Аэродинамическая и внутренняя компоновки оперения

Оперение имеет симметричный профиль, относительная толщина которого меньше, чем у крыла: с _го = с _во =6 … 12%, трапециевидную форму в плане: h_го=h_во=l_во=1,5…3; l_го =3…5, стреловидность больше стреловидности крыла. Диапазон отклонения рулей и элеронов составляет 40…50°, а управляемого стабилизатора — от +3 до минус 12°. Угол установки стабилизатора колеблется от +3 до -1°.

На самолетах ГА распространены две схемы оперения:

– нормальное;

– Т-образное.

Нормальное оперение — киль и стабилизатор крепят непосредственно к фюзеляжу и обеспечивают минимальную массу, простоту конструкции киля, стабилизатора и проводки управления рулями.

Площадь киля определяется величиной боковой поверхности фюзеляжа, расположенной впереди ЦM. Для обеспечения путевой устойчивости самолета необходимо, чтобы восстанавливающий момент превышал возмущающий; М _у.вост> М _у.возм Для увеличения эффективности вертикального оперения в его работу включают боковые поверхности хвостовой части фюзеляжа (Ан-24 и Л-410) путем установки форкиля и фальшкиля, которые предотвращают перетекание пограничного слоя.

Т-образное оперение — стабилизатор — крепят к верхней части киля (рис. 27). Это обеспечивает:

— удаление горизонтального оперения от спутной струи крыла и двигателей;

— увеличение плеча горизонтального оперения,

— повышение аэродинамической эффективности вертикального оперения, так как ГО является концевой шайбой, препятствующей перетеканию пограничного слоя в верхней части киля. Однако при этом увеличиваются масса и усложняется конструкция киля, стабилизатора и проводки управления рулями.

Встречаются самолеты с разнесенным (Ан-28)и П-образным (М-15) вертикальным оперением и самолеты без горизонтального оперения (Ту-144).

Внутренние полости киля и стабилизатора по аналогии с крылом делятся на три части: передние, средние моноблочные и хвостовые.

 

 

Рис. 27. Схема Т-образного оперения: 1 – форкиль; 2 – носок киля (до первого лонжерона); 3 – средняя часть киля; 4 – задняя часть киля; 5 – обтекатель; 6, 7, 8 – передняя, средняя и задняя части стабилизатора соответственно; 9 – руль высоты; 10 – триммер руля высоты; 11 – законцовка стабилизатора; 12 – руль направления; 13 – пружинный сервокомпенсатор руля направления.

В передних размещают противообледенительные устройства, жгуты электропроводки, антенны, механизмы управления стабилизатором (в киле). В средней моноблочной части киля размещают топливо (Ил-62М) и воздухозаборники двигателей (Ту-154, Як-40, Як-42). В хвостовых частях киля и стабилизатора устанавливают рули. В законцовках киля и стабилизатора размещают аэронавигационные (габаритные) огни, стекатели статического электричества, «жабры» для отвода отработанного воздуха воздушно-тепловой противообледенительной системы оперения (кроме Ил-62).

Нагрузки, действующие на оперение

7.2

В полете на оперение, как и на крыло, действуют поверхностные и массовые силы. Поверхностными аэродинамическими силами здесь являются уравновешивающие и маневренные нагрузки.

Уравновешивающие нагрузки элеронов зависят от положения элеронов:

— при симметричном нагружении самолета в полете элероны находятся в нейтральном положении, и их нагрузка определяется как нагрузка части поверхности крыла;

— при асимметричном нагружении самолета в полете (отказ двигателей одной стороны, несимметричный выпуск средств механизации крыла, или шасси) элероны находятся в отклоненном положении, и их нагрузка определяется из условия поперечной балансировки самолета. Например, статическое равновесие поперечных моментов в случае отказа двигателей правой консоли крыла (рис. 28):

Y ^р_во h =2D Y ^p l _э

Расчетная уравновешивающая нагрузка элерона:

D Y ^р= Y ^p_во h /2 l _э

Уравновешивающая нагрузка вертикального оперения достигает наибольшего значения при полете со скольжением. Например, статическое равновесие моментов, действующих в горизонтальной плоскости относительно ЦМ самолета в случае отказа двигателей правой консоли (рис. 29):

(P ^э₁ z ₁+ P ^э₂ z ₂) f = Y ^э_во l _во f.

Расчетная уравновешивающая нагрузка вертикального оперения:

.

 

 

Рис. 28. Схема сил, действующих на самолет в вертикальной плоскости при отказе правых двигателей.

 

Уравновешивающая нагрузка горизонтального оперения — наибольшая нагрузка, полученная из условий статического равновесия моментов относительно ЦМ самолета всех основных случаев нагружения. Например, статическое равновесие сил и моментов, действующих в вертикальной плоскости симметрии, относительно ЦМ самолета при полете в турбулентной атмосфере:

Y ^p a = Y ^p_го l _го

Y ^p+ Y ^p_го = mgn _max f.

Расчетная уравновешивающая нагрузка горизонтального оперения:

.

Маневренные нагрузки возникают при резком отклонении рулей и элеронов. Расчетная маневренная нагрузка элеронов подсчитывается по формуле

Y ^p_эл= kq _max S _эл f

где k — коэффициент эффективности элеронов;

q _max.— максимальный скоростной напор;

S _эл - площадь элеронов;

f = 2 — коэффициент безопасности.

Расчетная нагрузка горизонтального оперения определяется суммой расчетных уравновешивающей и маневренной нагрузок:

Y ^p_го= Y ^p_{го ур}+ Y ^p_{го ман}

Расчетная нагрузка вертикального оперения определяется аналогично предыдущей:

Y ^p_во= Y ^p_{во ур}+ Y ^p_{во ман}.

 

 

Рис. 29. Схема сил, действующих на самолет в горизонтальной плоскости при отказе правых двигателей.

 

При полете в турбулентной атмосфере расчетная нагрузка оперения (о) определяется уравновешивающей нагрузкой с учетом догрузки от турбулентности D Y ^р:

Y ^p_о= Y ^p_оур+D Y ^p.

Нормальная компоновочная схема оперения обеспечивает независимую работу киля и стабилизатора при горизонтальных и вертикальных порывах воздушного потока. Киль Т-образного оперения при несимметричном нагружении стабилизатора погружается, что заставляет усиливать его конструкцию и ограничивать углы скольжении самолета.