Внешние формы оперения

Рис.1

Различают четыре схемы оперения:

1) с центральным вертикальным оперением (рис.1а);

2) с разнесенным вертикальным оперением, закрепленным на фюзеляже (рис.1б);

3) с разнесенным вертикальным оперением, закрепленным на концах горизонтального оперения (рис.1в);

4) V-образное оперение (рис.1г).

5) Т-образное оперение

Оперение, выполненное по первым трем схемам, состоит из горизонтального и вертикального оперений. У большинства самолетов горизонтальное оперение, в свою очередь, состоит из стабилизатора и руля высоты, а вертикальное – из киля и руля направления.

Две несущие поверхности V-образного оперения, расположенные наклонно по бокам фюзеляжа, состоят из неподвижной части – стабилизатора и подвижной части – руля. Отклонение обоих рулей в одну сторону аналогично действию руля высоты, а отклонение в разные стороны аналогично действию руля направления.

Наиболее широко применяется схема с центральным вертикальным оперением, имеющая очевидные конструктивные преимущества. При большой площади вертикального оперения его на некоторых самолетах делают разнесенным, закрепляя обе части на фюзеляже. В этом случае из-за уменьшения плеча силы, действующей на вертикальное оперение, уменьшается крутящий момент фюзеляжа.

Разнесенное вертикальное оперение в виде двух шайб, укрепленных на концах горизонтального оперения, конструктивно сложнее центрального вертикального оперения. Но у него есть и преимущества: улучшение заднего обзора, повышение эффективности горизонтального оперения вследствие наличия концевых шайб, уменьшение крутящего момента фюзеляжа. Применение этой схемы на многомоторных самолетах с расположением шайб в струе от винтов позволяет повысить и эффективность вертикального оперения.

Преимуществом V-образного оперения является возможность выноса оперения из аэродинамической тени крыла и из струи выхлопных газов двигателей. К недостаткам этой схемы относятся сложность кинематики управления рулями и снижение эффективности рулей при совместном действии ручного и ножного управления.

Форма в плане горизонтального оперения аналогична форме крыла. Наибольшее распространение имеет трапециевидная форма горизонтального оперения. На скоростных самолетах устанавливается стреловидное и треугольное оперение.

Параметрами, характеризующими форму горизонтального оперения в плане, как и у крыла, являются

площадь, удлинение, сужение и угол стреловидности. Площадь горизонтального оперения зависит от площади крыла S, его средней аэродинамической хорды b_A и плеча горизонтального оперения L_г.о, представляющего собой расстояние от центра масс самолета до центра давления горизонтального оперения по прямой, параллельной оси фюзеляжа (рис.2). Обычно принимают, что центр давления находится на 25% b_с.г.х – средней геометрической хорды

горизонтального оперения у дозвуковых и на 50% – у сверхзвуковых самолетов.

Площадь горизонтального оперения выбирается по величине коэффициента статического момента:

где S_г.о и L_г.о – площадь горизонтального оперения и его плечо (рис.2); S и b_A – площадь крыла и его средняя аэродинамическая хорда.

Расчетная схема при выборе площади Расчётная схема при выборе площади

горизонтального оперения вертикального оперения

Рис.2 Рис.3

L_г.о. представляет собой расстояние по прямой, параллельной оси фюзеляжа от центра масс самолета до центра давления горизонтального оперения, т.е. до точки, лежащей на 25% b_с.г.х – средней геометрической хорды горизонтального оперения у дозвуковых и на 50% – у сверхзвуковых самолетов.

Для современных самолетов А_г.о = 0,35...0,55. Меньшие значения А_г.о соответствуют легким маневренным самолетам, а большие – тяжелым неманевренным. У некоторых транспортных самолетов с большим разбегом центровок А_г.о = 0,7...0,8 и может даже доходить до 0,9...1.

Для самолетов с прямыми крыльями и для тяжелых неманевренных самолетов со стреловидными крыльями

L_г.о = (2...3,5)b_A, а для сверхзвуковых маневренных самолетов с треугольными и стреловидными крыльями малого удлинения L_г.о = (1,2...1,5) b_A.

Площадь рулей высоты обычно находится в пределах S_р.в = (0,3...0,4)S_г.о.

Удлинение влияет на характеристики горизонтального оперения точно так же, как и на характеристики крыла. При выборе удлинения следует также учитывать, что его увеличение приводит к увеличению эффективности горизонтального оперения из-за уменьшения площади, находящейся в заторможенном фюзеляжем потоке,

и увеличения . Кроме того, с увеличением уменьшается шарнирный момент руля высоты, что ведет

к уменьшению потребной площади аэродинамической компенсации.

Влияние сужения на характеристики горизонтального оперения такое же, как и у крыла. Дополнительно при выборе сужения следует учитывать, что его увеличение приводит к некоторому снижению эффективности горизонтального оперения из-за увеличения площади, находящейся в заторможенном фюзеляжем потоке.

Для большинства современных самолетов = 2...3.

У скоростных самолетов со стреловидными и треугольными крыльями горизонтальное оперение делается также стреловидным или треугольным. Угол стреловидности берется таким же, как у крыла, или на несколько градусов больше. Этим обеспечивается более позднее, чем на крыле, возникновение волнового кризиса.

На горизонтальном оперении обычно применяются симметричные профили, что обеспечивает меньшее сопротивление, более высокое критическое число М и меньшую величину шарнирного момента рулей высоты. Относительная толщина профиля горизонтального оперения равна или чаще всего меньше относительной толщины профиля крыла.

Угол поперечного V горизонтального оперения, как правило, равен нулю. И лишь в случае необходимости выноса горизонтального оперения из струи расположенных впереди двигателей или из зоны затенения крылом и различными надстройками ему может придаваться угол поперечного V. Обычно этот угол не превышает ±10°.

Вертикальное оперение при виде сбоку имеет обычно трапециевидную форму. Эллиптическая и близкая к ней формы могут применяться для разнесенного вертикального оперения. На скоростных самолетах устанавливается стреловидное вертикальное оперение.

Площадь вертикального оперения выбирается по величине коэффициента статического момента:

,

где S_в.о – площадь вертикального оперения; L_в.о – плечо вертикального оперения, представляющее собой расстояние по прямой, параллельной оси фюзеляжа от центра масс самолета до центра давления вертикального оперения, т.е. до точки, лежащей на 25% b_с.г.х – средней геометрической хорды вертикального оперения

у дозвуковых и на 50% – у сверхзвуковых самолетов; S и l – площадь и размах крыла (рис.3).

Для самолетов с прямым крылом А_в.о = 0,04...0,055, для скоростных самолетов со стреловидным и треугольным крылом А_в.о = 0,06...0,14, при этом L_в.о ≈ L_г.о..

Площадь руля направления обычно находится в пределах S_р.н = (0,35...0,46) S_в.о.

Удлинение вертикального оперения обычно меньше удлинения горизонтального оперения. Уменьшение удлинения, хотя и вызывает некоторое снижение эффективности вертикального оперения из-за увеличения площади, находящейся в заторможенном фюзеляжном потоке, позволяет уменьшить крутящий момент фюзеляжа

и максимальный изгибающий момент оперения, что выгодно в весовом отношении.

У современных самолетов = 0,8...2. При выборе сужения вертикального оперения учитываются те же факторы, что и при выборе сужения крыла и горизонтального оперения.

Сужение вертикального оперения современных самолетов обычно находится пределах = 2...3.

У вертикального оперения, на конце которого располагается горизонтальное оперение (так называемое Т-образное оперение), = 1...1,5. Уменьшение сужения в этом случае диктуется стремлением увеличить строительную высоту концевого сечения киля, чтобы упростить размещение узлов крепления горизонтального оперения.

По тем же причинам, что и для горизонтального оперения, угол стреловидности вертикального оперения берется равным или на несколько градусов большим угла стреловидности крыла.

Целесообразно увеличивать угол стреловидности вертикального оперения, если на нем размещается горизонтальное оперение. В этом случае увеличение позволяет получить требуемые значения L_г.о и L_в.о при меньшей длине хвостовой части фюзеляжа, что выгодно в весовом отношении. Кроме того, при размещении внутри фюзеляжа двигателя это выгодно и из-за возможности укоротить выхлопную трубу.

Профиль вертикального оперения симметричный, относительная его толщина, как правило, меньше относительной толщины крыла, что обеспечивает получение меньшего сопротивления и более высокого критического числа М.

У разнесенного вертикального оперения, когда плоскости его располагаются в струе от винтов, профиль может быть и несимметричным, обращенным вогнутостью к плоскости симметрии самолета. В этом случае при полете с одним неработающим двигателем будет меньший момент разворота.

Дата добавления: 2014-01-20