Оперение самолета предназначено. Хвостовое оперение самолета

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПЕРЕНИЕ САМОЛЁТА

Оперемние (оперение летательного аппарата, ракеты) - аэродинамические поверхности, обеспечивающие устойчивость, управляемость и балансировку самолёта в полёте. Оно состоит из горизонтального и вертикального оперения.

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).

В схеме «утка» оперение располагается в носовой части самолёта перед крылом. Возможна комбинированная схема, когда у самолёта с хвостовым оперением ставится дополнительное переднее оперение - схема с ПГО (переднее горизонтальное оперение), позволяющая использовать преимущества обеих указанных схем. Схемы «бесхвостка», «летающее крыло» горизонтального оперения не имеют.

Неподвижный стабилизатор обычно имеет фиксированный угол установки относительно продольной оси самолёта. Иногда предусматривается регулировка этого угла на земле. Такой стабилизатор называется переставным.

На тяжёлых самолётах для повышения эффективности продольного управления угол установки стабилизатора с помощью дополнительного привода может изменяться в полёте, обычно на взлёте и посадке, а также для балансировки самолёта на заданном режиме полёта. Такой стабилизатор называется подвижным.

На сверхзвуковых скоростях полёта эффективность руля высоты резко падает. Поэтому у сверхзвуковых самолётов вместо классической схемы ГО с рулем высоты применяется управляемый стабилизатор (ЦПГО), угол установки которого регулируется лётчиком с помощью командного рычага продольного управления или бортовым компьютером самолёта. Руль высоты в этом случае отсутствует.

Вертикальное оперение (ВО)

Обеспечивает самолёту путевую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси. Оно состоит из неподвижной поверхности - киля и шарнирно подвешенного к нему руля направления.

Цельноповоротное ВО применяется весьма редко. Эффективность ВО можно повысить путём установки форкиля - передний наплыв в корневой части киля и дополнительным подфюзеляжным гребнем. Другой способ - применение нескольких (обычно не более двух одинаковых) килей.

Формы оперения

Т-образное хвостовое оперение самолёта (Ту-154)

Формы поверхностей оперения определяются теми же параметрами, что и формы крыла: удлинением, сужением, углом стреловидности, аэродинамическим профилем и его относительной толщиной. Как и в случае с крылом различают трапецевидное, овальное, стреловидное и треугольное оперение.

Схема оперения определяется числом его поверхностей и их взаимным расположением. Наиболее распространены следующие схемы:

Схема с центральным расположением вертикального оперения в плоскости симметрии самолёта - горизонтальное оперение в этом случае может располагаться как на фюзеляже, так и на киле на любом удалении от оси самолёта (схему с расположением ГО на конце киля принято называть Т-образным оперением).

Пример: Ту-154

Схема с разнесенным вертикальным оперением - (часто называют Н-образным) две его поверхности могут крепиться по бокам фюзеляжа или на концах ГО. В двухбалочной схеме фюзеляжа поверхности ВО устанавливаются на концах фюзеляжных балок. На самолётах типа «утка», «бесхвостка», «летающее крыло» разнесенное ВО устанавливается на концах крыла или в средней его части.

Пример: Пе-2, Lockheed P-38 Lightning

V-образное оперение, состоящее из двух наклонных поверхностей, выполняющих функции и горизонтального и вертикального оперения. Из-за сложности управления и, как следствие, малой эффективности такое оперение широкого применения не получило. (Правда применение компьютерных пилотажных систем изменило ситуацию в лучшую сторону. Текущее управление V-образным оперением в оснащенных им новейших самолётах берет на себя бортовой компьютер, - пилоту лишь достаточно задать стандартной ручкой управления направление полёта (влево-вправо, вверх-вниз), и компьютер сделает все, что для этого нужно).

Пример: F-117

Скошенное оперение (типа «бабочка», или оперение Рудлицкого)

Пример: Me.262 HG III

Стабилизаторы и кили

Имеют полную аналогию с крылом, как по составу и конструкции основных элементов - лонжеронов, продольных стенок, стрингеров, нервюр, так и по типу силовых схем. Для стабилизаторов вполне успешно используются лонжеронная, кессонная и моноблочная схемы, а для килей последняя схема применяется реже, из-за определённых конструктивных трудностей при передаче изгибающего момента с киля на фюзеляж. Контурный стык силовых панелей киля с фюзеляжем в этом случае требует установки большого числа силовых шпангоутов или установки на фюзеляже в плоскости силовых панелей киля мощных вертикальных балок, опирающихся на меньшее число силовых шпангоутов фюзеляжа.

У стабилизаторов можно избежать передачи изгибающих моментов на фюзеляж, если лонжероны или силовые панели левой и правой его поверхностей связать между собой по кратчайшему пути в центральной его части. Для стреловидного стабилизатора это требует перелома оси продольных элементов по борту фюзеляжа и установки двух усиленных бортовых нервюр. Если продольные элементы такого стабилизатора без перелома осей доходят до плоскости симметрии самолёта, то кроме бортовых силовых нервюр, передающих крутящий момент, потребуется ещё одна силовая нервюра в плоскости симметрии самолёта.

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, т.к. 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

Глубокое сваливание у самолётов с Т-образным оперением.

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 различают 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 бортовых компьютеров V-образное оперение почти не применялось, из-за его сложности в управлении.

Более позднее наступление волнового кризиса на оперении достигается увеличенными по сравнению с крылом углами стреловидности и меньшими относительными толщинами. Избежать флаттера и бафтинга можно известными мерами устранения этих явлений аэроупругости.

Конструкция оперения

Оперение самолетов по внешним формам, характеру нагружения и работе подобно крылу. Поэтому оно состоит из тех же конструктивных элементов, что и крыло.

Силовая схема стабилизатора и киля состоит из продольного набора (лонжеронов, стенок и стрингеров), поперечного набора (нервюр) и обшивки. Как и крылья, стабилизатор и киль могут быть лонжеронными или моноблочными (кессонными). На малых и средних скоростях полета при малых удлинениях стабилизатора и киля более выгодной оказывается лонжеронная конструкция.

Конструкция киля по сравнению со стабилизатором особых отличий не имеет. На небольших сверхзвуковых самолетах при большой стреловидности киля применяют лонжеронную схему с внутренним подкосом.

На больших самолетах стабилизаторы и кили обычно выполняют моноблочными с двумя или тремя лонжеронами.

Хвостовое оперение

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» X. О. предназначено для придания устойчивости и управляемости самолету. X. О. состоит изстабилизатора, рулей высоты, киля и руля управления.

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-15

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

оперение хвостовой самолет киль

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

Т-образное оперение самолета содержит киль, на верхней части которого закреплен поворотный стабилизатор, снабженный приводом и шарнирными узлами крепления, состоящими из пары вилок, каждая из которых включает в себя внешнюю и внутреннюю проушины на лонжероне стабилизатора и проушину киля, в отверстиях которых на подшипниках смонтировано соединительное устройство. Каждая из проушин киля состоит из двух частей и в ней установлен стакан с шаровым подшипником. Каждая внешняя и внутренняя проушины вилки стабилизатора соединены с проушинами киля полым болтом, внутри которого размещен дублирующий болт, стянутый гайкой, поверх которого установлена гайка со стопором для фиксации положения проушин киля относительно вилки. Концы упомянутых полых болтов расположены между вилками с торцевым зазором и соединены между собой охватывающей их промежуточной втулкой, на внешней стороне которой установлена качалка управления рулями стабилизатора, зафиксированная стопорным кольцом с болтом. Изобретение направлено на повышение живучести самолета. 6 ил.

Известны самолеты с Т-образным хвостовым оперением, у которого поворотный стабилизатор закреплен на задних шарнирных соединениях с общей осью вращения, состоящей из проушин, вилок и соединяющих их болтов, и имеющий переднее шарнирное соединение, связанное с каркасом самолета механизмом управления стабилизатора (см. Руководство по эксплуатации самолета ТУ-154М, раздел 055.50.00, стр.3/4, рис.1, февраль 22/85).

Однако известное устройство обладает целым рядом недостатков.

Отсутствует дублирование жизненно важных элементов, т.е. тех элементов, разрушение которых приводит к катастрофе самолета. Такими элементами являются задние шарнирные соединения установки поворотного стабилизатора на киль самолета. Безопасность полета обеспечивается за счет очень малых расчетных напряжений в элементах шарнирных узлов, что приводит к дополнительному весу конструкции, т. к. приходится увеличивать габариты (толщину) проушин, габариты обтекателей, прикрывающих эти проушины, а значит и увеличению аэродинамического сопротивления.

Задачей настоящего изобретения является увеличение живучести самолета путем повышения надежности конструкции Т-образного хвостового оперения.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что конструкция подвижного крепления стабилизатора на киле имеет дублирующие жизненноважные элементы.

Хвостовое оперение самолета имеет поворотный стабилизатор 1, закрепленный на киле 2 на двух шарнирных узлах крепления с соединительным устройством, каждый из которых состоит из вилки (см. фиг.2), содержащей внешнюю проушину 3 и внутреннюю проушину 4, которые выполнены на лонжероне 5 стабилизатора 1, и проушины 6 киля 2. В проушине 6 установлен стакан 7, закрепленный гайкой 8, в котором размещен шаровый подшипник 9, зафиксированный гайкой 10. Проушины 3,4 вилки соединяются с проушиной 6 болтом 11, внутри которого расположен дублирующий болт 12, затянутый гайкой 13. Пакет деталей 9,14 через болт 11 стянут гайкой 15, имеющей внешнюю левую резьбу. На гайку 15 наворачивается гайка 16, фиксирующая положение проушины 6 относительно вилки киля. Гайка 16 стопорится шайбой 17. Концы болтов 11 соединены втулкой 18 с бронзовым вкладышем. На втулке 18 с внешней стороны установлена качалка 19 управления рулями стабилизатора, которая фиксируется на ней кольцом 20 через болт 21, одновременно соединяющим втулку 18 с болтом 11.

Работа осуществляется следующим образом.

В случае разрушения в соединительном устройстве болта 11, нагрузку воспринимает болт 12. Проушина 6 киля 2 состоит из двух частей равной толщины и, в случае разрушения одной из половин, нагрузку воспринимает вторая половина проушины.

При разрушении одной из четырех проушин 3,4 вилок стабилизатора аэродинамическая нагрузка от него передается на проушины 6 киля 2 через изгиб полых болтов 11, соединенных между собой втулкой 18, берущей изгибающий момент и перерезывающую силу в месте стыка болтов. При разрушении внешней проушины 3 вилки стабилизатора полые болты 11 с втулкой 18 работают как консольная балка, опертая на соседнее шарнирное соединение и внутреннюю проушину 4 вилки. При разрушении внутренней проушины 4 болты с втулкой 18 работают как двухопорная балка, опирающаяся на внешнюю проушину 3 вилки стабилизатора и соседнее шарнирное соединение.

Использование изобретения позволит обеспечить повышение надежности и снижение аварий и катастроф путем увеличения безопасности полетов самолетов с Т-образным хвостовым оперением за счет дублирования жизненноважных элементов конструкции крепления стабилизатора на киле.

Формула изобретения

Хвостовое оперение самолета, содержащее киль, на верхней части которого закреплен поворотный стабилизатор, снабженный шарнирными узлами крепления с соединительным устройством на подшипниках, состоящими из пары вилок, каждая из которых включает в себя внешнюю и внутреннюю проушины на лонжероне стабилизатора и проушину киля, отличающееся тем, что соединительное устройство установлено в обеих вилках стабилизатора и проушинах киля, при этом каждая из проушин киля состоит из двух частей и в ней установлен стакан с шаровым подшипником, а каждая внешняя и внутренняя проушины вилки стабилизатора соединены с проушинами киля полым болтом, внутри которого размещен дублирующий болт, стянутый гайкой, поверх которого установлена гайка со стопором для фиксации положения проушин киля относительно вилки, при этом концы упомянутых полых болтов расположены между вилками с торцевым зазором и соединены между собой охватывающей их промежуточной втулкой, на внешней стороне которой установлена качалка управления рулями стабилизатора, зафиксированная стопорным кольцом с болтом.

Конструкция хвостового оперения существенно зависит от общей схемы самолета. Из за особенностей размещения, эффективность оперения находится под влиянием крыла и воздушного винта. Установка оперения на фюзеляже или хвостовых балках определяет и конструктивную схему фюзеляжа (балок) в этом месте.

Примеры схем хвостового оперения, заимствованные из практики приведены на рис 4. Возможны и другие варианты хвостового оперения, которые здесь не рассматриваются (например схема V-образного оперения).

Основные схемы оперения

Наиболее распространенной является схема с одним килем и стабилизатором, установленным на фюзеляже или киле - (Рис 4 а, б, в). Она обеспечивает конструктивную простоту и жесткость, хотя в случае Т-образного хвостового оперения (Рис 4в) необходимо принимать меры, предотвращающие его флаттер.

Схема Т-образного оперения обладает и рядом приемуществ. Расположение горизонтального оперения в верхней части киля создает для последнего эффект концевой шайбы, что может способствовать уменьшению потребной площади вертикального оперения. С другой стороны высокорасположенное горизонтальное оперение находится в зоне небольшого скоса потока от крыла при средних (полетных) углах атаки, что позволяет уменьшить потребную площадь горизонтального оперения. Таким образом площадь Т-образного оперения может быть меньше площади оперения с низким расположением горизонтального оперения.

Необходимая площадь вертикального оперения в значительной мере определяется длиной и площадью боковой проекции части фюзеляжа, находящейся впереди центра тяжести самолета. Чем длиннее носовая част фюзеляжа, (и больше площадь ее боковой проекции) тем при прочих равных условиях больше площадь вертикального оперения, необходимая для устранения дестабилизирующего момента этой части фюзеляжа.

Если двигатели расположены на крыле, то полет с одним отказавшим двигателем является условием для выбора размеров киля и руля направления многодвигательного самолета.

Значительная высота вертикального оперения (в случае его потребной площади) может привести к появлению моментов по крену при отклонении руля направления в результате большого плеча между центром давления вертикального оперения и продольной осью самолета. Если такая опасность существует, заслуживает внимания разнесенная двухкилевая схема хвостового оперения, уменьшающая этот эффект (Рис 4д). Для двухбалочной (Рис 4г) или рамной схемы самолета выбор такого оперения очевиден. Поскольку расположение килей на концах горизонтального оперения создает эффект концевых шайб, то площадь горизонтального оперения может быть уменьшена.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Устойчивость, управляемость самолета. Принцип действия рулей. Центровка самолета, фокус его крыла. Понятие аэродинамической компенсации. Особенности поперечной устойчивости и управляемости на больших скоростях полета. Боковая устойчивость и управляемость.

лекция , добавлен 23.09.2013

Элероны - подвижные части крыла, расположенные у задней кромки крыла на его концах и отклоняемые одновременно в противоположные стороны. Отклонение одного элерона вверх, а другого вниз приводит к созданию поперечного момента, вызывающего крен самолета.

контрольная работа , добавлен 25.05.2008

Конструктивные и аэродинамические особенности самолета. Аэродинамические силы профиля крыла самолета Ту-154. Влияние полетной массы на летные характеристики. Порядок выполнения взлета и снижения самолета. Определение моментов от газодинамических рулей.

курсовая работа , добавлен 01.12.2013

Геометрические и аэродинамические характеристики самолета. Летные характеристики самолета на различных этапах полета. Особенности устойчивости и управляемости самолета. Прочность самолета. Особенности полета в неспокойном воздухе и в условиях обледенения.

книга , добавлен 25.02.2010

Расчет геометрических характеристик фюзеляжа самолета, горизонтальное оперение. Расчет минимального коэффициента лобового сопротивления пилона. Взлетно-посадочные характеристики самолета. Построение зависимости аэродинамического качества от угла атаки.

курсовая работа , добавлен 29.10.2012

Схемы крыла, фюзеляжа, оперения, шасси и двигателей самолета. Удельная нагрузка на крыло. Расчет стартовой тяговооруженности, взлетной массы и коэффициента отдачи по коммерческой нагрузке. Определение основных геометрических параметров самолета.

курсовая работа , добавлен 20.09.2012

Техническое описание самолета. Система управления самолетом. Противопожарная и топливная система. Система кондиционирования воздуха. Обоснование проектных параметров. Аэродинамическая компоновка самолета. Расчет геометрических характеристики крыла.

курсовая работа , добавлен 26.05.2012

Построение докритической поляры самолета Ан-225. Рекомендуемые значения толщин профилей крыла и оперения. Расчёт полётных характеристик самолёта, построение зависимости коэффициента подъемной силы от угла атаки. Зависимость отвала поляры от числа Маха.

курсовая работа , добавлен 17.06.2015

Особенности проектирования пассажирского самолета. Параметрический анализ однотипных аэропланов и технических требований к ним. Формирование облика самолета, определение массы конструкции, компоновка фюзеляжа, багажных помещений и оптимизация параметров.

курсовая работа , добавлен 13.01.2012

Аэродинамическая компоновка самолета. Фюзеляж, крыло кессонного типа, оперение, кабина экипажа, система управления, шасси, гидравлическая система, силовая установка, топливная система, кислородное оборудование, система кондиционирования воздуха.

Хотя требования ТЗ и НЛГС определяют основные цели разработки проекта, конструктор должен выработать свою концепцию, выделающую главное в проекте и куазывающую на пути его реализации

В основу классификации аэродинамических схем самолетов положено взаимное расположение несущих, стабилизирующих и управляющих аэродинамических поверхностей.

Среди легких самолетов классическая схема самолета с хвостовым оперением получила наибольшее распространение. Она в наибольшей степени удовлетворяет комплексу требований, предьявляемых к легким самолетам по устойчивости, управляемости, безопасности и другим летно-техническим характеристикам.

Основные ее достоинства:

благодаря развитой хвостовой части без затруднений обеспечивается необходимая продольная и путевая устойчивость
сохраняется безотрывное обтекание горизонтального оперения в некоторой области закритических углов атаки крыла обеспечивая достаточную эффективность продольного управления на больших углах атаки.

Расположение крыла

Расположение крыла по отношению к фюзеляжу в вертикальной плоскости рекомендуется рассматривать в первую очередь.

Как правило, на легких самолетах, применяют схемы с низким (Рис 1а) или высоким (Рис 1б) расположением крыла.

Рис 1 Схемы расположения крыла
а - низкоплан, б - высокоплан

Рекомендуется расположение крыла по отношению к фюзеляжу определять главным образом эксплуатационными требованиями. Вопросы аэродинамики и веса конструкции становятся важными при выборе высоко- или низкорасположенного крыла только после того, как учтены вопросы технического обслуживания и максмальной эксплуатационной гибкости самолета.

Различия в характеристиках высокоплана и низкоплана имеют место при взлете и посадке из за экранного эффекта вследствие близости земли. Этот эффект уменьшается с увеличением высоты крыла над ВПП. Экранный эффект земли прежде всего выражается в уменьшении индуктивного сопротивления, что может привести к уменьшению взлетной и увеличению посадочной дистанции.

Кроме того, из за экранного эффекта земли происходит уменьшение скоса потока в области горизонтального оперения, ведущего к появлению момента на пикирование. Это явление потребует боьшего отклонения руля высоты для отрыва носового колеса при взлете или при выравнивании самолета на посадке и может стать определяющим фактором при выборе площади руля высоты. Экранный эффект земли может вызвать и противоположный эффект, заставляя самолет "приземлиться самостоятельно". Это означает, что после выполнения нормального захода на посадку потребуется незначительное или вообще не потребуется отклонение руля высоты для выравнивания самолета. Такое явление можно наблюдать в случае, когда низкорасположенное крыло вследствие близости земли дает заметное приращение подьемной силы, а указанный выше момент горизонтального оперения на пикирование будет компенсироваться моментом на кабрирование в результате прироста подьемной силы крыла. Такое поведение самолета считается благоприятным, однако достичь этого целенаправленным начальным выбором схемы практически невозможно.

Различия между высокопланом и низкопланом в минимальном сопротивлении могут быть уменьшены соответствующим выбором зализов и обтекателей. Считается, что с точки зрения максимального аэродинамического качества высокоплан выгоднее низкоплана.

Низкорасположенное крыло может выполнять роль энергоемкой массы при вынужденной посадке самолета, хотя имеется опасность пожара при контакте с поверхностью земли, поскольку в крыле обычно находятся топливные отсеки и баки, повреждение которых при посадке более вероятно. При не слишком сильном ударе о землю вероятность повреждения и возникновения пожара у высокопланов меньше. При вынужденной посадке высокоплана на воду фюзеляж будет погружен, в этом случае необходимо предусматривать аварийный выход из кабины через верхний люк.

Дополнительные нагрузки на фюзеляж высокоплана со стороны крыла при аварийной посадке как правило приводят к дополнительным затратам веса конструкции фюзеляжа для их восприятия (по сравнению с низкопланом).

Из за аэродинамического влияния крыла на вертикальное оперение при высоком расположении крыла площадь вертикального оперения должна быть больше, чем у низкоплана.

Уборка основных стоек шасси высокоплана представляет отдельную проблему для конструктора. При расположении двигателей на крыле, основные стойки шасси можно крепить к крылу и убирать в мотогондолы (Рис 2а) или хвостовые балки (при двухбалочной схеме). Однако стойки при этом имеют значительную высоту и вес.

Рис 2 Варианты компоновки шасси высокоплана:
а - шасси, убирающееся в гондолу двигателя
б - неубирающееся шасси
в - шасси, убирающееся в гондолу на фюзеляже

Другим возможным вариантом является размещение стоек на фюзеляже (Рис 2б). Этот вариант требует усиления конструкции фюзеляжа для восприятия нагрузок при посадке и сопровождается дополнительным увеличением веса. В случае уборки стоек и колес шасси в фюзеляж это увеличение веса фюзеляжа повышается из за компенсации соответсвующего выреза. В случае уборки колес и стоек шасси в обтекатели на фюзеляже (Рис 2в) появляется дополнительный вес этих обтекателей. Частично увеличение веса из за уборки шасси в фюзеляж (обтекатели) низкоплана компенсируется более короткими стойками по сравнению с шасси для высокоплана. Кроме того, при размещении шасси на фюзеляже трудно получить широкую колею основных стоек шасси.

На практике вариант размещения основных стоек шасси на фюзеляже высокоплана как правило применяется в случае неубирающегося шасси (Рис 2б).

Перечисленные выше особенности размещения шасси на самолете говорят в пользу схемы низкоплана.

У низкопланов шасси могут убираться в гондолы двигателей (Рис 3а), в отсек фюзеляжа или в отсек между лонжеронами крыла (Рис 3б). Поскольку обшивка крыла легкого самолета является неработающей или слабонагруженной, то компенсация соответствующего выреза в таком крыле будет сопровождаться минимальными затратами веса.

Рис 3 Схемы уборки шасси для низкоплана

Монопланы с подкосным крылом в настоящее время проектируются по схеме высокоплана. Подкосы, прикрепленные к нижней поверхности крыла,создают меньше возмущений и меньше по весу по сравнению с другими вариантами, так как расчетными для них являются растягивающие нагрузки.

Схемы оперения

Рис 4 Основные схемы оперения

Схема расположения двигателей

Легкие самолеты с поршневыми двигателями как правило бывают двух схем: один тянущий двигатель, установленный в носовой части фюзеляжа, или два тянущих двигателя, установленных на крыле.

Расположение двигателя перед крылом является наиболее приемлемой схемой с аэродинамической и конструктивной точек зрения. Поток от винтов работающих двигателей оказывает благаприятный эффект на срывные характеристики крыла и повышает подьемную силу, особенно при выпущенных закрылках, создавая своеобразную встроенную защиту от сваливания самолета. С другой стороны при отказе двигателя до перевода винта в режим флюгирования, он создает значительное сопротивление при авторотации, нарушая обтекание крыла. Моменты по крену и рысканию, создаваемые при отказе двигателя, представляют серьезную проблему управления, особенно на взлете. Кроме того, изменение мощности двигателя в полете будет влиять на скос потока за крылом и изменять балансирущий момент от хвостового оперения.

По сравнению назкопланом, высокорасположенное крыло в общем случае создает больше возможностей в отношении расположения в вертикальной плоскости двигателей относительно профиля крыла, так как в этом случае легче обеспечить необходимый зазор между винтом и землей.

На самолетах с низким расположением крыла конструкторы часто вынуждены использовать сравнительно высокое положение двигателей на верхней поверхности крыла для обеспечения необходимого зазора между винтом и землей. Это может привести к неблагаприятной интерференции между гондолой и крылом, приводящей к преждевременному срыву потока и появлению дополнительного индуктивного сопротивления.

В отношении одномоторных легких самолетов можн установить следующее:

Наиболее распространенной схемой является схема с низким расположением крыла. Высокорасположенное крыло как правило делается с внешним подкосом.
Двигатель располагается в носовой части фюзеляжа
Наиболее распространенной схемой хвостового оперения является схема с низким расположением горизонтального оперения на фюзеляже или в корневой части вертикального оперения. При Т-образном оперении или П-образной схемах хвостового оперения возникают проблемы, на которые необходимо обратить внимание перед окончательным выбором этих схем оперения:
- высокорасположенное горизонтальное оперение затрудняет его осмотр без стремянки
- расположение горизонтального оперения вне струи винта уменьшает эффективность горизонтального оперения на взлете.
При низком расположении горизонтального оперения для улучшения штопорных характеристик часто применяют разнесение горизонтального и вертикального оперения по строительной горизонтали (горизонтальное оперение располагается около задней кромки или позади вертикального). Однако это не означает, что при других схемах низкого расположения горизонтального оперения нельзя обеспечить вывод самолета из штопора.
В большинстве случаев вертикальное оперение расположено на фюзеляже и не имеет подфюзеляжных частей (гребней)
Как правило шасси самолета имеет трехопорную схему с носовой опорой.

Для двухмоторных самолетов можно установить следующее:

Как правило оба двигателя располагаются на крыле.
Схема низкоплан применяется чаще, чем высокоплан Среди высокопланов подкосные крылья не являются доминирующими.
В большинстве схем применяется низкорасположенное горизонтальное оперение. При этом расположение горизонтального оперения и двигателей обеспечивает обдувку оперения струями воздушных винтов. Однако следует учитывать, что струя винта мощного двигателя может создать проблему усталости конструкции оперения.
Другая концепция расположения горизонтального оперения относительно струй винтов состоит в таком расположении оперения, при котором работа двигателей не будет влиять на работу горизонтального оперения. Эта концепция реализуется в виде Т-образной схемы оперения, а при низком расположении горизонтального оперения - приданием ему поперечного "V".
Схема вертикального оперения как правило однокилевая. Для повышения эффективности вертикального оперения на больших углах скольжения применяется форкиль.
Двухкилевое оперение используется редко. Отличительной чертой схем самолетов с двухкилевым вертикальным оперением является малая площадь боковой проекции хвостовой части фюзеляжа, что уменьшает путевую устойчивость самолета.
Как правило шасси выполнено по трехопорной схеме с носовой опорой
В большинстве случаев шасси самолета делается неубирающимся. Неубирающееся шасси как правило применяется у высокопланов
Двигатели в гондолах вынесены таким образом, чтобы плоскости вращения воздущных винтов были впереди кабины экипажа

по материалам: Н. П. Арепьев "Вопросы проектирования легких самолетов. Выбор схемы и параметров"

Оперение самолета 1. Назначение и состав оперения. Требования предъявляемые к оперению. 2. Форма и расположение оперения. 3. Нагрузки действующие на оперение. 4. Конструкция оперения.

Назначение оперения. Оперением самолета называются несущие поверхности самолета, предназначенные для обеспечения продольной (отн оси OZ) и путевой (отн оси OY) балансировки, устойчивости и управляемости самолета. Балансировкой самолета называется уравновешивание моментов всех сил, действующих на самолет, относительно его центра тяжести. Устойчивость есть способность самолета возвращаться к заданному режиму полета после прекращения действия сил, вызвавших отклонение самолета от этого режима. Управляемостью самолета называется его способность отвечать на отклонения рулей соответствующими перемещениями в пространстве или, как обычно выражаются летчики «ходить за ручкой» .

Назначение и состав оперения. Самолет нормальной (классической) схемы и схемы «утка» имеет горизонтальное и вертикальное оперение. горизонтальное оперение предназначено для обеспечения продольной (отн оси OZ) балансировки, устойчивости и управляемости самолета. вертикальное оперение предназначено для обеспечения путевой (отн оси OY) балансировки, устойчивости и управляемости самолета. Относительная масса оперения m оп. / m кр. = 0, 015. 0, 025

Горизонтальное оперение 8 –форкиль, 7 - килевой гребень. У самолетов дозвуковых ГО обычно состоит из неподвижного или ограниченно подвижного стабилизатора и подвижного руля высоты На самолетах со сверхзвуковой скоростью полета из-за недостаточной эффективности РВ при полете на сверхзвуковой скорости применяют цельноповоротное ВО (ЦПГО) без РВ.

На тяжелых самолетах поворотом стабилизатора обычно осуществляют балансировку ЛА и снимают усилия с рычагов управления, а РВ используют для управления продольным движением.

Причина перехода на цельноповоротное горизонтальное оперение При превышении в полете скорости звука возрастает статическая устойчивость и соответственно ухудшается управляемость самолета из -за смещения назад фокуса. Парировать это явление и обеспечить высокие маневренные возможности сверхзвуковых самолетов можно, повышая эффективность их органов управления относительно оси Z. Однако при полете со сверхзвуковой скоростью (М> 1) эффективность РВ снижается, так как из-за скачка уплотнения на носке руля (рис. 5. 2, б) изменения давления при отклонении руля не распространяются на все ГО, как это имеет место при полете на дозвуковой скорости (см. рис. 5. 2, а). Переход на ЦПГО позволяет резко увеличить эффективность ГО, особенно на сверхзвуковых скоростях.

Дифференциально управляемый стабилизатор цельноповоротное горизонтальное оперение может использоваться для поперечного управления самолета, т. е. его консоли отклоняются совместно при продольном управлении и дифференциально при управлении креном.

ПГО На самолетах построенных по схеме «утка» или триплан используется для управления относительно оси oz используют ПГО, состоящее из дестабилизатора и подвижной части - руля высоты, либо цельноповоротное ПГО.

Вертикальное оперение Вертикальное оперение предназначено для обеспечения путевой (отн оси OY) балансировки, устойчивости и управляемости самолета. Обычно оно состоит из неподвижного киля и подвижного руля направления. На самолетах, совершающих полеты на больших сверхзвуковых скоростях и больших высотах, применяют цельноповоротное вертикальное оперение.

Вертикальное оперение Из-за снижения эффективности РН при сверхзвуковом полете применяется цельноповоротное ВО. Для повышения эффективности ВО применяются подфюзеляжные кили 7, включающие в работу фюзеляж в районе ВО, что снижает влияние на путевую устойчивость затенения ВО крылом и фюзеляжем на больших углах атаки. Повышает эффективность ВО и форкиль 8.

Двухкилевое вертикальное оперение Для обеспечения необходимой степени путевой устойчивости и управляемости сверхзвукового самолета используют двухкилевое вертикальное оперение

Для обеспечения необходимой степени путевой устойчивости и управляемости дозвукового самолета, уменьшения влияния вертикального оперения на характеристики поперечной устойчивости, уменьшения крутящего момента фюзеляжа, уменьшения массы оперения используют двух и трехкилевые схемы. При расположении ВО на концах стабилизатора повышается эффективность ГО (ВО работает как концевые шайбы).

ВО на крыле Beech 2000 Starship I У самолетов без ГО или выполненных по схеме «утка» ВО может устанавливаться на крыле, что уменьшает затенение оперения крылом и фюзеляжем даже на очень больших углах атаки.

V - образное оперение V – образное оперение представляет собой аэродинамические поверхности установленные под углом 45 -60 град. К плоскости симметрии ЛА. Такое оперение одновременно выполняет функции и ГО и ВО.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОРГАНОВ УIIРАВЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОРГАНОВ УIIРАВЛЕНИЯ способность органов управления создавать при своём отклонении управляющий момент относительно соответствующей оси координат. Э. о. у. равны приращениям коэфициентов моментов при полном отклонении органов управления от их нейтрального положения Ат zxy - соответственно макс. приращения коэф. моментов тангажа, крена и рыскания. Часто Э. о. у. характеризуют коэффициентами эффективности органов управления, равными частной производной коэф. момента данного органа по углу его отклонения dm zxy / d дельта в. э. н. Э. о. у и коэффициенты являются одними из основных параметров, определяющих характеристики управляемости ЛА

Эффективность оперения Эффективность оперения (помимо скорости и высоты полета) зависит также от площади оперения, его внешних форм, расположения на самолете, от жесткости самого оперения и частей, к которым оно крепится. Компоновка оперения на самолете и конструктивные параметры должны обеспечивать достаточную эффективность его на всех режимах полета, включая взлет и посадку.

Требования предъявляемые к оперению. Обеспечение необходимых характеристик устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета, Минимальная масса оперения, Как можно меньшие потери аэродинамического качества на балансировку самолета, Недопущение опасных колебаний оперения типа флаттер или бафтинг.

Форма и расположение оперения. В зоне спутной струи, особенно за крылом, имеют место большие скосы потока и значительно меньшие скорости потока, что уменьшает эффективность оперения в такой зоне. ГО выносят вверх или вниз, либо вперед – схема «утка» , либо применением схемы «летающее крыло» или «бесхвостка» вообще без ГО.

Т – образное оперение При этой схеме увеличивается плечо L го от ЦМ самолета до ЦД ГО, что позволяет уменьшить S го и его массу m го. ГО аналогично концевой шайбе для ВО, увеличивая его эффективное удлинение.

ГО впереди крыла Saab SK 37 E Viggen Схема позволяет получить выигрыш за счет уменьшения площади крыла и его массы, т. к. при балансировке Y кр. складывается с Y го. Недостатки: затенение крыла; большие потребные Суа на Взл. Пос. режимах (при выпущенной механизации крыла); большие потери на балансировку (из-за меньшего плеча L го.

Трипланная схема Чтобы компенсировать недостатки переднего ГО, на Взл. Пос. режимах, применяют трипланную схему. Хвостовое ГО позволяет создавать необходимые кабрирующие моменты на Взл. Пос. режимах, парирующие пикирующие моменты от механизации крыла. Переднее ГО делают «плавающим» на дозвуковых скоростях и управляемым на сверхзвуке.

Чтобы ГО не затеняло ВО, его располагают позади ВО. Разнесенное ВО предпочтительнее единого ВО: нет его затенения фюзеляжем на больших углах атаки; крутящий момент меньше чем на одном ВО; улучшается поперечная устойчивость самолета.

Разнесенное ВО Расположение ВО на концах ГО увеличивает эффективное удлинение ГО. Эффективность разнесенного ВО при обдуве его струей от винтов двигателей возрастает. Разнесенное ВО не мешает обзору и стрельбе в заднюю полусферу.

Нагрузки действующие на оперение По характеру работы оперение является такой же несущей поверхностью как и крыло. На оперение в полете действуют нагрузки от аэродинамических и массовых сил. Нагрузки от массовых сил сравнительно невелики и в расчете на прочность ими пренебрегают. Нагрузки от аэродинамических сил разделяют на уравновешивающие и маневренные.

Уравновешивающие нагрузки Уравновешивающие нагрузки, необходимые для балансировки самолета на заданном режиме полета, определяются для горизонтального оперения из условия равенства моментов относительно поперечной оси OZ. В горизонтальном полете равнодействующая сил ГО Pэур. г. о. , приложенная в центре давления оперения, должна создавать относительно центра тяжести самолета момент, равный по величине и обратный моменту крыла. При расчете ГО на прочность выбирается наибольшая Pэур. г. о. , определенная для всех расчетных случаев крыла. Pэур. г. о. может быть определена из.

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.

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.

Формы оперения самолётов (вид спереди): а - крестовидная; б и в - Т-образные; г и д - двухкилевые; е - трёхкилевая; ж и з - V-образные.

4.2. Нагрузки, действующие на хвостовое оперение:

4.3. Конструктивно-силовая схема хвостового оперения. Работа силовых элементов хвостового оперения в полёте:

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. Рассмотрим отдельно особенности устройства и силовой работы основных агрегатов оперения (стабилизатора, киля, управляемого стабилизатора, руля и элерона).

Стабилизаторы и кили имеют полную аналогию с крылом как по составу и конструкции основных элементов - лонжеронов, продольных стенок, стрингеров, нервюр, так и по типу силовых схем. Для стабилизаторов вполне успешно используются лонжеронная, кессонная и моноблочная схемы, а для килей последняя схема применяется реже из-за определенных конструктивных трудностей при передаче изгибающего момента с киля на фюзеляж. Контурный стык силовых панелей киля с фюзеляжем в этом случае требует установки большого числа силовых шпангоутов или установки на фюзеляже в плоскости силовых панелей киля мощных вертикальных балок, опирающихся на меньшее число силовых шпангоутов фюзеляжа. У стабилизаторов можно избежать передачи изгибающих моментов на фюзеляж, если лонжероны или силовые панели левой и правой его поверхностей связать между собой по кратчайшему пути в центральной его части. Для стреловидного стабилизатора это требует перелома оси продольных элементов по борту фюзеляжа и установки двух усиленных бортовых нервюр. Если продольные элементы такого стабилизатора без перелома осей доходят до плоскости симметрии самолета, то кроме бортовых силовых нервюр, передающих крутящий момент, потребуется еще одна силовая нервюра в плоскости симметрии самолета.

Управляемый стабилизатор:

На виде в плане имеет стреловидную или треугольную форму. Ось вращения управляемого стабилизатора может быть перпендикулярной к плоскости симметрии самолета или располагаться под углом к ней.

Положение оси вращения выбирается так, чтобы усилия от шарнирного момента на до- и сверхзвуковых скоростях полета были бы минимальными. Крепление управляемого стабилизатора к фюзеляжу выполняется с помощью вала и двух подшипников.
Возможны две схемы крепления вала:

· вал жестко закреплен на стабилизаторе, а подшипники крепятся на фюзеляже

· вал (ось) закреплен неподвижно на фюзеляже, а подшипники установлены на стабилизаторе

В первом случае крепление вала к стабилизатору должно обеспечить передачу на вал перерезывающей силы, изгибающего момента и момента кручения, если качалка управления закреплена на валу.

В некоторых случаях качалка управления крепится на корневой усиленной нервюре, которая собирает весь крутящий момент с замкнутого контура стабилизатора. В этом случае крутящий момент на вал не передается. При такой схеме крепления обычно используется лонжеронная схема стабилизатора, т.к. при кессонной схеме передача изгибающего момента с силовых панелей на вал вызывает конструктивные трудности

В случае закрепления вала на фюзеляже подшипники крепятся на усиленных нервюрах стабилизатора, связанных с его продольными стенками.
На внешний подшипник передается вся перерезывающая сила консоли, а изгибающий момент парой сил передается на оба подшипника. Таким образом, на внешнем подшипнике происходит суммирование двух указанных усилий (R4).

В схеме с закреплением вала на фюзеляже достаточно просто обеспечивается передача изгибающего момента и при кессонной или моноблочной конструкциях стабилизатора. В этом случае силовые панели спереди и сзади опираются на продольные стенки, которые у корня сходятся к внутреннему бортовому подшипнику. Соответственно ширина силовых панелей и усилия в них от изгиба стабилизатора меняются от максимальной величины над внешним подшипником до нуля над внутренним подшипником. В результате изгибающий момент кессона стабилизатора уравновешивается реакциями подшипников. Качалка управления в таком стабилизаторе обычно устанавливается на корневой усиленной нервюре.

Подобный принцип передачи изгибающего момента можно использовать и при кессонной схеме стабилизатора с подвижным валом. В этом случае внешний конец вала должен опираться на силовую нервюру, связанную со стенками кессона.

4.4. Возможные неисправности конструктивных элементов хвостового оперения, их влияние на безопасность полётов:

См. вопр. 2.3.

4.5. Бафтинг хвостового оперения: причины и условия возникновения, возможные последствия и меры борьбы: