3.11. Аєродінамічна компенсація рулів і елеронів [1], c. 105-108

Поняття про шарнірний момент. Момент аеродинамічного навантаження керма відносно його осі обертання називається шарнірним моментом М_ш (рис.3.27):

М_ш = R∙а

де R - аеродинамічне навантаження керма;

а – відстань центру тисків керма від осі обертання.

Рис. 3.27. Шарнірний момент.

Шарнірні моменти завжди протидіють відхиленню керма, тому викликають зусилля на командних важелях (штурвал і педалі), які вимушений долати пілот при відхиленні керма і які зростають у міру відхилення керма. Зусилля у ряді випадків може виявитися надмірно великим, особливо у зв'язку зі зростанням швидкостей польоту. Тому потрібно допомагати льотчикові долати шарнірний момент. Для цього використовується аеродинамічна компенсація.

Аеродинамічна компенсація керма і елеронів служить для зменшення зусиль на командних важелях за допомогою зменшення шарнірного моменту. По конструктивному виконанні аеродинамічної компенсації її можна розділити на декілька видів: осьова, рогова, внутрішня і сервокомпенсація. Розглянемо їх.

Осьова компенсація (рис. 3.28) полягає в зменшенні відстані центру тиску керма від осі його обертання а шляхом зсуву осі обертання керма назад по його хорді. Шарнірний момент зменшується за рахунок зменшення плеча а. Осьова компенсація ефективна, проста, надійна і застосовується дуже широко. Проте не слід допускати, щоб передня кромка керма виходила за межі контура профілю крила, стабілізатора або кіля, тобто нерухомих частин планера літака. На практиці вісь обертання керма зміщують на відстань 25 – 28 % хорди керма.

Рис. 3.28. Осьова компенсація.

Рогова компенсація (рис. 3.29) полягає в тому, що перед віссю обертання створюють додаткову площу - ріг 1, аеродинамічне навантаження якого дає компенсуючий момент r∙b, який зменшує шарнірний момент, тобто

М_ш = R∙a - r∙b

де r - аеродинамічне навантаження на «ріг»;

b - плече дії аеродинамічного навантаження «рогу».

Рис. 3.29. Рогова компенсація.

Із-за нерівномірного навантаження по розмаху керма рогова компенсація майже не застосовується на сучасних літаках. Загальним недоліком осьової і рогової компенсації є сильне збурення потоку. Тому їх застосування на швидкісних літаках може викликати значне збільшення лобового опору.

Gannet

Bf – 109

Іл - 10

Внутрішня компенсація (рис. 3.30) застосовується в основному на елеронах і здійснюється за рахунок компенсуючої пластини 1, яка розташована перед віссю обертання елерона, але не виходить із контура крила.

Рис. 3.30. Внутрішня компенсація.

При відхиленнях рульової поверхні на компенсуючу пластину діє різниця тисків (p₁ - р₂), що створює компенсуючий момент r·b.

Тоді М_ш = R∙a - r∙b = R∙a - (p₁ - р₂)∙S_вк

де p₁ - тиск над компенсуючою пластиною;

р₂ - тиск під компенсуючою пластиною;

r – аеродинамічна сила компенсуючої пластини;

b – плече дії аеродинамічної сили компенсуючої пластини;

S_вк - площа внутрішньої помпенсації.

Щоб тиски не вирівнювалися, застосована еластична діафрагма 2 з повітро-непроникної тканини, герметично сполучена з компенсуючою пластиною і стінкою крила. Площа внутрішньої компенсації S_вк, складає близько 30 % площі керма. Внутрішня компенсація не збурює потоку і особливо ефективна при польотах на великих швидкостях, але має наступні недоліки: обмежує кути відхилення елерона; створює деякі труднощі в технічному обслуговуванні літака, пов'язані з необхідністю контролювати стан діафрагми.

Сервокомпенсація це компенсація за допомогою додаткового маленького керма - серворулів або сервокомпенсаторів, що встановлюються безпосередньо на основному кермі (рис. 3.31). Серворуль жорстко пов'язаний з нерухомою частиною оперення. Тому при відхиленні основного керма серворуль автоматично відхиляється в протилежну сторону і створює компенсуючий момент r∙b. При цьому М_ш = R∙a - r∙b.

Рис. 3.31. Сервокомпенсація.

Недоліками сервокомпенсатора є деяке зменшення ефективності керма і схильність до мимовільних відхилень.

Засоби балансування.

Окрім аеродинамічної компенсації, здійснюваної автоматично без втручання пілота, для зменшення зусилля на штурвалі і педалях у зв'язку з відхиленням керма існують засоби, за допомогою яких пілот може по своєму бажанню зменшити зусилля на них або зробити їх рівними нулю. Такі засоби називаються балансувальними. Необхідність в користуванні ними виникає при тривалому польоті на сталому режимі.

До засобів балансування відносяться керований стабілізатор і тример.

Керований стабілізатор служить тільки для повздовжнього балансування. При зміні кута установки стабілізатора у польоті створюється необхідна для балансування сила на стабілізаторі.

Тример (рис. 3.32) - частина площі керма, яка відхиляється по волі пілота у бік, протилежний до відхилення керма. Величина компенсуючого моменту тримера залежить від кута його відхилення. За допомогою тримера здійснюється 100 % компенсація і повністю знімається зусилля з командного важеля: М_ш = R∙a - r∙b.

Якщо r∙b = R∙a, то М_ш= 0. Це буває необхідно при тривалому сталому польоті, коли тримери використовуються для зняття з командних важелів зусилля балансування Р_баланс, яке виникає в результаті урівноваження (балансування) літака відхиленням керма.

Рис. 3.32. Тример.

Площа тримера складає всього 4 - 8 % від площі керма, тому його відхилення майже не зменшує його ефективність.

На сучасних швидкісних літаках в основних системах управління для зменшення зусиль на командних важелях використовуються гідропідсилювачі, і тому немає необхідності в аеродинамічній компенсації керм і елеронів.

Т у – 160 (керований стабілізатор)

F – 15 (керований стабілізатор)

F – 14 (керований стабілізатор)

Су – 34 (передній керований стабілізатор в схемі “утка”)

Рис. 3.22. Загальний вид оперення:

1 - форкіль; 2 - зализ; 3 - проблисковий маяк; 4 - кіль; 5 - кермо напрямку; 6 - тример керма напрямку; 7 - сервокомпенсатор; 8 - тример керма висоти; 9 - кермо висоти; 10 - стабілізатор; 11 - фальшкіль.

Рис. 3.23. Форми горизонтального оперення в плані.

Рис. 3.24. Схема літака “утка”. Рис. 3.25. Схема літака “безхвостка”.

Рис. 3.26. Форми вертикального оперення при вигляді збоку.

Рис. 3.27. Шарнірний момент. Рис. 3.28. Осьова компенсація.

Рис. 3.30. Внутрішня компенсація. Рис. 3.31. Сервокомпенсація.

Рис. 3.29. Рогова компенсація Рис. 3.32. Тример.