Самолеты поверхности управления полетом являются аэродинамические устройства , позволяющие пилоту регулировать и контролировать полет самолета отношение .
Разработка эффективного набора поверхностей управления полетом явилась решающим шагом в развитии самолетов. Первые попытки конструировать самолет с неподвижным крылом преуспели в создании достаточной подъемной силы, чтобы оторвать самолет от земли, но после взлета самолет оказался неуправляемым, что часто приводило к катастрофическим результатам. Развитие эффективных средств управления полетом - вот что обеспечило стабильный полет.
В этой статье описываются поверхности управления, используемые на самолетах с неподвижным крылом обычной конструкции. В других конфигурациях самолетов с неподвижным крылом могут использоваться другие поверхности управления, но основные принципы остаются неизменными. Органы управления (ручка и руль направления ) винтокрылого самолета ( вертолета или автожира ) совершают те же движения относительно трех осей вращения , но манипулируют вращающимися элементами управления полетом ( диск несущего винта и диск рулевого винта ) совершенно по-другому.
Поверхности управления полетом обслуживаются системами управления полетом самолета .
Развитие [ править ]
В братья Райт приписывают разработку первых практических рулей. Это основная часть их патента на полет. [1] В отличие от современных рулей, они использовали деформацию крыла . [2] Пытаясь обойти патент Райта , Гленн Кертисс создал шарнирные управляющие поверхности, концепцию того же типа, впервые запатентованную четырьмя десятилетиями ранее в Соединенном Королевстве . Шарнирные управляющие поверхности обладают тем преимуществом, что не создают напряжений, которые являются проблемой деформации крыла, и их легче встроить в конструкции.
Оси движения [ править ]
Самолет может свободно вращаться вокруг трех осей, перпендикулярных друг другу и пересекающихся в его центре тяжести (CG). Для управления положением и направлением пилот должен иметь возможность управлять вращением вокруг каждого из них.
Поперечная ось [ править ]
Поперечная ось , также известная как боковая ось , [3] проходит через воздушное судно от конца крыла до конца крыла. Вращение вокруг этой оси называется шагом . Шаг изменяет вертикальное направление, на которое указывает нос самолета. Эти лифты являются основными поверхностями управления для поля.
Продольная ось [ править ]
Продольная ось проходит через самолет от носа до хвоста. Вращение вокруг этой оси называется креном . [3] Угловое смещение относительно этой оси называется креном. [4] Пилот изменяет угол крена, увеличивая подъемную силу на одном крыле и уменьшая ее на другом. Этот дифференциальный подъем вызывает вращение вокруг продольной оси. В элероны являются основным средством контроля банка. Руля направления также имеет вторичный эффект на берегу.
Вертикальная ось [ править ]
Вертикальная ось проходит через самолет сверху вниз. Вращение вокруг этой оси называется рысканием . [3] Рыскание изменяет направление, в котором указывает нос самолета, влево или вправо. Первичное управление рысканием осуществляется рулем направления. Элероны также оказывают вторичное влияние на рыскание.
Важно отметить, что эти оси перемещаются вместе с самолетом и изменяются относительно земли по мере движения самолета. Например, для самолета, левое крыло которого направлено прямо вниз, его «вертикальная» ось параллельна земле, а его «поперечная» ось перпендикулярна земле.
Основные поверхности управления [ править ]
Основные управляющие поверхности самолета с неподвижным крылом прикреплены к планеру на шарнирах или гусеницах, поэтому они могут перемещаться и таким образом отклонять воздушный поток, проходящий над ними. Это перенаправление воздушного потока создает неуравновешенную силу для поворота плоскости вокруг соответствующей оси.
Элероны [ править ]
Элероны устанавливаются на задней кромке каждого крыла около законцовок крыла и движутся в противоположных направлениях. Когда пилот перемещает ручку влево или поворачивает руль против часовой стрелки, левый элерон поднимается, а правый элерон опускается. Поднятый элерон снижает подъемную силу на этом крыле, а опущенный - увеличивает подъемную силу, поэтому перемещение стика влево приводит к опусканию левого крыла и подъему правого крыла. Это заставляет самолет катиться влево и начинает разворачиваться влево. Центрирование ручки управления возвращает элероны в нейтральное положение, сохраняя угол крена . Самолет будет продолжать разворачиваться до тех пор, пока противоположное движение элеронов не вернет угол крена к нулю, чтобы лететь прямо.
Лифт [ править ]
Лифта является подвижной частью горизонтального стабилизатора , шарнирен прикрепленной к задней части неподвижной части горизонтального оперения. Лифты вместе перемещаются вверх и вниз. Когда пилот тянет ручку назад, лифты поднимаются. При нажатии ручки вперед лифты падают. Поднятые подъемники давят на хвост и заставляют поднимать нос. Это заставляет крылья летать под большим углом атаки , что создает большую подъемную силу и большее сопротивление . Центрирование ручки возвращает руль высоты в нейтральное положение и останавливает изменение высоты тона. Некоторые самолеты, такие как MD-80 , используют сервоприводв пределах поверхности лифта, чтобы аэродинамически перемещать основную поверхность в нужное положение. Таким образом, направление движения вкладки управления будет в направлении, противоположном основной поверхности управления. Именно по этой причине хвостовой оперение МД-80 выглядит так, как будто оно имеет «раздельную» элеваторную систему.
В устройстве « утка» рули высоты шарнирно закреплены на задней части носовой части и перемещаются в противоположном направлении, например, когда пилот тянет ручку назад, рули высоты опускаются, чтобы увеличить подъемную силу спереди и поднять нос.
Руль [ править ]
Руля направления , как правило , установлен на задней кромке вертикального стабилизатора , части оперения . Когда пилот нажимает на левую педаль, руль отклоняется влево. Нажатие правой педали заставляет руль направления отклоняться вправо. Отклонение руля направления вправо толкает хвост влево и заставляет нос отклониться вправо. Центрирование педалей руля направления возвращает руль направления в нейтральное положение и останавливает рыскание.
Вторичные эффекты элементов управления [ править ]
Элероны [ править ]
Элероны в первую очередь управляют креном. Когда подъемная сила увеличивается, индуцированное сопротивление также увеличивается. Когда джойстик перемещается влево для поворота самолета влево, правый элерон опускается, что увеличивает подъемную силу на правом крыле и, следовательно, увеличивает индуцированное сопротивление на правом крыле. Использование элеронов приводит к нежелательному рысканию , то есть нос самолета поворачивается в направлении, противоположном направлению действия элеронов. При перемещении джойстика влево для крена крыльев, обратный рыскание перемещает нос самолета вправо . Неблагоприятный рыскание более выражен для легких самолетов с длинными крыльями, например планеров. Ему противодействует пилот с помощью руля направления. Дифференциальные элероны представляют собой элероны, которые сконструированы таким образом, что опускающийся элерон отклоняется меньше, чем движущийся вверх, что снижает неблагоприятный рыскание.
Руль [ править ]
Руль направления - это основная управляющая поверхность, которая обычно управляется педалями, а не ручкой. Это основное средство управления рысканием - вращение самолета вокруг вертикальной оси. Руль направления может также использоваться для противодействия нежелательному рысканию, создаваемому поверхностями управления креном.
Если руль направления постоянно применяется в горизонтальном полете, самолет сначала будет отклоняться от курса в направлении установленного руля направления - это основной эффект руля направления. Через несколько секунд самолет будет иметь тенденцию к крену в направлении рыскания. Первоначально это происходит из-за увеличения скорости крыла, противоположного направлению рыскания, и уменьшения скорости другого крыла. Более быстрое крыло создает большую подъемную силу и поэтому поднимается, в то время как другое крыло имеет тенденцию опускаться из-за меньшей подъемной силы. Продолжение использования руля направления поддерживает тенденцию к крену, потому что самолет летит под углом к воздушному потоку - заносится в сторону переднего крыла. При использовании правого руля направления в самолете с двуграннымлевое крыло будет иметь увеличенный угол атаки, а правое крыло будет иметь меньший угол атаки, что приведет к крену вправо. Самолет с анхедроном покажет обратный эффект. Этот эффект руля направления обычно используется в моделях самолетов, где, если в конструкцию крыла включена достаточная двугранность или многогранность, первичное управление креном, такое как элероны, может быть полностью исключено.
Поворот самолета [ править ]
В отличие от поворота лодки, изменение направления самолета обычно должно осуществляться с помощью элеронов, а не руля направления. Руль направления поворачивает (рыскает) самолет, но мало влияет на его направление движения. В самолетах изменение направления вызвано горизонтальной составляющей подъемной силы, действующей на крылья. Пилот наклоняет подъемную силу, перпендикулярную крыльям, в направлении намеченного поворота, перекатывая самолет в поворот. По мере увеличения угла крена подъемная сила может быть разделена на две составляющие: одна действует вертикально, а вторая - горизонтально.
Если общий подъем остается постоянным, вертикальный компонент подъемной силы будет уменьшаться. Поскольку вес летательного аппарата не изменился, это привело бы к снижению самолета, если бы ему не противодействовать. Для поддержания горизонтального полета требуется увеличенный положительный (вверх) руль высоты, чтобы увеличить угол атаки, увеличить общую создаваемую подъемную силу и сохранить вертикальный компонент подъемной силы, равный весу самолета. Так не может продолжаться бесконечно. Общий коэффициент нагрузки, необходимый для поддержания горизонтального полета, напрямую зависит от угла крена . Это означает, что для данной воздушной скорости горизонтальный полет может поддерживаться только до определенного заданного угла крена. За пределами этого угла крена самолет будет испытывать ускоренное сваливание. если пилот пытается создать достаточную подъемную силу для поддержания горизонтального полета.
Альтернативные основные поверхности управления [ править ]
Некоторые конфигурации самолетов имеют нестандартные основные органы управления. Например, вместо рулей высоты в задней части стабилизаторов, весь хвостовой стабилизатор может изменять угол наклона . У некоторых самолетов есть V-образный хвост , а движущиеся части в задней части сочетают в себе функции руля высоты и руля направления. Самолеты с треугольным крылом могут иметь в задней части крыла « элевоны », совмещающие в себе функции руля высоты и элеронов.
Дополнительные поверхности управления [ править ]
Спойлеры [ править ]
На самолетах с низким лобовым сопротивлением, таких как планеры , спойлеры используются для нарушения воздушного потока над крылом и значительного уменьшения подъемной силы. Это позволяет пилоту-планеру терять высоту без увеличения скорости полета. Спойлеры иногда называют «лифтовые самосвалы». Спойлеры, которые можно использовать асимметрично, называются спойлерами и могут влиять на крен самолета.
Закрылки [ править ]
Закрылки устанавливаются на задней кромке на внутренней части каждого крыла (около корней крыла). Они отклоняются вниз, чтобы увеличить эффективную кривизну крыла. Закрылки увеличивают максимальный коэффициент подъемной силы самолета и, следовательно, снижают его скорость сваливания. [5] Они используются во время полета на малой скорости, с большим углом атаки, включая взлет и спуск для посадки. Некоторые самолеты оснащены « флаперонами », которые чаще называют «бортовыми элеронами» [ необходима цитата ] . Эти устройства функционируют в основном как элероны, но на некоторых самолетах они "опускаются" при раскрытии закрылков, таким образом действуя как закрылки и бортовые элероны управления креном.
Рейки [ править ]
Предкрылки , также известные как устройства передней кромки , являются продолжением передней части крыла для увеличения подъемной силы и предназначены для уменьшения скорости сваливания за счет изменения воздушного потока над крылом. Планки могут быть фиксированными или выдвигающимися - фиксированные планки (например, как на Fieseler Fi 156 Storch ) обеспечивают отличную низкую скорость и возможности STOL , но ставят под угрозу более высокие скоростные характеристики. Выдвижные предкрылки, как показано на большинстве авиалайнеров, обеспечивают пониженную скорость сваливания при взлете и посадке, но убираются для крейсерского полета.
Пневматические тормоза [ править ]
Пневматические тормоза используются для увеличения сопротивления. Спойлеры могут действовать как воздушные тормоза, но это не чисто воздушные тормоза, поскольку они также работают как подъемно-опрокидывающиеся машины или, в некоторых случаях, как поверхности управления креном. Воздушные тормоза обычно представляют собой поверхности, которые отклоняются от фюзеляжа наружу (в большинстве случаев симметрично на противоположных сторонах) в воздушный поток для увеличения сопротивления формы. Поскольку в большинстве случаев они расположены в другом месте самолета, они не влияют напрямую на подъемную силу, создаваемую крылом. Их цель - замедлить самолет. Они особенно полезны, когда требуется высокая скорость снижения. Они распространены на высокопроизводительных военных самолетах, а также на гражданских самолетах, особенно на тех, у которых отсутствует обратная тяга.
Контроль поверхностей обрезки [ править ]
Элементы управления дифферентом позволяют пилоту уравновешивать подъемную силу и сопротивление, создаваемое крыльями и управляющими поверхностями в широком диапазоне нагрузки и скорости полета. Это уменьшает усилие , необходимое для регулировки или поддержания желаемого полета отношения .
Обрезка лифта [ править ]
Триммер руля высоты уравновешивает управляющую силу, необходимую для поддержания правильной аэродинамической силы на хвосте для уравновешивания самолета. При выполнении определенных летных упражнений может потребоваться много дифферента для поддержания желаемого угла атаки. В основном это относится к медленному полету , когда требуется положение носа вверх, что, в свою очередь, требует большого дифферента, в результате чего хвостовое оперение оказывает сильную прижимную силу. Триммер руля высоты коррелирует со скоростью воздушного потока над хвостовым оперением, поэтому изменения воздушной скорости самолета требуют повторного триммирования. Важным параметром конструкции самолета является устойчивость самолета при балансировке для горизонтального полета. Любые возмущения, такие как порывы ветра или турбулентность, будут подавляться в течение короткого периода времени, и самолет вернется к своей сбалансированной скорости горизонтального полета.
Обрезка хвостового оперения [ править ]
За исключением очень легких самолетов, триммеры на рулях высоты не могут обеспечить желаемую силу и диапазон движения. Для обеспечения соответствующего дифферентного усилия вся горизонтальная оперение сделана регулируемой по шагу. Это позволяет пилоту выбирать точно правильную величину положительной или отрицательной подъемной силы от хвостового оперения, уменьшая сопротивление руля высоты.
Контрольный рог [ править ]
Звуковой сигнал управления - это часть поверхности управления, которая выступает перед точкой поворота. Он создает силу, которая увеличивает прогиб поверхности, уменьшая управляющее давление, которое испытывает пилот. Рупоры управления могут также включать противовес, который помогает сбалансировать рычаг управления и предотвращает его колебание в воздушном потоке. В некоторых конструкциях предусмотрены отдельные антифлаттерные грузики.
(В радиоуправляемых авиамоделях термин «контрольный клаксон» имеет другое значение.) [6] [7]
Пружинная отделка [ править ]
В простейшем случае триммирование выполняется с помощью механической пружины (или банджи ), которая добавляет соответствующую силу для увеличения управляющего воздействия пилота. Пружина обычно соединяется с рычагом дифферента руля высоты, чтобы пилот мог регулировать прилагаемое усилие пружины.
Триммер руля и элеронов [ править ]
У большинства самолетов с неподвижным крылом есть триммер для руля высоты , но у более крупных самолетов также есть триммер для руля направления, а другой - для элеронов. Триммер руля направлен против любой асимметричной тяги двигателей. Триммер элеронов предназначен для противодействия эффектам смещения центра тяжести от осевой линии самолета. Это может быть вызвано большей загрузкой топлива или полезной нагрузки с одной стороны самолета по сравнению с другой, например, когда в одном топливном баке больше топлива, чем в другом.
См. Также [ править ]
- Органы управления авиационным двигателем
- Системы управления полетом самолетов
- Механика полета самолетов
- Полет с отключенным управлением
- Судовые движения
- Шесть степеней свободы
- V-образный хвост
- Искривление крыльев
Примечания [ править ]
- ^ Патенты
- Патент США 821 393 - Летающая машина - О. и У. Райт.
- Патент США 821,393 - для тех, у кого нет графического модуля USPTO.
- ^ * Столетие полета. Архивировано 5 мая 2008 г. на Wayback Machine - иллюстрация изобретения Уилбура Райта деформации крыла с использованием картонной коробки.
- ^ a b c "Стандарт MISB 0601" (PDF) . Совет по стандартам видеосъемки (MISB) . Дата обращения 1 мая 2015 .Также в файле: MISB Standard 0601.pdf .
- Перейти ↑ Clancy, LJ Aerodynamics , Section 16.6
- ^ Клэнси, LJ Аэродинамика Глава 6
- ^ "Сервоуправление"
- ^ Модель самолета: часто задаваемые вопросы о клаксоне, Архивировано 13 мая 2013 г. на Wayback Machine
Ссылки [ править ]
- Руководство частного пилота ; Джеппесен Сандерсон; ISBN 0-88487-238-6 (твердый переплет, 1999)
- Справочник по полетам на самолете ; Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации, FAA-8083-3A. (2004)
- Клэнси, LJ (1975) Aerodynamics Pitman Publishing Limited, Лондон ISBN 0-273-01120-0
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме поверхностей управления полетом . |
- Четкое объяснение управления полетом модели самолета от BMFA
- Посмотрите, как он летает, Джон С. Денкер. Новый взгляд на восприятие, процедуры и принципы полета.
