Конструкция и работа оперения самолета

Конструкция киля и стабилизатора большинства самолетов ГА аналогична конструкции и работе моноблочного крыла. Однако на самолетах типа Ан-24 они двухлонжеронной конструкции, а на самолетах Ту-134 стабилизатор моноблочной, а киль двухлонжеронной конструкции.

Моноблочную конструкцию стыкуют со смежными агрегатами (киль с фюзеляжем, половинки стабилизатора между собой и с фюзеляжем) по замкнутому контуру моноблока. Для этого используют специальные стыковочные и уголковые профили и накладки (рис. 30).

Моноблочная часть является силовой равнопрочной конструкцией по размаху. Силовые потоки здесь, как и в моноблочном крыле, между элементами конструкции не перераспределяются.

По всему размаху:

- поперечная сила воспринимается стенками лонжеронов — t _{Q ;}

- изгибающий момент — панелями моноблока — s _М,

- крутящий момент — замкнутым контуром моноблока t _{М кр}

 

 

Рис. 30. Моноблочная конструкция киля и стабилизатора: 1 – законцовка, 2 – лонжероны, 3 – носок нервюры, 4 – обшивка, 5 – уголковый профиль, обеспечивающий стыковку замкнутого контура моноблока с боковиной фюзеляжа, 6 – шпангоуты, 7 – накладки, связывающие стрингеры с верхним сводом нервюр, 8 – накладки, соединяющие полки и стенки лонжеронов с усиленными шпангоутами, 9 – диафрагмы форкиля, 10 – антенна, 11 – руль направления, 12 – триммер, 13 – пружинный сервокомпенсатор, 14 – руль высоты, 15 – стекатели статического электричества.

 

Поперечная сила и крутящий момент стабилизатора передаются на фюзеляж, а изгибающие моменты консолей взаимно уравновешиваются. Все нагрузки с киля передаются на фюзеляж. При этом изгибающий момент киля становится крутящим моментом фюзеляжа.

Двухлонжеронную конструкцию стыкуют с фюзеляжем с помощью узловых соединений, расположенных на полках лонжеронов. Вдали от стыковки все нагрузки воспринимаются аналогично моноблочной конструкции. Вблизи стыковки наблюдается перераспределение силовых потоков. Все они сходятся к четырем узлам и передаются на фюзеляж срезом болтов (аналогично крылу лонжеронной конструкции).

Конструкция и работа рулей и элеронов аналогична конструкции и работе закрылка. Внешняя обшивка подкреплена внутренним силовым набором: лонжероном, дополнительной стенкой и нервюрами.

 

 

Рис. 31. Схема конструкции и работы рулей и элеронов

Расчетно-силовая схема представляет собой многоопорную балку, нагруженную погонной воздушной нагрузкой q ^p_p, реакциями опор R ^p _i, силой системы управления Т ^p (рис. 31,a).

На риc. 31,б слева изображены эпюры сил и моментов, а справа даны расчетные формулы возникающих напряжений. Поперечная сила Q ^p_p= P ^p_p= - R ^p_1,2,3 воспринимается стенкой лонжерона, в которой возникают касательные напряжения t _Q, и передается на крыло (киль, стабилизатор).

Сила управления Т ^p уравновешивается горизонтальной реакцией узлов подвески (рис. 32): T ^p=R_x1,2,3.

Изгибающий момент М ^p_p воспринимается полками лонжерона и прилегающей обшивкой s_{п.лонж.обш} и здесь же самоуравновешивается (как и в крыле). Крутящий момент М ^р_кр.р воспринимается замкнутым контуром t_Мкр и уравновешивается системой управления T ^p h (cм. риc. 32):

Р ^p_р d + R ^p_1,2,3 e = Т ^p h.

Эксплуатационные величины этих моментов составляют шарнирный момент руля M _ш:

Р _р d + R _1,2,3 e = P _p(d + e) = Т h = M _ш.

 

 

Рис. 32. Схема равновесия руля (элерона).

 

Величина шарнирного момента определяется известной аэродинамической формулой

из которой видно, что М _ш увеличивается пропорционально квадрату скорости полета и кубу линейных размеров руля. При маневрировании самолетов развиваются большие шарнирные моменты рулей и элеронов, преодолеть которые без специальных конструктивных устройств экипаж физически не в состоянии. На современных самолетах используют системы с аэродинамической компенсацией и автоматизированные системы с рулевыми гидроприводами.

 

Механизация крыла

Средства механизации крыла — отклоняемые части крыла, обеспечивающие уменьшение взлетно-посадочных скоростей, дистанций.

 

Средства механизации:

– щиток (Ту-134, Як-18Т);

– закрылок (Ан-2, зависающие элероны);

– щелевой закрылок (Ан-2 и Ил-14),

– предкрылок: самоотклоняющийся (Ан-2), управляемый (Ty-154, Ил-76, Ил-86);

– интерцептор (на всех магистральных самолетах);

– однощелевой выдвижной закрылок (Як-40, Як-42);

– двухщелевой выдвижной закрылок (Ил-18, Ту-134, Л-410);

– комбинация одно- и двухщелевого выдвижного закрылка (Ан-24, Ил-62);

– трехщелевой выдвижной закрылок (Ту-154, Ил-86).

Наибольшее распространение в настоящее время имеют щелевые выдвижные закрылки.

Отклонение щелевых закрылков сопровождается:

– увеличением эффективной кривизны профиля крыла;

– увеличением площади крыла в плане;

– сдувом с верхней поверхности пограничного слоя на больших углах атаки крыла;

– значительным увеличением сопротивления крыла при большом отклонении закрылка.

Свойства средств механизации крыла:

– максимальное увеличение несущей способности С_{у мах} S и качества С_{y мах}/ С_х крыла в рабочем положении средств механизации без нарушения балансировки или устойчивости самолета;

– наибольшее увеличение сопротивления C_хS крыла на посадке;

– минимальное сопротивление C_хS крыла в нерабочем положении средств механизации и на взлете;

– простота и надежность конструкции средств механизации при наименьшей их массе.