным,
если он стремится отклонить руль (элерон) в положительном направлении (руль высоты – вниз, руль направления – вправо, правый элерон – вниз).

Величина Мш зависит от формы и размеров рулей (элеронов), углов их отклонения. Скорости полета
и плотности окружающей среды и определяется по формуле:

М_ш = m b q ,

где m — коэффициент шарнирного момента;

S — площадь руля в м;

b — средняя геометрическая хорда руля;

q = — скоростной напор в области руля в .

У современных скоростных самолетов, имеющих большие размеры органов управления и совершающих полет с большими скоростными напорами,
шарнирные моменты велики.

Аэродинамическая компенсация рулей и элеронов служит для уменьшения усилий на командных рычагах посредством уменьше­ния шарнирного момента.

Принцип любой аэродинамической компенсации заключается в том, чтобы приблизить возникающую при отклонении руля аэродинамическую силу к оси вращения руля.

Существуют следующие виды аэродинамической компенсации:

а) осевая компенсация;

б) роговая компенсация;

в) внутренняя компенсация;

г) сервокомпенсация;

д ) триммер.

Осевая компенсация состоит в том, что ось вращения руля (или элерона) смещена назад так, чтобы пло­щадь, расположенная перед осью вращения, составляла 25—28% от площади руля. Компенсация создается частью руля, расположенного впереди оси вращения.

Рис.7.3. Осевая компенсация

При смещении оси вращения назад от передней кромки часть руля, находящаяся перед осью вращения (компенсатор), создает шарнирный момент обратного знака. Это приведет к уменьшению суммарного шарнирного момента (рис. 7.3,а). Если ось вращения совместить с центром давления руля, то шарнирный момент станет равным нулю – руль будет полностью скомпенсирован. При дальнейшем смещении оси вращения руля назад появится шарнирный момент обратного знака. Это неблагоприятное явление называется перекомпенсацией руля. В практике самолетостроения перекомпенсация не допускается, т.к. приводит к появлению обратных усилий на рычагах управления.

Осевая компенсация широко распространена из-за простоты конструктивного выполнения и хороших аэродинамических характеристик.

Рис.7.3. Роговая компенсация

Роговая компенсация состоит в том, что перед осью вра-щения создают дополнительную площадь – рог, аэродинамическая нагрузка которого дает компенсирующий момент. Аэродинамическая сила, возникающая на роговом компенсаторе, создает шарнирный момент, противоположный по знаку шарнирному моменту от основного руля, и тем самым уменьшает результирующий шарнирный момент.

На современных самолетах роговая компенсация применяется сравнительно редко, т.к. создает неравномерный эффект компенсации вдоль размаха руля
и при больших углах отклонения руля приводит к отрыву потока от его поверхности, вызывающему тряску.

Внутренняя компенсация, широко применяемая на элеронах, осуществляется при помощи мягкой герметической перегородки (диафрагмы). Шарнирный
момент уменьшается благодаря моменту сил, действующих на компенсатор, расположенный в полости
с узкими щелями внутри оперения (крыла).

Рис. 7.4. Внутренняя компенсация

Верхняя часть полости герметически отделена от нижней гибкой диафрагмой. Компенсатор воздушным потоком не обтекается, а находится под действием разности давлений, возникающих в полости при отклонении руля (элерона). Преимущество внутренней компенсации заключается в том, что компенсатор не вносит никаких возмущений в поток, что особенно важно при больших числах М.

Недостатком такой компенсации является ограничение диапазона отклонения органов управления,
в особенности, при тонком профиле оперения (крыла).

Сервокомпенсатор – это дополнительный руль, кинематически связанный с основным рулем и неподвижной частью оперения . При отклонении руля
в одну сторону сервокомпенсатор отклоняется в противоположную, вследствие чего на сервокомпенсатор действуют аэродинамические силы, уменьшающие шарнирный момент руля.

Аэродинамическая компенсация, если она правильно подобрана, уменьшает шарнирный момент, но не сводит его к нулю.

При продолжительном полете на каком-либо режиме целесообразно шарнирный момент свести к нулю. Для этой цели применяются триммеры.

Триммер – вспомогательная рулевая поверхность, которая устанавливается в задней части руля или элерона, не связанная кинематически с отклонением руля. Летчик управляет триммером непосредственно из кабины. Основное назначение триммера – балансировка самолета.

Рис. 7.5. Сервокомпенсатор Рис. 7.6.Триммер

Для получения нулевого шарнирного момента триммер отклоняется на соответствующий угол, противоположный по знаку углу отклонения основного руля.

Уменьшить шарнирный момент руля высоты можно также отклонением (перестановкой) подвижного (переставного) стабилизатора.

Переставной стабилизатор, устанавливаемый
в полете на некоторый угол атаки, позволяет при длительных полетах на определенном режиме уменьшить необходимые углы отклонения рулей высоты. Это
в значительной мере снижает усилия, прикладываемые летчиком к ручке управления.

При больших скоростях полета на величину шарнирного момента значительное влияние оказывает сжимаемость воздуха.

При переходе от дозвуковых скоростей к сверхзвуковым происходит существенное увеличение как шарнирных моментов, так и усилий на рычагах управления. Управление самолетом без соответствующих устройств в системе управления становится невозможным.

Устройства, воспринимающие резко возросшие усилия на рычагах управления, называются гидроусилителямиили бустерами. При наличии гидроусилителя – вспомогательного механизма, управляющего рулями, летчик управляет уже только этим механизмом, что гораздо легче. Чем управлять рулями.

На больших самолетах гидроусилители являются
в настоящее время единственным средством, обеспечивающим приемлемые усилия на рычагах управления.

Рис. 7.7. Виды аэродинамической компенсации

Рис. 6.13. Сервокомпенсатор

Вопросы для повторения

1. Что называется статической управляемостью?

2. Что называется динамической управляемостью?

3. При большой или малой степени управляемости самолета “строг” в управляемости?

4. Что понимается под степенью управляемости?

5. Что обеспечивает продольная управляемость самолета?

6. Что называется продольной управляемостью?

7. Почему при отклонении элеронов происходит разворот самолета в сторону крена?

8. Что необходимо чтобы при развороте самолета не возникал крен?

9. Когда и зачем применяется дифференциальное отклонение элеронов?

10. Что понимается под дифференциальным отклонением элеронов?

11. Перечислите особенности управляемости скоростных самолетов.

12. Что называется равенством элеронов?

13. Для чего применяется аэродинамическая компенсация рулей и элеронов?

14. Что называется управляемостью самолета?

15. Как количественно можно охарактеризовать управляемость?