Ограничения центровки

Центровкой самолета называется отношение длины отрезка средней аэродинамической хорды (САХ) от носка до центра тяжести к общей длине САХ (рис. 4):

Рис. 4. Центровка самолета

Фокусом самолета называется точка, относительно которой продольный момент не зависит от угла атаки в пределах линей­ной зависимости с_у от а.

Необходимым условием достаточной продольной устойчивости самолета является такое взаимное расположение центра тяжести и фокуса, при котором центр тяжести лежит впереди фокуса.

В этом случае при воздействии на самолет возмущений всегда появляется стабилизирующий момент, противоположный по знаку возмущающему.

В полете центр тяжести самолета может перемещаться как за счет выработки топлива, так и при перемещении пассажиров и членов экипажа. Фокус же самолета практически не изменяет сво­его положения. Исходя из требования обеспечения достаточной продольной устойчивости и управляемости самолета допускается перемещение центра тяжести самолета на всех этапах полета лишь в пределах строго определенных границ (предельно передняя и предельно задняя центровки).

Для того чтобы иметь приемлемые пилотажные характеристи­ки; самолет должен обладать достаточным запасом устойчиво­сти, который определяется расстоянием между центром тяжести самолета и его фокусом, выраженным в долях САХ:

Х_F = координата фокуса, отсчитываемая от носка САХ. Чем ближе центр тяжести самолета к фокусу, тем меньше запас продольной статической устойчивости, т. е. тем меньшие по величине стабилизирующие моменты действуют на самолет при его движении в возмущенном потоке, и самолет «вяло», т. е. с мень­шей угловой скоростью, возвращается к исходному углу атаки. По­этому перемещение центра тяжести самолета назад ограничивает­ся требованиями достаточного запаса продольной статической ус­тойчивости в крейсерском полете и определяется предельно зад­ней центровкой X_пр.з (Рис - 5).

Рис. 5. Ограничения центровки

Расстояние между предельно задней центровкой и фокусом на­зывается минимально допустимым запасом устойчивости:

Для самолета Як-40 предельно задняя центровка составляет 32% САХ.

При перемещении центра тяжести самолета вперед стабилизи­рующий момент возрастает, самолет становится более устойчивым по углу атаки. Но при этом увеличиваются потребные углы от­клонения руля высоты, а, следовательно, растет градиент про­дольных усилий, необходимых при управлении самолетом. При самопроизвольной перекладке стабилизатора полностью на пики­рование на этапах взлета и продолжения взлета тянущие усилия и углы отклонения руля высоты вверх могут превысить величины, максимально допустимые Нормами летной годности самолетов. Подобное явление возникает и при заходе на посадку со стаби­лизатором, уведенным на пикирование.

Предельно передняя центровка ограничивается величинами:

— для взлета с искусственной или грунтовой ВПП с прочно­стью грунта 10 кгс/см² и более—17% САХ;

— для взлета с грунтовой ВПП с прочностью грунта менее 10 кгс/см²—19% САХ.

Если взлетная масса самолета менее 16100 кг, допускается уменьшение предельно передней центровки на 0,3% САХ на каж­дые 100 кг уменьшения взлетной массы.

Предельно передняя центровка при посадке составляет 13% САХ.

Если посадочная масса самолета меньше 14000 кг, разрешается уменьшать предельно переднюю центровку на посадке на 1% на каждые 500 кг уменьшения посадочной массы, но во всех случаях центровка на посадке должна быть не менее 13% САХ.

Таким образом, перемещение центра тяжести самолета впе­ред ограничивается требованием достаточной управляемости на взлете и, в особенности, на посадке.

При разбеге силы трения колес шасси F_тр1 и F^:_тр2 (рис. 6) создают относительно центра тяжести самолета пикирующий мо­мент, который должен быть преодолен при подъеме передней опо­ры самолета и отрыве взятием штурвала на себя. Чем ниже прочность грунта ВПП, тем больше силы трения и пикирующий момент, а следовательно, и большее усилие надо приложить к штурвалу при подъеме передней опоры и отрыве самолета от ВПП. При слишком передней центровке и плохом состоянии грунтовой ВПП потребные усилия на штурвале могут оказаться чрезмерно большими, что существенно усложнит пилотирование самолета на взлете.

Рис. 6. Пикирующий момент самолета на разбеге