Средства аэродинамической балансировки самолета

Под балансировкой понимают приведение к нулю моментов всех действующих на самолет сил относительно его центра масс. К средствам аэродинамической балансировки самолета относятся подвижной стабилизатор и триммеры. Эти средства должны обеспечивать балансировку самолета в горизонтальном полете с брошенным управлением.

Средством продольной балансировки является подвижной стабилизатор – стабилизатор с изменяемым в полете углом установки (рис. 8.12). Узлы одного из креплений – либо переднего, либо заднего – делаются шарнирными, ось их является осью вращения. Другое крепление делается подвижным по вертикали, что и обеспечивает изменение в полете угла установки стабилизатора. Схема с подвижным передним креплением является более удобной, так как передние узлы менее нагружены и изменение угла установки стабилизатора меньше влияет на положение оси вращения руля высоты.

Рис. 8.12. Схемы стабилизаторов с изменяемым в полете углом установки

Для обеспечения балансировки самолета относительно всех трех осей используются триммеры. Триммер представляет собой небольшой руль, установленный на всех рулевых поверхностях (руле высоты, руле направления, элероне), и конструктивно ничем не отличается от сервокомпенсатора. Отличие состоит лишь в управлении. Управляется триммер не от командного рычага управления соответствующей рулевой поверхностью, а от самостоятельного штурвала или рычага.

Угол отклонения триммера относительно рулевой поверхности не должен меняться при ее поворотах. Для этого механизм управления триммера лучше всего устанавливать в руле (рис. 8.13, а). Если по конструктивным соображениям это сделать трудно, механизм управления устанавливается в части конструкции, к которой прикреплен руль, и соединяется с триммером кинематической связью так, чтобы повороты руля не приводили к изменению угла отклонения триммера (рис. 8.13, б) или изменение этого угла было небольшим (рис. 8.13, в).

Рис. 8.13. Схемы управления триммерами

Механизм управления триммером чаще всего винтовой или червячный. Он приводится в действие обычно от электромоторчика, управление которым осуществляется пилотом из кабины. Раньше барабан винтового механизма обычно приводился во вращение при помощи троса, идущего от барабана, установленного в кабине, и вращаемого пилотом при помощи штурвальчика.

При отклонении триммера возникающая на нем аэродинамическая сила создает момент относительно оси вращения руля, под действием которого руль начинает отклоняться.

Отклоняться он будет до тех пор, пока момент от возникшей на нем силы относительно оси вращения не уравновесит момент триммера. Летчик отклоняет триммер так, чтобы возникшая при повороте руля сила сбалансировала самолет на данном режиме полета.

Триммер на руле высоты служит для продольной балансировки самолета при изменении режима его полета или при изменении в полете центровки самолета из-за выгорания горючего и сброса грузов.

Триммер на руле направления используется для путевой балансировки самолета при остановке одного из двигателей.

Триммер на элероне обеспечивает поперечную балансировку и служит для уравновешивания реактивного момента винта, а также для устранения крена, возникающего при остановке части двигателей на многомоторном самолете. Так как элероны имеют между собой кинематическую связь, триммер обычно устанавливается на одном из них.

Размеры триммеров определяются величиной силы, необходимой для балансировки самолета. Обычно для рулей высоты площадь триммера

для рулей направления

для элерона

.

Триммер имеет те же недостатки, что и сервокомпенсатор: снижает эффективность руля (так как возникающая на нем сила противоположна силе руля) и может способствовать возникновению вибраций, особенно если не устранены люфты в узлах навески и в системе управления.

Рис. 8.14. Конструкция триммера

Конструкция триммера относительно проста. Одним из важных требований, предъявляемых к триммеру, является требование наименьшей массы. Триммер, размещенный у задней кромки руля, требует увеличения балансировочных грузов. Небольшие по размерам триммеры иногда представляют собой согнутый по профилю лист, подкрепленный диафрагмами (рис. 8.14). Навеска его осуществляется на торцевых шарнирах.

Рис. 8.15. Триммер с шомпольным креплением (поперечное сечение)

На рис. 8.15 показано поперечное сечение триммера, крепящегося к рулевой поверхности при помощи шомпола. Продольный набор его состоит из переднего профиля и хвостового стрингера, поперечный набор – из нескольких диафрагм, обшивка – жесткая.

Большие по размерам триммеры навешиваются на узлах вильчатого типа.

Чтобы не нагружать триммер дополнительным изгибающим моментом, рычаг управления устанавливается в сечении узла навески или вблизи его.

На рулях направления и элеронах небольших самолетов иногда вместо управляемых триммеров применяются неуправляемые. Та кой триммер представляет собой пластинку, заделанную в задней кромке руля или элерона. Отгибанием пластинки на земле в ту или иную сторону достигается снятие нагрузок с управления в установившемся полете. Причиной возникновения таких нагрузок может быть неточность изготовления отдельных частей самолета и их стыковки, несовершенства регулировки и т.п.

Рис. 8.16. Схема триммера-сервокомпенсатора
23. ЦЕЛЬНОУПРАВЛЯЕМОЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ОПЕРЕНИЕ

Смещение фокуса крыла назад при сверхзвуковых скоростях полета приводит к увеличению продольной статической устойчивости самолета, что требует повышения эффективности продольного управления. При возникновении на горизонтальном оперении скачка уплотнения площадь оперения, подверженная аэродинамическому воздействию отклоненного руля, ограничивается пространством за скачком. Дальнейший рост скорости ведет к перемещению скачка назад, а следовательно и к уменьшению этой площади. Начиная с какого-то значения числа М скачок при отклонении руля перемещается на его переднюю кромку и эффективность продольного управления в этом случае будет зависеть лишь от площади руля и его угла отклонения.

Необходимость повышения эффективности продольного управления потребует значительного увеличения площади руля высоты и его углов отклонения, что приведет в большому росту лобового сопротивления. В этом случае постановка цельноуправляемого горизонтального оперения позволяет при той же эффективности продольного управления получить меньшее лобовое сопротивление.

Форма в плане цельноуправляемого горизонтального оперения чаще всего треугольная или стреловидная.

При выборе положения оси вращения цельноуправляемого горизонтального оперения необходимо стремиться, чтобы шарнирный момент был по возможности меньшим, т.е. чтобы ось вращения проходила вблизи центра давления. Так как на дозвуковых скоростях полета центр давления находится примерно на 25%, а на сверхзвуковых скоростях примерно на 50% средней геометрической хорды, то ось вращения должна проходить где-то посередине между двумя этими точками.

Ось вращения может быть перпендикулярной плоскости симметрии самолета (рис. 8.17, а) и может быть направлена к ней под углом (рис. 8.17, б). Каждый из этих двух вариантов имеет свои преимущества и недостатки.

В первом варианте конструктивно проще осуществить управление, да и ось получается неразрезной, что выгодно в весовом отношении. Но здесь из-за неравномерности аэродинамической компенсации по размаху получаются большие крутящие моменты в конструкции и несколько сложнее силовая схема оперения, так как ось не проходит во всех сечениях вблизи максимальных толщин профиля.

Ось вращения может быть выполнена по двум конструктивно-силовым схемам:

1) ось жестко связана с фюзеляжем (рис. 8.18, а);

2) ось жестко связана с оперением (рис. 8.18, б).

Рис. 8.17. Схемы расположения оси вращения цельноуправляемого горизонтального оперения

Рис. 8.18. Схемы закрепления оси вращения ельноуправляемого горизонтального оперения

В схеме на рис. 8.18, а рычаг управления размещен на горизонтальном оперении. Оперение крепится на оси на подшипниках. Для уменьшения реакций в подшипниках расстояние между ними желательно делать большим. В этом случае ось работает только на изгиб.