хвостовое оперение
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2007 г. ) |
, Хвостовое оперение также известное как горизонтальный стабилизатор , представляет собой небольшую несущую поверхность, расположенную на хвосте ( опелении ) позади основных несущих поверхностей самолета с неподвижным крылом, а также других самолетов с нефиксированным крылом, таких как вертолеты и автожиры . Не все самолеты имеют хвостовое оперение. У самолетов «Канард» , «бесхвостых» самолетов и самолетов с летающим крылом нет отдельного хвостового оперения, в то время как у с V-образным хвостовым оперением самолетов вертикальный стабилизатор , руль направления , а также хвостовое оперение и руль высоты объединены, образуя две диагональные поверхности в V-образной компоновке.
Функция хвостового оперения — обеспечение устойчивости и контроля. В частности, хвостовое оперение помогает адаптироваться к изменениям положения центра давления или центра тяжести, вызванным изменениями скорости и положения, расходом топлива или падением груза или полезной нагрузки.
Типы хвостового оперения
[ редактировать ]Хвостовое оперение состоит из установленного в хвостовом оперении неподвижного горизонтального стабилизатора и подвижного руля высоты . Помимо формы в плане , он характеризуется:
- Количество хвостовых оперений — от 0 ( бесхвостый или «утка» ) до 3 ( триплан «Косуля» ).
- Расположение хвостового оперения – высоко, средне или низко на фюзеляже, киле или хвостовой балке.
- Неподвижные поверхности стабилизатора и подвижные поверхности руля высоты; подвижный стабилизатор и подвижный руль высоты (например, Боинг 737 ); или одиночный комбинированный стабилизатор [ 1 ] (например, General Dynamics F-111 Aardvark )
Некоторым локациям присвоены особые названия:
- Крестообразный : установлен посередине на киле ( Hawker Sea Hawk , Sud Aviation Caravelle )
- Т-образное хвостовое оперение : высоко расположено на киле ( Gloster Javelin , Boeing 727 )
 Фюзеляж установлен |
 Крестообразный |
 Т-образный хвост |
 Летающее хвостовое оперение |
Стабильность
[ редактировать ]
Крыло с обычным профилем аэродинамического профиля вносит отрицательный вклад в продольную устойчивость. Это означает, что любое возмущение (например, порыв ветра), которое поднимает нос, создает момент тангажа вверх, который имеет тенденцию поднимать нос дальше. При том же возмущении наличие хвостового оперения создает восстанавливающий момент кабрирования, который может противодействовать естественной неустойчивости крыла и сделать самолет продольно устойчивым (почти так же, как флюгер всегда направлен против ветра).
Продольная устойчивость самолета может измениться, когда он управляется «без участия рук»; т.е. когда на органы управления полетом действуют аэродинамические силы, а не силы воздействия пилота.
Демпфирование
[ редактировать ]В дополнение к созданию восстанавливающей силы (которая сама по себе может вызвать колебательное движение) хвостовое оперение обеспечивает демпфирование. Это вызвано относительным ветром , видимым хвостом самолета, когда самолет вращается вокруг центра тяжести. Например, когда самолет колеблется, но на мгновение выравнивается с общим движением транспортного средства, хвостовое оперение все еще воспринимает относительный ветер, противодействующий колебаниям.
Поднимать
[ редактировать ]В зависимости от конструкции самолета и режима полета его хвостовое оперение может создавать положительную или отрицательную подъемную силу (прижимную силу). Иногда предполагается, что на устойчивом самолете это всегда будет чистая прижимная сила, но это неверно. [ 2 ]
В некоторых новаторских конструкциях, таких как Bleriot XI , центр тяжести находился между нейтральной точкой и хвостовым оперением, что также обеспечивало положительную подъемную силу. Однако такое расположение может быть нестабильным, и с этими конструкциями часто возникали серьезные проблемы с обращением. Требования к стабильности не были понятны до тех пор, пока незадолго до Первой мировой войны - эпоха, в течение которой британский легкий биплан Bristol Scout был разработан для гражданского использования, с подъемным хвостовым оперением с аэродинамическим крылом на протяжении всего его производства, пришлась на первые годы Первой мировой войны и британской военной службы. с 1914 по 1916 год - когда стало понятно, что перемещение центра тяжести дальше вперед позволило использовать неподъемное хвостовое оперение, в котором подъемная сила номинально не положительная и не отрицательная, а равна нулю, что приводит к более стабильному поведению. [ 3 ] Более поздние примеры самолетов времен Первой мировой войны и в межвоенные годы , которые имели положительное хвостовое оперение, включают в себя, в хронологическом порядке, Sopwith Camel , Чарльза Линдберга , Spirit of St. Louis Gee Bee Model R Racer — все самолеты с репутацией труден в управлении, а также более простой в управлении двухместный канадский учебно-тренировочный биплан Fleet Finch , который сам обладает плоскодонным хвостовым оперением с аэродинамическим профилем, мало чем отличающимся от более раннего Bristol. Разведчик. Но при осторожном подходе подъемное хвостовое оперение можно сделать устойчивым. Примером может служить Bachem Ba 349 Natter ракетный перехватчик вертикального взлета и посадки , который имел подъемное хвостовое оперение и был одновременно устойчивым и управляемым в полете. [ 4 ]
Некоторые самолеты и режимы полета могут потребовать от хвостового оперения создания значительной прижимной силы. Это особенно актуально при медленном полете и под большим углом атаки (AoA). На некоторых типах нагрузка в этом режиме полета была настолько сильной, что приводила к остановке хвостового оперения. На Gloster Meteor T.7 сваливание могло произойти из-за турбулентности при срабатывании воздушных тормозов. На McDonnell Douglas F-4 Phantom II это первоначально происходило во время взлета и захода на посадку, и передние предкрылки были установлены на хвостовом оперении в перевернутом положении, чтобы поддерживать плавный поток воздуха и «подъемную силу» прижимной силы при высоком угле атаки. Учебно -тренировочному самолету Pilatus P-3 требовался подфюзеляжный киль, чтобы устранить аналогичный эффект при вращении , в то время как McDonnell Douglas T-45 Goshawk страдал от чрезмерного потока воздуха вниз от крыла при выпуске закрылков , что потребовало небольшой поверхности «SMURF», прикрепленной к фюзеляжу. так, чтобы он совпадал с передней кромкой стабилизатора под критическим углом. [ 5 ]
Активная стабильность
[ редактировать ] |
Использование компьютера для управления рулем высоты позволяет управлять аэродинамически нестабильными самолетами таким же образом.
Такие самолеты, как F-16, летают с искусственной устойчивостью. Преимуществом этого является значительное снижение сопротивления хвостового оперения и улучшение маневренности.
Маховая подвязка
[ редактировать ]На околозвуковых скоростях самолет может испытывать смещение центра давления назад из-за нарастания и движения ударных волн. Это вызывает момент кабрирования вниз, называемый подтягиванием Маха . Для поддержания равновесия может потребоваться значительная триммирующая сила, и это чаще всего обеспечивается использованием всего хвостового оперения в виде цельноповоротного хвостового оперения или стабилизатора.
Контроль
[ редактировать ] |
Хвостовое оперение обычно имеет средства, позволяющие пилоту контролировать величину подъемной силы, создаваемой хвостовым оперением. Это, в свою очередь, вызывает момент кабрирования самолета вверх или вниз, который используется для управления самолетом по тангажу.
Руль высоты : Обычное хвостовое оперение обычно имеет шарнирную заднюю поверхность, называемую рулем высоты .
Стабилизатор или цельноповоротное хвостовое оперение : в трансзвуковом полете ударные волны, создаваемые передней частью хвостового оперения, делают любой руль высоты непригодным для использования. Цельноповоротное хвостовое оперение было разработано британцами для Miles M.52 , но впервые реальный околозвуковой полет наблюдался на Bell X-1 ; Bell Aircraft Corporation включила в комплектацию триммер руля высоты, который мог изменять угол атаки всего хвостового оперения. Это избавило программу от дорогостоящего и трудоемкого ремонта самолета. [ нужна ссылка ]
Трансзвуковые и сверхзвуковые самолеты теперь имеют цельноповоротное хвостовое оперение для противодействия подворачиванию Маха и сохранения маневренности при полете со скоростью, превышающей критическое число Маха . Эту конфигурацию, обычно называемую стабилизатором , часто называют «цельноподвижным» или «вселетающим» хвостовым оперением.
См. также
[ редактировать ]- Система управления полетом самолета
- Поверхности управления полетом
- Стабилизатор (аэронавтика)
- Т-образный хвост
- Вкладка «Обрезка»
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Андерсон, Джон Д., Введение в полет , 5-е изд., стр. 517.
- ^ Бернс, BRA (23 февраля 1985 г.), «Canards: Design with Care», Flight International , стр. 19–21.
Это заблуждение, что самолеты с хвостовым оперением всегда имеют нагрузки на хвостовое оперение. Обычно они так и делают, с выпущенными закрылками и в переднем положении центра тяжести, но с поднятыми закрылками в положении центра тяжести назад нагрузка на хвост при высокой подъемной силе часто бывает положительной (вверх), хотя максимальная подъемная способность хвоста достигается редко.
. стр.19 стр.20 стр.21 - ^ Ответы корреспондентам, Рейс , 2 ноября 1916 г., стр. 962; «Подъемное хвостовое оперение» - это такое хвостовое оперение, которое обычно несет определенную нагрузку и поэтому его часто изогнуто, чтобы сделать его более эффективным. Например, хвостовое оперение старых бипланов «Фарман» было «подъемным хвостовым оперением», и Фактически, они были довольно сильно изогнутыми. Под неподъемным хвостовым оперением подразумевается тот, который в обычном полетном положении не несет никакой нагрузки, а просто «плавает». Этот тип самолета. обычно, хотя не всегда состоит из симметричного сечения, т. е. это либо совершенно плоская плоскость, построенная на каркасе из стальных труб, либо она построена из лонжеронов и нервюр по образцу основных плоскостей, но симметрична в сечении и выпукла на Цель последней формы сечения, конечно, состоит в том, чтобы обеспечить хорошую «обтекаемую» форму, которая будет оказывать минимальное сопротивление. Во время полета постоянно возникает ситуация, когда такое хвостовое оперение мгновенно подвергается нагрузке, причем нагрузка может быть любой. вверх или вниз по обстоятельствам, и тогда, конечно, хвостовое оперение уже не является, строго говоря, «ненесущим»... ненесущее оперение не всегда симметрично в сечении. Некоторые дизайнеры отдают предпочтение секции, у которых верхняя поверхность выпуклая, а нижняя идеально плоская. Причины, обычно выдвигаемые в пользу использования такой секции, заключаются в том, что, поскольку хвостовое оперение может (и часто так и происходит) работать с тягой вниз от основных плоскостей, хвостовое оперение должно быть установлено параллельно траектории машины, или Другими словами, параллельно карданному валу фактически действует нагрузка, действующая в направлении вниз. Итак, несимметричное хвостовое оперение, подобное упомянутому выше, все еще дает определенную подъемную силу при угле падения, тогда как симметричное сечение, конечно, не будет давать подъемной силы, когда угол падения будет равен нулю. Таким образом, плоско-выпуклая секция имеет тенденцию из-за небольшой подъемной силы без угла падения противодействовать эффекту нисходящей тяги от крыльев, и поэтому можно сказать, что она эквивалентна плоской или обтекаемой плоскости, установленной под небольшим углом. к карданному валу. Хвостовое оперение у ВЕ2С, как и у большинства современных машин, ненесущее. [1]
- ^ Грин, В.; Боевые самолеты Третьего Рейха , Macdonald and Jane's, 1970 год.
- ^ Оки, Мик; «Совершенно неожиданно», Историк авиации , № 1, 2012 г., стр. 109-113.