11.2. Геометрические характеристики органов управления

Элероны предназначены для обеспечения поперечной управляемости ЛА. К основным параметрам элеронов относятся следующие (рис. 11.1): S' – площадь крыла на участке, занятом элероном; S_э /2 – площадь элерона; l_э – размах элерона; l/2 – полуразмах крыла; L_э – расстояние от ЦТ площади элерона до продольной оси самолета; b_э – хорда элерона; b – хорда крыла.

Ось вращения элерона

а б

Рис. 11.1. Параметры элерона:

а  расположение элерона на крыле и его размеры;

б  форма поперечного сечения элерона типа ЦАГИ

Приближенно эффективность элеронов может быть оценена соотношением , где S_э – площадь двух элеронов; S – площадь всего крыла. Для современных самолетов Более точно эффективность элерона может быть оценена величиной , называемой коэффициентом статического момента, или коэффициентом мощности элерона.

Соотношения, характеризующие расположение и очертания элеронов, следующие: При увеличении уменьшается рабочее сечение балки крыла. При > 0,25 эффективность элерона не повышается. При увеличении уменьшается пространство, отводимое для механизации, и, кроме того, падает значение величины . Максимальные углы отклонения элеронов лежат в пределах от 12°25°, меньшие значения относятся к скоростным самолетам.

Меры для предотвращения разворачивающего момента при отклонении элеронов. В полете, особенно на больших углах атаки, отклонение элеронов вверх и вниз на одинаковые углы вызывает различный прирост сопротивления: оно будет большим на полукрыле с опущенным элероном.

Вследствие этого возникает момент, разворачивающий ЛА в сторону, противоположную крену. Для устранения этого недостатка принимают следующие меры:

а) применение дифференциального отклонения элеронов, т. е. отклонение элерона вниз на углы, меньшие чем вверх; отношение углов отклонения элерона вверх и вниз может доходить до двух;

б) профилирование носка элерона (на рис. 11.1, б показан профилированный носок ЦАГИ).

При отклонении элерона вверх за счет того, что его носок выступает под крылом, сопротивление крыла увеличивается больше, чем при отклонении вниз.

Нагрузки на элерон. Элерон рассчитывают на два вида нагрузок:

– на нагрузки, действующие на неотклоненный элерон как на часть крыла, в основных случаях нагружения крыла (A, A', D, D');

– на нагрузки, приложенные к отклоненному элерону в случаях В и С, при этом коэффициент безопасности f = 2.

Распределение нагрузки в последних случаях определяется по продувкам. Приближенное распределение нагрузки представлено на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Распределение воздушной нагрузки,

действующей на элерон

Эксплуатационные значения и (кг/м²) определяются через эксплуатационный скоростной напор рассматриваемого случая нагружения. В случае В:

тогда , где берутся по результатам продувки.

Эксплуатационное значение погонной нагрузки по длине элерона определяется по формуле

Конструкция и работа элерона. Элерон представляет собой балку, обычно состоящую из лонжерона, набора нервюр и обшивки.

Конструкция и работа элементов элерона аналогичны конструкции и работе соответствующих элементов крыла. Обшивка воспринимает воздушную нагрузку и передает ее на нервюры. Нервюры передают нагрузки на лонжерон, работая на изгиб в своей плоскости. Лонжерон передает нагрузки на опоры.

Так как в общем случае линия ЦД элерона и его ось жесткости не совпадают, то каждая нервюра нагружает элерон крутящим моментом .

Для уменьшения деформаций элеронов большого размаха и для повышения надежности число опор обычно делают больше двух.

Для уменьшения наибольшего значения крутящего момента кабанчик тяги управления целесообразно ставить ближе к середине элерона. С этой же целью на элеронах с большим размахом иногда устанавливают два кабанчика.

На ЛА с малыми скоростями полета применялись элероны и рули с полотняной обшивкой. Такие конструкции были выгодны в весовом отношении. При этом снижался вес не только конструкции руля, но и вес балансиров, необходимых для предотвращения самоколебаний.

Однако при больших скоростях полета полотняная обшивка, деформируясь, сильно искажает профиль элерона или руля, причем трудно обеспечить достаточную прочность обшивки. По этой причине на современных ЛА в конструкциях элеронов и рулей применяется металлическая обшивка.

Поперечное сечение элерона представляет собой замкнутый контур, способный воспринимать (рис. 11.3, сеч. ). Значительная часть этого момента воспринимается контуром носка.

Но для установки узлов подвески приходится делать вырезы в носке (рис. 11.3, сеч. ), которые ослабляют прочность элерона на кручение. Компенсация вырезов обычно осуществляется усилением задней части контура (рис. 11.3, сеч. ) путем установки дополнительной балочки между нервюрами, ограничивающими вырез, и дополнительных листов обшивки (косынок).

Элерон рассчитывается на прочность как балка (ось которой ОЖ), нагруженная силами, приведенными к оси жесткости. Балка элерона работает на изгиб и сдвиг в двух плоскостях и на кручение.

Элерон приводится к схеме, позволяющей для его расчета применять методы расчета крыла.

В расчетной схеме трехопорного разрезного элерона (рис. 11.4) линия ABC  ось вращения; D  кардан.

Рис. 11.3. Конструктивная схема элерона

Ось

лонжерона

Обшивка

Линия ЦД

Рис. 11.4. Расчетная схема трехопорного разрезного элерона [6]

Расчет производится в следующей последовательности:

1) определение распределенной воздушной нагрузки q;

2) определение реакций опор R и усилия в тяге управления Т; в случае когда элерон неразрезной, а количество опор больше двух, то для определения реакций применяют методы расчета неразрезной балки;

3) определение усилий в сечениях элерона, перпендикулярных ОЖ (построение эпюр Q поперечных сил, изгибающих M_изг и крутящих М_кр моментов);

4) определение напряжений в элементах элерона и проверка прочности.