5. Расчет элерона

Элероны служат для обеспечения поперечной управляемости самолета. Они представляют собой рулевые поверхности, расположенные на концах крыла у задней кромки и отклоняемые вверх или вниз. Отклонение одного элерона вверх, а другого вниз приводит к созданию поперечного момента, вызывающего крен самолета.

К элеронам предъявляются следующие основные требования:

1) эффективность на всех режимах полета самолета;

2) минимальное сопротивление в неотклоненном положении;

3) минимальный момент рыскания при крене, при этом разворот самолета должен происходить в сторону крена;

4) малые шарнирные моменты;

5) полная весовая балансировка при наименьшей массе балансировочных грузов;

6) исключение возможности заклинивания при деформациях крыла в полете;

7) простота монтажа и демонтажа элерона на крыле при обеспечении взаимозаменяемости.

5.1 Параметры элерона, его навеска на крыле

Длина элерона составляет 3 м, хорда элерона - 0,358 м (КП.407.458м.08В.13.00.00.02. СБ).

До конца крыла элерон обычно не доводят, чтобы предотвратить ранний срыв потока при его отклонении в концевых сечениях крыла, приводящий к увеличению лобового сопротивления и уменьшению эффективности поперечного управления.

В сечениях крыла, где расположен элерон, при отклонении последнего изменяются кривизна профиля и угол атаки. Это приводит к появлению дополнительных аэродинамических сил. На полукрыле с отклоненным вниз элероном коэффициент подъемной силы увеличивается, а на полукрыле, где элерон отклонен вверх, уменьшается. Эта разность в подъемных силах вызывает крен самолета в сторону полукрыла с отклоненным вверх элероном. Отклонение элеронов приводит и к изменению лобового сопротивления обеих половин крыла. При отклонении элеронов на одинаковые углы вверх и вниз лобовое сопротивление поднятого полукрыла (элерон на ней отклонен вниз) может оказаться больше сопротивления опущенного полукрыла (элерон на нем отклонен вверх). Это создаст момент рыскания в сторону поднятого полукрыла, что противоречит условиям нормального пилотирования, требующим разворота самолета в сторону крена.

Для обеспечения разворота в сторону крена при нейтральном положении руля направления необходимо, чтобы коэффициент лобового сопротивления опущенного полукрыла, на котором элерон отклонен вверх, был больше коэффициента лобового сопротивления, поднятого полукрыла, на котором элерон отклонен вниз.

Достичь этого можно тремя способами:

1) смещением оси вращения элерона к его нижней поверхности. Здесь при отклонении элерона вниз носок его не выводит за габаритные размеры крыла, чем обеспечивается плавность обтекания. При отклонении же элерона вверх носок его выходит в поток, плавность обтекания нарушается, что приводит к значительному увеличению сопротивления;

2) применением дифференциальных элеронов, у которых углы отклонения вверх больше, чем углы отклонения вниз. Отклонение элерона вверх на больший угол приводит к большему увеличению кривизны профиля в сечениях, занятых элероном, и, следовательно, и к большему значению коэффициента лобового сопротивления, чем при отклонении элерона вниз на меньший угол;

3) комбинацией первых двух способов.

При полете на больших, близких к критическим, углах атаки на полукрыле, на котором элерон отклонится вниз, может наступить срыв потока, что вызовет падение коэффициента подъемной силы. При этом коэффициент подъемной силы на полукрыле с отклоненным вниз элероном, может оказаться меньше коэффициента подъемной силы полукрыла с отклоненным вверх элероном, что вызовет крен самолета в сторону, противоположную требуемой. Такое нарушение поперечной управляемости при полете на больших углах атаки особенно опасно при посадке и взлете.

В данной работе используется дифференциальный элерон, углы поворота которого вверх и вниз составляют 25є и 15є соответственно.

Элерон навешивается на крыле на двух или более узлах. Осуществить навеску элерона на двух узлах технологически проще, в этом случае легче обеспечиваются требования взаимозаменяемости, и уменьшается возможность заклинивания элерона при деформации крыла в полете. При увеличении числа опор уменьшаются величины перерезывающих сил и изгибающих моментов, что ведет к снижению, массы элерона, уменьшаются его прогибы, что выгодно в аэродинамическом отношении, повышается живучесть. Но одновременно увеличивается возможность заклинивания элерона при деформации крыла, усложняется технологический процесс навески элерона и обеспечение требований взаимозаменяемости. С целью более простого обеспечения требований взаимозаменяемости элерон иногда навешивается на ориентирующихся по размаху кронштейнах. При этом один из кронштейнов крепится жестко, чтобы элерон не мог перемещаться вдоль оси вращения. Выбор числа опор в большой степени зависит от размеров элерона.

В данной работе элерон навешивается на крыле на двух узлах. Схема крепления элерона к крылу показана на сборочном чертеже.

Рычаг управления элероном с целью уменьшения максимального крутящего момента, а, следовательно, и массы элерона, желательно размещать в сечении, в котором крутящей момент справа и слева будет одинаковым. Однако по ряду соображений общей компоновки крыла это не всегда может быть осуществлено. Часто рычаг управления элероном находится в его корневых сечениях. В этом случае упрощается проводка управления, масса ее получается меньшей, рычаг управления элероном из-за большей строительной высоты в этих сечениях может либо совсем не выходить за обводы крыла, либо выходить незначительно, что улучшает аэродинамику. Но в любом случае рычаг управления желательно размещать в сечении узла навески. Если этого не сделать, то от усилия в тяге управления элерон будет нагружаться изгибающим моментом, причем величина его будет тем больше, чем дальше от узла будет располагаться рычаг управления.