Тема 6 Конструкция хвостового оперения самолёта

Оперением самолета называются аэродинамические поверхности, которые служат для ба­лансировки самолета, а также для обеспечения потребной устойчивости и управляемости относительно всех осей.
К оперению самолета относятся неподвижные и подвижные части горизонтального и вертикального оперения (рис. 4.15). Горизонтальное оперение обеспечивает продольную балансировку, устойчивость и управляемость и состоит из неподвижного или малоподвижного стабилизатора и руля высоты. Вертикальное оперение обеспечивает путевую балансировку, устойчивость и управляемость и состоит, как правило, из неподвижного киля и руля направления.

Несущие поверхности, предназначенные для создания устойчи­вости, управляемости и балансировки самолета, называют опере­нием.

Продольная балансировка, устойчивость и управляемость само­лета обычной схемы обеспечиваются горизонтальным оперением, путевая балансировка, устойчивость и управляемость — вертикаль­ным оперением, балансировка и управление самолета относительно продольной оси —элеронами. Оперение (рис. 8.1, а) обычно состоит из неподвижных поверхностей, служащих для обеспечения равно­весия (балансировки) и устойчивости, и подвижных поверхностей, при отклонении которых создаются аэродинамические моменты, необходимые для равновесия (балансировки) и управления поле­том. Неподвижная часть горизонтального оперения называется ста­билизатором, а вертикального — килем. К стабилизатору шарнирпо крепится руль высоты, состоящий обычно из двух половин, а к килю — руль направления. Действие аэродинамических рулей ос­новано на изменении при постоянном угле атаки аэродинамической силы профиля вследствие изменения его кривизны (рис. 6. 1.- б). Искривление профиля приводит к возникновению силы R_го, кото­рая благодаря большому плечу относительно центра тяжести само­лета создает момент, уравновешивающий суммарный момент тяги двигателей, сил, возникающих на крыле, фюзеляже и других частях самолета. Таким образом, момент оперения балансирует самолет. Отклонением руля в ту или другую сторону можно изменить не только значение, но и направление момента, и таким образом вы звать 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_pa. Шарнир­ный момент 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 достигается применением аэродинамической компенсации. Обычно у самолетов оперение располагается позади крыла, но у сверхзвуковых самолетовстала все чаще применяться схема «утка». У таких самолетов горизонтальное оперение располагается впереди крыла и является несущим.

Как уже отмечалось, при переходе к сверхзвуковой скорости Полета на самолете возникает мощный пикирующий момент, для компенсации которого необходимо увеличивать направленную вниз подъемную силу горизонтального оперения. Если при дозвуковой скорости полета отрицательная подъемная сила горизонтального оперения приблизительно составляет 0,1У_Кр, то при сверхзвуковой скорости полета она равна (0,25—0,3) У_кр. Балансировка самолета обеспечивается отклонением руля высоты вверх, что приводит к увеличению лобового сопротивления самолета и уменьшению аэро­динамического качества.

Рис. 6.1. Оперение самолета и схема его работы:

1- форкиль; 2 — зализ; 3 — проблесковый маяк; 4—киль; 5 — руль направления; б — трим­мер руля направления; 7 — сервокомпенсатор; 8 — триммер руля высоты; 9 — руль высоты; 10 — стабилизатор; 11 —- фальшкиль

При переднем расположении горизонтального оперения повы­шается его эффективность (оперение не затенено крылом), что требует меньшего отклонения рулевых поверхностей при баланси­ровке самолета. Однако схема «утка» имеет ряд недостатков: срыв потока у оперения наступает раньше, чем на крыле, в результате чего возникают продольные колебания самолета; из-за удлинен­ной носовой части самолета снижается путевая устойчивость, при полёте на больших углах атаки(при посадке) срыв потока на оперении

вызывает опасное и быстрое опускание носовой части самолёта («кивок»).

Для устранения отрицательных последствий схемы «утка» при дозвуковом полёте носовое оперение должно убираться из потока, либо находиться во флюгерном положении или фиксироваться в определенном положении(если в при полёте на дозвуковой скорости оно фиксировалось) при переходе на сверхзвуковой скорость. Сверхзвуковые самолеты больших размеров по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом (ТУ-144, «Конкорд»).

Поперечное и продольное управление осуществляется с помощью элеронов, установленных на задней кромке крыла.

При отклонении ручки управления самолётом влево или вправо элевоны - выполняют роль обычных элеронов и служат для поперечного управления и балансировки самолёта. При отклонении ручки управления от себя или на себя ( как штурвальной колонки на обычных самолетах) они одновременно отклоняются вверх или вниз и используются для продольного управления самолётом. Элероны (рули крена) располагаются на концевой части крыла. Принцип действия их заключается в перераспределении аэродинамической нагрузки по размаху крыла. Если, к примеру левый элерон откланяется вниз, а правый вверх, то подъёмная сила(Y), то подъемная сила левой половины крыла возрастает, а правой половины крыла уменьшается. В результате возникает момент накреняющий самолёт.

Разнесенное вертикальное оперение применяется с целью увеличения его эффективности за счет выноса киля из области аэродинамической «тени» от носовой части фюзеляжа.

На некоторых самолетах применяют V-образное оперение (рис. 4.20), выполняющее одновременно функции горизонтального и вертикального оперения. Рули такого оперения могут отклоняться в одну или разные стороны.

Рис. 4.20. Схема работы рулей V-образного оперения:
а – как рулей высоты; б – как рулей направления

Важное значение имеет расположение частей хвостового оперения относительно крыла. При попадании горизонтального оперения в завихренную спутную струю крыла его эффективность сильно снижается, а возможность возникновения опасных колебаний увеличивается. Поэтому горизонтальное оперение устанавливается так, чтобы оно не попадало в спутную струю крыла на основных режимах полета, – приходится выносить на самый верх киля. Такая схема (Т-образное оперение) наиболее безопасна, но она приводит к утяжелению конструкции киля.