Аэродинамические характеристики оперения и рулей.

Общие сведения. Горизонтальное и вертикальное оперения предназначены для обеспечения устойчивости и управляемости самолета. Маневрирование осуществляется за счет изменения аэродинамических сил и моментов относительно центра масс самолета при отклонении управляющих поверхностей. Управление осуществляется по тангажу, крену и направлению.

Управление тангажом осуществляется рулём высоты или управляемым стабилизатором. К органам управления креном относятся элероны, элевоны. В некоторых случаях в качестве органа управления креном используются дифференциально отклоняемые половины стабилизатора.

У самолета, выполненного по схеме бесхвостка органами управления тангажом, а вместе с тем и креном служат элевоны расположенные вдоль задней кромки крыла. Элевоны при отклонении на правой и левой половинах крыла в одну сторону, выполняют функцию органа управления тангажом, при отклонении в противоположные стороны — функцию органа управления креном. Разделение элевонов на секции позволяет использовать корневые секции только в качестве органов управления тангажом, концевые секции в качестве органов управления креном, а средние секции — в качестве органов управления тангажом и креном одновременно.

К органам управления по направлению относятся руль направления и управляемый (поворотный) киль.

Горизонтальное и вертикальное оперения по геометрическим параметрам являются крыльями, при этом надо иметь в виду, что в площадь горизонтального оперения включается площадь внутри фюзеляжа или вертикального оперения. При расчёте аэродинамических характеристик оперения применяются те же формулы, что и для крыла.

Несущие свойства рулей. Управляющий момент оперения относительно центра тяжести самолёта создаётся за счёт его подъёмной силы. Изменение момента происходит за счёт изменения подъёмной силы оперения, которая, в свою очередь, меняется из – за изменения угла атаки α и увеличения кривизны оперения при повороте руля на угол δ р. Для вертикального оперения углом атаки будет угол скольжения β т.е. угол, образованный между плоскостью симметрии самолёта и набегающим потоком.

Подъёмная сила, создаваемая оперением определяется по формуле

Уоп. = Суоп. (ρ V²оп. / 2) Sоп. (7.1.)

Рис. 7.1. Шарнирный момент.

Шарнирный момент рулевых поверхностей. Аэродинамическая компенсация.

При отклонении рулей, аэродинамические силы, действующие на рули, создают относительно оси поворота руля момент М ш, который называют шарнирным (рис. 8.1.) Этот момент уравновешивается усилием пилота или силой специальных устройств которые прикладывается к рычагам управления для фиксации руля в нужном положении. Величина шарнирного момента определяется формулой

Мш (7.1.) где mш - коэффициент шарнирного момента; Sp - площадь руля; bp - средняя хорда руля; Xp = расстояние от шарнира до центра руля; Из формулы (7.1.) следует, что с ростом скорости и увеличением размеров самолёта возрастает и величина шарнирного момента. На тяжелых и скоростных самолётах нагрузка на управление может достигать до нескольких тонн. Для обеспечения приемлемых нагрузок на рычаги управления используются как механические устройства так и аэродинамическая компенсация. Смысл аэродинамической компенсации состоит в том, что центр давления аэродинамических сил, действующих на рули, максимально возможно приближается к оси вращения руля. К основным видам аэродинамической компенсации относятся: осевая, роговая, сервокомпенсация, внутренняя компенсация.

Осевая компенсация ( рис. 7.2. 1.) заключается в смещении оси вращения руля ближе к центру давления. При роговой компенсации (рис.7.2.2.) концевые части руля выносятся перед осью вращения, в этом случае центр давления перемещается ближе к оси вращения. Сервокомпенсатор (рис. 7.2. 3) представляет собой управляющею поверхность, расположенную на задней кромке руля, которая при повороте руля отклоняется в противоположную сторону, что способствует перемещению центра давления к оси вращения руля. Внутренней компенсатор (рис.7.1.4.) представляет собой камеру, в которой при отклонении руля возникает разность давлений. Это воздействие передаётся на пластину компенсатора, что способствует перемещению центра давления системы к оси руля. Для снятия усилий со штурвала широко используется триммер ( рис. 7.3.), который представляет собой дополнительную поверхность на задней кромке руля. Положением триммера управляет пилот, при отклонении триммера на определённый угол меняется величина щарнирного момента.

Рис. 7.2. Виды аэродинамической компенсации.

Рис. 7.3. Схема работы триммера.

Контрольные вопросы.

1. Как осуществляется управление по тангажу?

2. Для чего служат элевоны?

3. Назовите геометрические параметры горизонтального и вертикального оперения?

4. В чём состоит сущность осевой компенсации?

5. Чем отличается триммер от сервокомпенсатора?