Краткие теоретические ведомости. Горизонтальное оперение (ГО): обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку

Горизонтальное оперение (ГО): обеспечивает продольную устойчивость, управляемость и балансировку. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности – стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. У самолетов нормальной аэродинамической схемы горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолета (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Нормальное и Т-образное оперение

В схеме «утка» оперение располагается в носовой части самолета перед крылом (рис. 4.2). Возможна комбинированная схема, когда у самолета нормальной схеме ставится дополнительное переднее оперение – схема с ПГО (передним горизонтальным оперением), что позволяет использовать преимущества обеих указанных схем. Схемы «бесхвостка» и «летающее крыло» горизонтального оперения не имеют.

Рис. 4.2. Схемы «бесхвостка» и «утка»

Неподвижный стабилизатор обычно имеет фиксированный угол установки относительно продольной оси самолета. Иногда предусматривается регулирование этого угла на земле. Такой стабилизатор называется переставным (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Переставной стабилизатор

Конструктивно-силовая схема горизонтального оперения близка к КСС крыла (рис. 4.4).

На тяжелых самолетах для повышения эффективности продольного управления угол установки стабилизатора при помощи дополнительного привода может изменяться и в полете, обычно при взлете и посадке, а также для балансировки самолета на заданном режиме полета. Такой стабилизатор называется подвижным.

Рис. 4.4. Конструктивно-силовая схема оперения

На сверхзвуковых скоростях полета эффективность руля высоты резко снижается. Поэтому у сверхзвуковых самолетов вместо классической схемы ГО с рулем высоты используется управляемый стабилизатор (цельноповоротное ГО), угол установки которого регулируется летчиком при помощи командного рычага продольного управления (рис. 4.5). Руль высоты в этом случае отсутствует.

Рис. 4.5. Схемы работы цельноповоротного ГО

Положение оси вращения выбирается так, чтобы усилия от шарнирного момента на до- и сверхзвуковых скоростях полета были минимальными. Крепление управляемого стабилизатора к фюзеляжу выполняется при помощи вала и двух подшипников.

Возможны две схемы крепления вала:

· вал жестко закреплен на стабилизаторе, а подшипники крепятся на фюзеляже;

· вал (ось) закреплен неподвижно на фюзеляже, а подшипники установлены на стабилизаторе.

В первом случае крепление вала к стабилизатору должно обеспечить передачу на вал перерезывающей силы, изгибающего момента и момента кручения, если качалка управления закреплена на вале (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Конструктивно-силовая схема цельноповоротного оперения

В некоторых случаях качалка управления крепится на корневой усиленной нервюре, которая собирает весь крутящий момент с замкнутого контура стабилизатора. В этом случае крутящий момент на вал не передается. При такой схеме крепления обычно используется лонжеронная схема стабилизатора, так как при кессонной схеме передача изгибающего момента с силовых панелей на вал вызывает конструктивные сложности.

В случае закрепления вала на фюзеляже подшипники крепятся на усиленных нервюрах стабилизатора, связанных с его продольными стенками. На внешний подшипник передается все перерезывающая сила консоли, а изгибающий момент парой сил передается на оба подшипника (рис. 4.7). Таким образом, на внешнем подшипнике происходит суммирование двух указанных усилий (R₄).

В схеме с закреплением вала на фюзеляже достаточно просто обеспечивается передача изгибающего момента и при кессонной, и при моноблочной конструкциях стабилизатора. В этом случае силовые панели спереди и сзади опираются на продольные стенки, которые у корня сходятся к внутреннему силовому подшипнику. Соответственно

Рис. 4.7. Силовые нагрузки горизонтального оперения

ширина силовых панелей и усилия в них от изгиба стабилизатора уменьшаются от максимальной величины над внешним подшипником до нуля над внутренним подшипником. В результате изгибающий момент кессона стабилизатора уравновешивается реакциями подшипников. Качалка управления в таком стабилизаторе обычно устанавливается на корневой усиленной нервюре. Подобный принцип передачи изгибающего момента можно использовать и при кессонной схеме стабилизатора с подвижным валом. В этом случае внешний конец вала должен опираться на силовую нервюру, связанную со стенками кессона.

Вертикальное оперение (ВО): обеспечивает самолету путевую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси. Состоит из неподвижной поверхности – киля и шарнирно подвешенного к нему руля направления (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Вертикальное оперение

Цельноповоротное ВО применяется довольно редко. Эффективность ВО можно повысить путем установки форкиля – переднего наплыва в корневой части киля и дополнительным подфюзеляжным гребнем.

Нагрузки и конструктивно-силовая схема вертикального оперения подобны аналогам у стреловидного горизонтального оперения.