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.

В схеме на рис. 8.18, б рычаг управления закреплен на оси, представляющей собой продолжение лонжерона оперения. Здесь ось работает и на кручение, поэтому она должна иметь замкнутое поперечное сечение.

Конструктивно-силовые схемы цельноуправляемого горизонтального оперения во многом определяются формой его в плане и способом крепления оси вращения.

Рис. 8.19. Конструктивно-силовые схемы цельноуправляемого горизонтального оперения с осью, жестко с ним связанной

На рис. 8.19 показаны конструктивно-силовые схемы цельноуправляемого стреловидного и треугольного оперения с осью, жестко связанной с оперением. В схеме рис. 8.19, а лонжерон, расположенный в месте максимальной строительной высоты и имеющий обычно двутавровое сечение, переходит в ось. Усиленными делаются бортовая нервюра 1–3 и нервюры 1–1' и 2–2'. Аналогичная схема рис. 8.19, в может быть применена и для треугольного оперения со сходящимся продольным набором. В схеме рис. 8.19, б лон­же­рон 1–4 переходит в ось. Усиленными также делаются нервюры 1–2 и 3–4. На схеме рис. 8.19, г показано треугольное оперение с параллельным продольным набором. Здесь усиленными делаются лонжерон, переходящий в ось, и бортовая нервюра.

Рис. 8.20. Конструктивно-силовые схемы цельноуправляемого горизонтального оперения, устанавливаемого на оси, жестко закрепленной на фюзеляже

На рис. 8.20 показаны схемы с осью, заделанной в фюзеляже. В схеме рис. 8.20, а усиленными кроме лонжерона будут нервюры 1–2, 1–1' и 2–2'. У треугольного оперения с параллельным продольным набором, показанного на схеме рис. 8.20, б, подшипники устанавливаются на лонжероне, в месте пересечения его с усиленными нервюрами 1–2 и 3–4. Для передачи нагрузок на ось служат и косые нервюры 1–5 и 1–6.