Меню

Что такое взлетный стабилизатор

Стабилизатор самолета. Общее устройство и управление самолетом

Что нам известно про стабилизатор самолета? Большинство обывателей просто пожмет плечами. Те, кто в школе любил физику, возможно, смогут сказать пару слов, но, конечно, на этот вопрос, скорее всего, смогут наиболее полно ответить специалисты. Между тем, это очень важная часть, без которой полет фактически невозможен.

Принципиальное устройство самолета

Если попросить нарисовать нескольких взрослых авиалайнер, картинки будут примерно одинаковыми и будут различаться лишь в деталях. Схема самолета, скорее всего, будет выглядеть следующим образом: кабина, крылья, фюзеляж, салон и так называемое хвостовое оперение. Кто-то нарисует иллюминаторы, а кто-то забудет о них, возможно, будут упущены еще какие-нибудь мелочи. Возможно, художники даже не смогут ответить, для чего необходимы те или иные детали, мы просто не задумываемся об этом, хотя видим самолеты довольно часто, как вживую, так и на картинках, в кино и просто по телевизору. И это на самом деле и есть принципиальное устройство самолета — остальное, по сравнению с этим, лишь мелочи. Фюзеляж и крылья служат собственно для подъема авиалайнера в воздух, в кабине производится управление, а в салоне находятся пассажиры или груз. Ну, а как насчет хвостового оперения, для чего же оно нужно? Не для красоты ведь?

Хвостовое оперение

Те, кто водит машину, отлично знают, как поехать в сторону: нужно лишь повернуть руль, вслед за которым будут двигаться и колеса. Но самолет — совсем другое дело, ведь в воздухе нет никаких дорог, и для управления нужны какие-то другие механизмы. Здесь в дело вступает чистая наука: на летящую машину действует большое количество различных сил, и те, что полезны, усиливаются, а остальные минимизируются, в результате чего достигается некий баланс.

Вероятно, почти каждый, кто видел в своей жизни авиалайнер, обращал внимание на сложную конструкцию в его хвостовой части — оперение. Именно эта сравнительно небольшая часть, как это ни странно, управляет всей этой гигантской машиной, заставляя ее не только поворачивать, но и набирать или сбрасывать высоту. Оно состоит из двух частей: вертикальной и горизонтальной, которые, в свою очередь, тоже делятся надвое. Руля тоже два: один служит, чтобы задавать направление движения, а другой — высоту. Кроме того, есть и часть, с помощью которой достигается продольная устойчивость авиалайнера.

Кстати, стабилизатор самолета может располагаться не только в его задней части. Но подробнее об этом чуть позже.

Стабилизатор

Современная схема самолета предусматривает множество деталей, необходимых для поддержания безопасного состояния авиалайнера и его пассажиров на всех этапах полета. И, пожалуй, главной из них является стабилизатор, расположенный в задней части конструкции. Он представляет собой, по сути, всего лишь планку, поэтому удивительно, как такая сравнительно небольшая деталь может вообще каким-либо образом влиять на движение огромного авиалайнера. Но он в самом деле очень важен — когда происходит поломка этой части, полет может закончиться весьма трагично. Например, согласно официальной версии, именно стабилизатор самолета стал причиной недавнего крушения пассажирского «Боинга» в Ростове-на-Дону. По мнению международных экспертов, рассогласованность в действиях пилотов и ошибка одного из них привели в действие одну из частей оперения, переведя стабилизатор в положение, характерное для пике. У экипажа уже просто не получилось ничего предпринять, чтобы не допустить столкновения. К счастью, самолетостроение не стоит на месте, и каждый следующий полет дает все меньше пространства для человеческого фактора.

Функции

Как очевидно из названия, стабилизатор самолета служит для контроля за его движением. Компенсируя и гася некоторые пики и вибрации, он делает полет более плавным и безопасным. Поскольку отклонения бывают как в вертикальной, так и в горизонтальной оси, управление стабилизатором осуществляется также в двух направлениях — поэтому он и состоит из двух частей. Они могут иметь самую разную конструкцию, в зависимости от типа и предназначения воздушного судна, но в любом случае присутствуют на любом современном самолете.

Горизонтальная часть

Она отвечает за балансировку по вертикали, не позволяя машине то и дело «клевать носом», и состоит из двух главных деталей. Первая из них — неподвижная поверхность, которая, собственно, и представляет собой стабилизатор высоты самолета. На шарнире к этой части прикреплена вторая — руль, обеспечивающий управление.

При нормальной аэродинамической схеме горизонтальный стабилизатор располагается в хвосте. Однако встречаются также конструкции, когда он находится перед крылом или их и вовсе два — в передней части и сзади. Встречаются также так называемые схемы «бесхвостка» или «летающее крыло», вообще не имеющие горизонтального оперения.

Вертикальная часть

Эта деталь обеспечивает воздушному судну устойчивость направления в полете, не позволяя ему вилять из стороны в сторону. Это тоже составная конструкция, в которой предусмотрены неподвижный вертикальный стабилизатор самолета, или киль, а также руль направления на шарнире.

Эта часть, как и крыло, в зависимости от назначения и требуемых характеристик, может иметь самую разную форму. Разнообразие достигается также и с помощью различий во взаимном расположении всех поверхностей и добавления дополнительных частей, таких как форкиль или подфюзеляжный гребень.

Читайте также:  Стабилизатор для смартфона huawei

Форма и подвижность

Пожалуй, самым популярным в гражданской авиации сейчас является Т-образное оперение, при котором горизонтальная часть находится на конце киля. Впрочем, встречаются и некоторые другие.

Некоторое время использовалось V-образное оперение, в котором обе части одновременно выполняли сразу функции как горизонтальной, так и вертикальной части. Сложное управление и относительно небольшая эффективность не позволили этому варианту широко распространиться.

Кроме того, встречается разнесенное вертикальное оперение, при котором его части могут находиться по бокам от фюзеляжа и даже на крыльях.

Что же касается подвижности, обычно стабилизирующие поверхности жестко закреплены относительно корпуса. Тем не менее встречаются варианты, особенно когда дело касается горизонтального оперения.

Если поменять угол относительно продольной оси можно на земле, стабилизатор такого типа называется переставляемым. Если же управление стабилизатором самолета может происходить и в воздухе, он будет подвижным. Это характерно для тяжелых авиалайнеров, нуждающихся в дополнительной балансировке. Наконец, на сверхзвуковых машинах применяется подвижный стабилизатор самолета, выполняющий также роль руля высоты.

Источник

Стабилизатор (воздухоплавание) — Stabilizer (aeronautics)

Самолета стабилизатор представляет собой аэродинамическая поверхность, как правило , в том числе один или несколько подвижных поверхностей управления , который обеспечивает продольное (шаг) и / или направленной (рыскания) устойчивости и управления. Стабилизатор может иметь фиксированную или регулируемую конструкцию, на которой шарнирно закреплены любые подвижные управляющие поверхности, или сам может быть полностью подвижной поверхностью, такой как стабилизатор . В зависимости от контекста «стабилизатор» может иногда описывать только переднюю часть общей поверхности.

В традиционной конфигурации самолета отдельные вертикальные (киль) и горизонтальные ( хвостовое оперение ) стабилизаторы образуют хвостовое оперение самолета. Другие конструкции оперения, такие как V-образное оперение , имеют стабилизаторы, которые способствуют сочетанию продольной и направленной стабилизации и управления.

Продольная устойчивость и управляемость могут быть достигнуты с помощью других конфигураций крыла, включая утка , тандемное крыло и бесхвостый самолет .

Некоторые типы самолетов стабилизированы электронным управлением полетом ; в этом случае неподвижные и подвижные поверхности, расположенные в любом месте самолета, могут служить в качестве активных демпферов или стабилизаторов движения.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Горизонтальные стабилизаторы
    • 1.1 Взаимодействие крыла со стабилизатором
    • 1.2 Конфигурации горизонтального стабилизатора
      • 1.2.1 Обычное хвостовое оперение
      • 1.2.2 Трехплоскостной самолет
      • 1.2.3 Самолет Canard
      • 1.2.4 Бесхвостый самолет
  • 2 вертикальных стабилизатора
    • 2.1 Бесхвостая направленная стабилизация и управление
  • 3 Комбинированные продольно-путевые стабилизаторы
  • 4 Примечания
  • 5 ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Горизонтальные стабилизаторы

Горизонтальный стабилизатор используется для поддержания продольного баланса или дифферента самолета : он оказывает вертикальное усилие на расстоянии, поэтому сумма моментов тангажа относительно центра тяжести равна нулю. Вертикальная сила, оказываемая стабилизатором, изменяется в зависимости от условий полета, в частности, в зависимости от коэффициента подъемной силы самолета и отклонения закрылков, которые влияют на положение центра давления , а также от положения центра тяжести самолета (который меняется в зависимости от самолета. загрузка и расход топлива). Трансзвуковой полет предъявляет особые требования к горизонтальным стабилизаторам; когда местная скорость воздуха над крылом достигает скорости звука, происходит внезапное движение за центром давления .

Другая роль горизонтального стабилизатора — обеспечение продольной статической устойчивости . Устойчивость можно определить только тогда, когда автомобиль находится в балансировке; это относится к тенденции воздушного судна вернуться в сбалансированное состояние, если оно нарушено. Это поддерживает постоянное положение самолета с неизменным углом тангажа по отношению к воздушному потоку без активного участия пилота. Для обеспечения статической устойчивости самолета с обычным крылом необходимо, чтобы центр тяжести самолета находился впереди центра давления, поэтому стабилизатор, расположенный в задней части самолета, будет создавать подъемную силу в направлении вниз.

Лифта служит для управления осью основного тона; в случае полностью подвижного хвостового оперения вся сборка действует как управляющая поверхность.

Взаимодействие крыла со стабилизатором

Смыв вверх и вниз, связанный с созданием подъемной силы, является источником аэродинамического взаимодействия между крылом и стабилизатором, которое выражается в изменении эффективного угла атаки для каждой поверхности. Влияние крыла на хвост гораздо более значимо, чем противоположный эффект, и его можно смоделировать с помощью теории подъемной линии Прандтля ; однако для точной оценки взаимодействия между несколькими поверхностями требуется компьютерное моделирование или испытания в аэродинамической трубе .

Конфигурации горизонтального стабилизатора

Обычный хвостовой оперение

В традиционной конфигурации горизонтальный стабилизатор представляет собой небольшое горизонтальное оперение или хвостовое оперение, расположенное в задней части самолета. Это самая распространенная конфигурация.

На многих самолетах хвостовое оперение состоит из неподвижной поверхности, снабженной шарнирной задней поверхностью руля высоты . Триммеры могут использоваться для снятия усилия пилота; и наоборот, в некоторых случаях, например, в небольших самолетах с цельноповоротными стабилизаторами , для увеличения этих сил используются фиксаторы сервопривода .

Большинство авиалайнеров и транспортных самолетов имеют большой, медленно движущийся регулируемый хвостовой оперение, которое совмещено с независимо движущимися лифтами. Руль высоты управляется пилотом или автопилотом и в первую очередь служит для изменения положения самолета, в то время как весь узел используется для дифферента (поддержания горизонтального статического равновесия) и стабилизации самолета по оси тангажа.

Многие сверхзвуковые самолеты имеют цельноповоротное оперение, также называемое стабилизатором , с регулируемой по всей поверхности.

Трехплавный самолет

Самолеты с тремя поверхностями, такие как Piaggio P.180 Avanti или Scaled Composites Triumph и Catbird , хвостовое оперение является стабилизатором, как у обычных самолетов; передняя планка, называемая форпланом или утком, обеспечивает подъемную силу и служит уравновешивающей поверхностью.

Читайте также:  Стабилизатор krauler vr pr1000d

Некоторые более ранние трехплоскостные самолеты, такие как Curtiss AEA June Bug или биплан Voisin 1907 , имели обычную компоновку с дополнительной передней управляющей поверхностью по тангажу, которую называли «лифтом» или иногда «стабилизатором». Не имея рулей высоты, хвостовые части этих самолетов не имели того, что сейчас называют обычными стабилизаторами. Например, Voisin был тандемно-подъемной компоновкой (основное крыло и заднее крыло) с носовой частью, которая не была ни стабилизирующей, ни главным образом подъемной; он назывался « équilibreur » («балансир») и использовался как поверхность для регулировки по тангажу и дифферента.

Самолет Canard

В конфигурации «утка» перед основным крылом располагается небольшое крыло, или носовая часть. Некоторые авторы называют его стабилизатором или отводят только носовой части стабилизирующую роль, хотя, что касается устойчивости по тангажу , носовая часть обычно описывается как дестабилизирующая поверхность, причем основное крыло обеспечивает стабилизирующий момент по тангажу.

В самолетах с естественной неустойчивостью поверхности утка могут использоваться как активная часть системы искусственной устойчивости, и их иногда называют горизонтальными стабилизаторами.

Бесхвостый самолет

У бесхвостого самолета отсутствует отдельный горизонтальный стабилизатор. В бесхвостом самолете горизонтальная стабилизирующая поверхность является частью основного крыла. Продольная устойчивость бесхвостого самолета достигается за счет того, что самолет спроектирован таким образом, чтобы его аэродинамический центр находился позади центра тяжести. Это обычно делается путем изменения конструкции крыла, например , путем изменения угла падения в размахе крыла (направление вымывания или твист ), или с помощью отогнутого развала колес аэродинамических поверхностей.

Вертикальные стабилизаторы

Вертикальный стабилизатор обеспечивает направленную (или поворот вокруг вертикальной оси ) стабильность и обычно содержит неподвижный плавник и подвижный контроль руля направления шарнирно к его задней кромке. Реже шарнир отсутствует, а вся поверхность плавников повернута для обеспечения устойчивости и контроля.

Когда самолет встречает горизонтальный порыв ветра, устойчивость к рысканью заставляет его разворачиваться против ветра, а не в том же направлении.

Геометрия фюзеляжа, гондолы двигателей и вращающиеся винты влияют на поперечную статическую устойчивость и влияют на требуемый размер стабилизатора.

Не все самолеты имеют вертикальный стабилизатор. Вместо этого стреловидность и двугранность крыла могут обеспечить аналогичную степень путевой устойчивости, в то время как управление направлением часто осуществляется за счет увеличения сопротивления на той стороне самолета, к которой он должен быть повернут, либо в виде интерцепторов, либо в виде разделенных элеронов.

Бесхвостая направленная стабилизация и управление

Хотя использование вертикального стабилизатора является наиболее распространенным, можно получить курсовую устойчивость без дискретного вертикального стабилизатора. Это происходит, когда крыло отводится назад, и в некоторых случаях, как, например, на крыле Rogallo, часто используемом для дельтапланов , это означает, что плавник не нужен.

  • Стабилизация. Когда стреловидное крыло вращается по рысканью, стреловидность внешнего крыла уменьшается, что увеличивает сопротивление, в то время как стреловидность внутреннего крыла увеличивается, уменьшая сопротивление. Это изменение распределения сопротивления создает восстанавливающий момент.
  • Контроль. Способ контролировать рыскание — использовать дифференциальное воздушное торможение, чтобы напрямую влиять на сопротивление. Эта техника подходит для электронного управления полетом , как на летающем крыле Northrop Grumman B-2 .

Комбинированные продольно-направленные стабилизаторы

На некоторых самолетах горизонтальные и вертикальные стабилизаторы объединены в пару поверхностей, называемых V-образным хвостовым оперением . В этой конструкции два стабилизатора (киль и руль направления) установлены под углом 90–120 ° друг к другу, что дает большую горизонтальную площадь проекции, чем вертикальную, как в большинстве обычных хвостовиков. Движущиеся рулевые поверхности называются рулевыми управлениями . Таким образом, V-образное оперение действует как стабилизатор рыскания и тангажа.

Хотя может показаться, что конфигурация V-образного хвоста может привести к значительному уменьшению смачиваемой области хвоста , она страдает от увеличения сложности управления и срабатывания, а также из-за сложного и вредного аэродинамического взаимодействия между двумя поверхностями. Это часто приводит к увеличению общей площади, что снижает или сводит на нет первоначальную выгоду. Бичкрафт Бонанза самолета свет был первоначально разработан с V-образным хвостовым оперением.

Существуют и другие комбинированные макеты. MQ-1 Общий Atomics Хищник беспилотный летательный аппарат имеет перевернутую V-хвост . Поверхности хвостового оперения Lockheed XFV можно описать как V-образное оперение с поверхностями, проходящими через фюзеляж на противоположную сторону. У ЛирАвиа Лир Фанат был Y- образный хвост . Все спаренные оперения с двугранным углом оперения обеспечат сочетание продольной и направленной стабилизации.

Источник



Стабилизация и управление самолетом

Устойчивость и управляемость в высокой мере обуславливают безопасность полета самолета. Устойчивый – это такой самолет, который сам постоянно удерживает положение в полете и самостоятельно, без отклонений руля направления, выравнивает помехи этого положения, вызванные например сильными порывами ветра.

1) Оси самолета. Кроме движения в направлении полета, самолет может выполнять вращение вокруг трех осей. Оси – воображаемые линии – проходят через центр тяжести и стоят вертикально друг за другом. Поперечная ось расположена параллельно к крыльям, продольная ось – в направлении полета и вертикальная ось – вертикально к нему. Вращения относительно поперечной оси изменяют вертикальное направление, вращение вокруг вертикальной оси меняют курс полета, а вращения вокруг продольной оси перекашивают самолет относительно горизонтальной линии. Соответственно для каждой оси существует свое значение устойчивости. Оно называется не по осям, а по направлению движения. Продольная устойчивость относится к вращениям вокруг продольной оси, устойчивость на курсе – к вращениям относительно вертикальной оси.

Читайте также:  Раствор кальция хлорида стабилизатор

2) Стабилизация самолета. Продольная устойчивость. При нормальном положении в полете – угол установки равен установочному углу (установочный угол – это угол между хордой профиля и осью средней части фюзеляжа). Данный установочный угол, благодаря своей конструкции, а не из-за положения в полете, выбран так, что общий центр давления крыльев совпадает с центром тяжести самолета. Подъемная сила и вес самолета имеют общие линии воздействия одинаковой величины и направлены противоположно друг к другу. В том случае, если самолет попадает под, направленный вверх, шквальный ветер, возникает новое направление набегающего потока. Самолет получает не только дополнительную подъемную силу, но и также слегка наклоняется, при больших углах установки перемещаемого вперед центра давления аэродинамических сил.

Продольная устойчивость восстанавливается благодаря горизонтальной стабилизирующей поверхности. При наклонном положении фюзеляжа она сохраняет угол установки и тем самым подъемную силу, которая вращает самолет обратно в нормальное положения в полете.

Поперечная устойчивость. Если вертикальные порывы сильного ветра задевают только одно крыло, то самолет слегка наклоняется вбок. Он может скользить крылом по сторонам или вследствие влияния вертикального оперения перейти в полет на вираже. Вынужденное восстановление поперечной устойчивости чаще всего достигается благодаря V – образному расположению крыла. Действующая поверхность поднятого крыла – меньше, чем опущенного; оно теряет подъемную силу и возвращается к нормальной, или показывает другую. Полная подъемная сила перемещается из центра тяжести в направление опущенного крыла и создает крутящийся обратно момент.

Устойчивость на курсе. Если самолет с передней стороны наталкивается на горизонтальные порывы сильного ветра, то происходит его разворот вокруг своей вертикальной оси, а следовательно и разворот с курса. Теперь вертикальный стабилизатор обдувается потоком воздуха с одной стороны. Возникающая аэродинамическая сила создает крутящийся обратно момент. Другим средством для стабилизации курса является стреловидная форма крыльев. Разворачивающееся первым крыло, расположено с более большой длиной в направлении набегающего потока, чем разворачивающееся обратно; оно претерпевает большее сопротивление и вращается обратно или соответственно полное сопротивление перемещается из центра тяжести в направление разворачивающегося первым крыла и создает крутящийся обратно момент. Мера стабилизации различается в зависимости от типа самолета. Высокая устойчивость требует длинного фюзеляжа – длинные плечи и большие стабилизаторы – большие вращающиеся обратно аэродинамические силы, которые с другой стороны снижают маневренность самолета. Пассажирские самолеты имеют высокую устойчивость, потому что здесь на первом месте стоит безопасность полета (компенсация руля пилота). Спортивные и боевые самолеты имеют небольшую устойчивость, так как должны быть высокоманевренными.

3) Управление самолетом. Благодаря отклонениям руля направления возникают аэродинамические силы, направленные противоположно им. Они вращают самолет вокруг своих осей.

Руль высоты служит для вращения относительно поперечной оси. Он управляется с помощью ручки управления или штурвальной колонки. При отклонении ручки на себя – руль отклоняется вверх, хвостовой отсек фюзеляжа опускается, самолет набирает высоту. Благодаря нажатии на ручку – руль отклоняется вниз, хвостовой отсек фюзеляжа поднимается, самолет начинает снижается.

Из-за неправильной балансировки (неправильной установки системы управления) или вследствие смещения груза во время полета (например, опустошения топливного бака) самолет может кабрировать или пикировать. Отклонение руля достигается многократно, вследствие перестановки стабилизатора во время полета.

Рули поперечного управления на внешнем конце задней кромки крыла создают вращения относительно продольной оси. Они запускаются благодаря боковому движению ручки управления или вращению штурвала штурвальной колонки. Рули поперечного управления отклоняются в противоположном направлении. Если один отклоняется вверх, второй непременно отклоняется вниз. Благодаря действию рулей самолет принимает наклонное положение для выполнения полета по кривой (виража). При полете в вираже самолет, в определенной мере, также принимает наклонное положение без поперечной балансировки отклонением элеронов правильным образом, потому что внешняя часть крыла имеет большую скорость, чем внутренняя, а следовательно получает большую подъемную силу и поднимается. Для того чтобы при полете на критической скорости иметь управляемый руль поперечного управления, крылья многократно конструируются „с круткой“, т.е. таким образом, чтобы они за концевым участком имели намного меньший установочный угол, чем на фюзеляже. Конечная часть крыльев и рули поперечного управления еще также расположены в неотделенном потоке, в том случае, если в средней части крыла, из-за критической скорости, поток уже начинает отрываться. Оторванный поток на рулях поперечного управления означает именно то, что самолет уже не может снова выйти из наклонного положения.

Руль направления служит для вращения самолета вокруг своей вертикальной оси. Он запускается при помощи педали и отклоняется в ту сторону, на которую нажимается педаль. На виражах с малым радиусом, на которых полет должен совершаться в наклонном положении в 45º и больше, руль направления выполняет функцию руля высоты и наоборот. Такие виражи называются еще виражами с обратным действием рулей.

Источник