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».

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-154

Хвостовое оперение самолета Ан-225

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.

 

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.