Ρабота 2. Оперение и элероны

Общие сведения

Оперение самолета предназначено для обеспечения его устойчивости, управляемости и балансировки. Обычно оно состоит из хвостового оперения (горизонтального и вертикального) и элеронов.

Горизонтальное оперение, состоящее на дозвуковых самолетах нормальной схемы из стабилизатора и рулей высоты, предназначено для обеспечения продольной устойчивости и управляемости самолета. Вертикальное оперение, состоящее из киля и руля направления, предназначено для обеспечения путевой устойчивости и управляемости.

Элероны предназначены для поперечной управляемости самолета и представляют собой рулевые поверхности, расположенные в концевой части крыла.

На сверхзвуковых самолетах горизонтальное и, хотя и реже, вертикальное оперение выполняют цельноповоротным, что обеспечивает их наибольшую эффективность на сверхзвуковых скоростях.

Для повышения эффективности элеронов на больших скоростях применяют интерцепторы-щитки, расположенные на верхней поверхности крыла.

На самолетах схемы "бесхвостка" для поперечной и продольной управляемости применяют элероны, которые могут работать и как элероны, и как рули высоты.

Возможно применение для поперечного управления закрылков, которые в этом случае называют, элеронами - закрылками (флапейронами).

Наиболее широко на самолетах применяется олнокилевое оперение. Кроме того, применяют разнесенное (двухкилевое) вертикальное оперение, а также V -образное оперение. На V - образном оперении отклонение рулей в одну сторону аналогично действию руля направления, а отклонение в разные стороны - рулям высоты.

Параметрами, характеризующими форму оперения, как и у крыла, являются площадь, удлинение, сужение, угол стреловидности, относительная толщина профиля.

Для обеспечения более позднего, чем на крыле, волнового кризиса и, тем самым, эффективности оперения на больших скоростях угол стреловидности оперения обычно больше, а относительная толщина профиля меньше, чем у крыла. Кроме того, горизонтальное оперение выносят из зоны опытной струи крыла на всех режимах полета, применяя, например, V- образное оперение.

Для повышения путевой устойчивости и эффективности вертикального оперения на больших углах атаки и при скольжении применяются подфюзеляжный гребень и форкиль.

Эффективность оперения и элеронов оценивают по величине соответствующих коэффициентов статического момента.

Основными нагрузками, действующими на оперение, являются аэродинамические, так как силы тяжести конструкции сравнительно невелики.

Конструктивно-силовые схемы оперения такие же, как у крыла. Аналогичны также характер нагружения и работа отдельных силовых элементов. Конструкция силовых элементов - лонжеронов, стрингеров, нервюр и обшивки ничем не отличается от конструкции этих элементов в крыле; для их изготовления применяют те же материалы. Кили и стабилизаторы обычно выполняют по двухлонжеронной схеме, что облегчает навеску рулей. Цельноповоротное оперение делается, как правило, по однолонжеронной схеме, при этом ось вращения может быть заделана как в оперении, так и в фюзеляже.

Конструкция элеронов и рулей однолонжеронная с работающей обшивкой, подкрепленной стрингерами и нервюрами. Часто применяют конструкцию с заполнителем, обладающую повышенной жесткостью, гладкой поверхностью и меньшей массой.

Крепление элеронов и рулей осуществляется в двух и более шарнирных узлах, в которых устанавливают сферические подшипники.

Для уменьшения разворачивающего момента при отклонении элеронов используют их дифференциальное отклонение (вверх на больший угол, чем вниз), или профилирование носка (элерон типа ЦАГИ), а также смещение оси вращения вниз.

Для уменьшения шарнирных моментов в узлах навески элеронов и рулей, а, следовательно, и усилий на рычагах управлении применяются различные в аэродинамической компенсации: осевая, роговая, внутренняя, сервокомпенсация.

Для снятия усилий с рычагов управления в определенных режимах полета применяются триммеры; на некоторых самолетах делается переставной стабилизатор.

Для предотвращения самовозбуждающихся колебаний проводится весовая балансировка элеронов и рулей.

Конструкция и работа оперения вертолетов поперечной и соосной схем сходны с работой оперения самолетов. На вертолетах продольной двухвинтовой и одновинтовой схемы с хвостовым винтом устанавливают стабилизатор, управляемый ручкой «шаг-газ».

Содержание работы

1. Составить краткое техническое описание оперения одного из самолетов (по согласованию с преподавателем).

2. Показать вид самолета в плане, а также в продольной и поперечной плоскости; определить величины коэффициентов статического момента горизонтального, вертикального оперения, элеронов.

3. Вычертить конструктивно-силовые схемы элеронов, горизонтального и вертикального оперения. Указать основные элементы.

4. Показать характер распределения поперечных сил, изгибающего и крутящего моментов по размаху руля направления.

5. Дать эскизы узлов навески элеронов или рулей и стыковых узлов киля или стабилизатора. Показать силы, которыми нагружаются узлы навески.

6. Начертить сечение элерона или руля по узлу привода. Определить максимальный крутящий момент, допускаемый в этом сечении.

Указания к выполнению работы

1. Техническое описание составляется в следующем порядке: а) вид и назначение элементов оперения указанного самолета, их расположение; б) определение конструктивно-силовой схемы элементов управления и материалов, из которых изготовлены силовые элементы; в) описание средств аэродинамической компенсации и балансировки; г) описание навески и повода элементов управления.

2. Вид самолета в плане рисуется по схемам из справочной литературы. Для определения масштаба используются данные о длине самолета и размахе крыла. Все остальные размеры, необходимые для вычисления коэффициентов статического момента, берутся из рисунка.

3. Конструктивно-силовая схема одного из элементов оперения (стабилизатора, киля) показывается на виде в плане при снятой обшивке. Расположение силовых элементов рулей и элеронов показывается схематично на виде в плане штрихпунктирными линиями.

4. При построении эпюр q, Q, M_uзг, М_кр численные значения сил и моментов не определяются, показывается только характер их изменения.

5. Эскизы узлов показываются в изометрии; приложенные к узлу силы изображаются в виде соответственно направленных стрелок.

6. Для изображения контура сечения воспользоваться геометрическими характеристиками одного из стандартных профилей из справочной литературы.

7. Величина максимального крутящего момента определяется из условия работы замкнутого контура сечения на кручение при согласованных с преподавателем значений коэффициента безопасности и эксплуатационной перегрузки.

8. При изучении аэродинамической компенсации рулей и элеронов

и средств их балансировки необходимо обратить внимание на различие между средствами управления самолетом и средствами балансировки (равновесия) самолета. В связи с этим следует хорошо изучить и ясно себе представить работу триммера, необходимо также уметь изображать схему его работы.

9. При проработке материалов этой темы следует обратить внимание на назначение оперения вертолета, а также на определение величины площадей хвостового оперения в зависимости от скорости горизонтального полета, схемы вертолета и места расположения оперения.

10. Обратить внимание на расположение горизонтального оперения на современных сверхзвуковых самолетах, использующих концепцию "МЗУА" (маневренность на закритических углах атаки).

11. При изучении колебаний хвостового оперения (типа бафтинг) обратить внимание на причины, вызывающие его. Необходимо уяснить физическую картину бафтинга и наиболее эффективные эксплуатационные и конструктивные меры борьбы с ним.

12. Для самолетов с двумя и большим числом двигателей вертикальное оперение должно обеспечить гашение заворачивающего момента при несимметричной тяге. При изучении этого вопроса необходимо разобрать и усвоить работу и устройство пружинного сервокомпенсатора, устанавливаемого на руле направления.

Кроме того, при проработке материалов темы следует обратить внимание на способы, применяемые для гашения реактивного момента винтов.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение и размещение горизонтального и вертикального оперения на самолетах.

2. Что такое несущее оперение?

3. Назначение и размещение элеронов на крыле.

4. Назначение и работа интерцепторов, флапейронов.

5. Как обеспечивается продольная устойчивость и управляемость у самолетов схемы "бесхвостка"?

6. Особенности оперения самолетов схемы "утка".

7. Преимущества и недостатки V - образного оперения.

8. Причины появления цельноповоротного горизонтального и вертикального оперения.

9. Назначение подфюзеляжного гребня и форкиля.

10. В чем смысл дифференциальности работы рулей, элеронов?

11. Особенности конструкции элерона типа ЦАГИ.

12. Нагрузки, действующие на оперение, и виды деформаций.

13. В чем смысл осевой и роговой аэродинамической компенсации?

14. Принцип работы внутренней компенсации.

15. Как работает сервокомпенсатор, серворуль?

16. Нужна ли аэродинамическая компенсация для рулей самолетов, летающих с околозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями полета?

17. Назначение переставного стабилизатора.

18. К каким средствам относится триммер и как он работает?

19. Что такое сервотриммер (триммер-флетнер)?

20. Почему стреловидность оперения делается больше, а относительная толщина профиля меньше, чем крыла?

21. Как оценивается эффективность оперения и элеронов?

22. Какими условиями определяется место расположения хвостового оперения самолета?

23. Конструктивно-силовые схемы оперения и элеронов.

24. Пути предотвращения бафтинга и флаттера оперения.

25. Что такое реверс элеронов?

26. Для чего служит оперение вертолета?

27. Как выбирается оперение в зависимости от схем вертолетов?

28. Каково назначение управляемого оперения в системе управления вертолетом?