Стабилизатора , также известный как горизонтальный стабилизатор , представляет собой небольшой подъемное поверхность , расположенную на хвосте ( оперения ) позади основных подъемных поверхностей с неподвижным крылом самолета , а также других не самолетов , таких как вертолеты и автожиров . Не все самолеты с неподвижным крылом имеют хвостовое оперение. Канарды , бесхвостые самолеты и летающие крылья не имеют отдельного оперения, а у самолетов с V-образным хвостовым оперением вертикальный стабилизатор и руль направления., а хвостовое оперение и руль высоты объединены, чтобы сформировать две диагональные поверхности в V-образной компоновке.
Задача хвостового оперения - обеспечивать устойчивость и управляемость. В частности, хвостовое оперение помогает приспособиться к изменениям положения центра давления или центра тяжести, вызванных изменениями скорости и положения, расходом топлива или падением груза или полезной нагрузки.
Типы хвостовых оперений
Хвостовое оперение состоит из фиксированного горизонтального стабилизатора и подвижного руля высоты. Помимо формы в плане , он отличается:
- Количество хвостовых оперений - от 0 ( бесхвостка или утка ) до 3 ( триплан Roe ).
- Расположение хвостового оперения - установлен высоко, посередине или низко на фюзеляже, киле или хвостовой балке.
- Неподвижный стабилизатор и подвижные поверхности руля высоты, или один комбинированный стабилизатор, или (все) летающее оперение . [1] ( General Dynamics F-111 Aardvark )
Некоторым локациям даны особые названия:
- Крестообразная форма : посередине на плавнике ( Hawker Sea Hawk , Sud Aviation Caravelle )
- Т-образное оперение : высоко установленное на киле ( Gloster Javelin , Boeing 727 )
Фюзеляж установлен | Крестообразный | Т-образный хвост | Летающий хвостовой оперение |
Стабильность
Крыло с обычным профилем крыла отрицательно сказывается на продольной устойчивости. Это означает, что любое возмущение (например, порыв ветра), которое поднимает нос, вызывает подъемный момент, который имеет тенденцию еще больше поднимать нос. При таком же возмущении наличие хвостового оперения создает восстанавливающий момент тангажа при опускании носа, который может противодействовать естественной нестабильности крыла и сделать самолет продольно устойчивым (почти так же, как флюгер всегда направлен против ветра).
Продольная устойчивость самолета может измениться, когда он летит «без рук»; т. е. когда органы управления полетом подвергаются воздействию аэродинамических сил, но не сил воздействия пилота.
Демпфирование
В дополнение к возвращающей силе (которая сама по себе может вызвать колебательное движение) хвостовое оперение дает демпфирование. Это вызвано относительным ветром, видимым хвостом, когда самолет вращается вокруг центра тяжести. Например, когда летательный аппарат колеблется, но на мгновение выравнивается с общим движением транспортного средства, хвостовое оперение по-прежнему видит относительный ветер, противодействующий колебаниям.
Поднимать
В зависимости от конструкции самолета и режима полета его хвостовое оперение может создавать положительную подъемную силу или отрицательную подъемную силу (прижимную силу). Иногда предполагается, что на устойчивом самолете это всегда будет чистая прижимная сила, но это неверно. [2]
На 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 возникают серьезные проблемы с обращением. Требования к устойчивости не были поняты до незадолго до Первой мировой войны - эпохи, когда британский легкий биплан Bristol Scout был разработан для гражданского использования с подъемным хвостовым оперением с аэродинамическим профилем на протяжении всего его производства, вплоть до начала Первой мировой войны и британской военной службы. с 1914-1916 гг. - когда стало понятно, что перемещение центра тяжести дальше вперед позволило использовать не поднимающееся хвостовое оперение, в котором подъемная сила номинально не положительна и не отрицательна, а равна нулю, что приводит к более стабильному поведению. [3] Более поздние примеры самолетов из Первой мировой войны и в последующие годы в межвоенные годы , которые имели положительные горизонтальное оперение подъема включают в себя, хронологически Сопвич Camel , Чарльз Линдберг «s Дух Сент - Луиса , в Gee Bee Model R Racer - все с самолета репутация сложного в управлении и более легкого в управлении двухместного канадского учебно-тренировочного биплана Fleet Finch , который сам по себе обладает хвостовым оперением с плоским дном, мало чем отличающимся от более раннего Bristol Scout. Но с осторожностью подъемный хвостовой оперение можно сделать устойчивым. В качестве примера можно привести ракетный перехватчик Bachem Ba 349 Natter с вертикальным взлетом и посадкой, который имел подъемное оперение и был устойчивым и управляемым в полете. [4]
Во многих современных обычных самолетах центр тяжести расположен впереди нейтральной точки . [ необходима цитата ] Подъемная сила крыла затем создает понижающий момент вокруг центра тяжести, который должен уравновешиваться повышающим моментом (подразумевающим отрицательную подъемную силу) от хвостового оперения. Недостатком является то, что он создает триммерное сопротивление .
Активная стабильность
Использование компьютера для управления лифтом позволяет аналогичным образом управлять аэродинамически нестабильным самолетом.
Такие самолеты, как F-16 , управляются с искусственной устойчивостью. Преимущество этого заключается в значительном снижении лобового сопротивления хвостового оперения и улучшенной маневренности.
Mach tuck
На околозвуковых скоростях самолет может испытывать смещение центра давления назад из-за накопления и движения ударных волн. Это вызывает момент тангажа с опусканием носа, называемый складкой Маха . Для поддержания равновесия может потребоваться значительное усилие дифферента, и это чаще всего обеспечивается с помощью всего хвостового оперения в виде полностью летающего хвостового оперения или стабилизатора.
Контроль
У хвостового оперения обычно есть средства, позволяющие пилоту контролировать подъемную силу, создаваемую хвостовым оперением. Это, в свою очередь, вызывает в самолете момент тангажа вверх или нос вниз, который используется для управления самолетом по тангажу.
Лифт Обычный стабилизаторе обычно имеет навесной кормовую поверхность , называемую лифтом ,
Стабилизатор или цельноповоротное хвостовое оперение. В трансзвуковом полете ударные волны, создаваемые передней частью хвостового оперения, выводят из строя любой руль высоты. Цельноповоротный хвост был разработан британцами для Miles M.52 , но впервые увидел трансзвуковой полет на Bell X-1 ; Bell Aircraft Corporation включила устройство дифферента руля высоты, которое могло изменять угол атаки всего хвостового оперения. Это избавило программу от дорогостоящего и трудоемкого восстановления самолета. [ необходима цитата ]
Теперь околозвуковые и сверхзвуковые самолеты имеют цельноповоротные хвостовые опоры для противодействия подъему Маха и сохранения маневренности при полете со скоростью, превышающей критическое число Маха . Эта конфигурация, обычно называемая стабилизатором , часто упоминается как « цельноповоротный » или «полностью летающий» хвостовой стабилизатор.
Смотрите также
- Система управления полетом самолета
- Поверхности управления полетом
- Стабилизатор (воздухоплавание)
- Т-образный хвост
- Вкладка обрезки
Рекомендации
- ^ Андерсон, Джон Д., Введение в полет , 5-е изд, стр. 517
- ↑ Burns, BRA (23 февраля 1985 г.), «Canards: Design with Care», Flight International , стр. 19–21.
Заблуждение, что хвостовые самолеты всегда загружают хвостовые части. Обычно это так, с закрылками вниз и в передних положениях cg, но с закрылками вверх на корме cg нагрузки на хвост при большой подъемной силе часто положительны (вверх), хотя максимальная грузоподъемность хвоста редко достигается.
. стр.19 стр.20 стр.21 - ↑ Ответы корреспондентам, Flight , 2 ноября 1916 г., стр. 962; «Подъемное хвостовое оперение» - это тот, который обычно несет определенную нагрузку и поэтому часто изогнут, чтобы сделать его более эффективным. Например, хвостовые части старых бипланов Farman были «подъемными хвостовыми самолетами» и на самом деле были довольно сильно изогнуты. Под не поднимающимся хвостовым оперением подразумевается тот, который в нормальном полете не несет какой-либо части груза, а просто "плывет". обычно, хотя и не всегда, состоит из симметричного сечения, т. е. представляет собой либо идеально плоскую плоскость, состоящую из каркаса из стальных труб, либо состоящую из лонжеронов и ребер по образцу основных плоскостей, но симметричных по сечение и выпуклость с обеих сторон. Целью последней формы сечения, конечно же, является обеспечение хорошей "обтекаемой" формы, которая будет оказывать минимальное сопротивление. Во время полета постоянно возникает ситуация, когда такой хвостовой самолет на мгновение нагружается, нагрузка идет вверх или вниз в зависимости от обстоятельства, и тогда, конечно, хвостовое оперение больше не является, строго говоря, "неподъемным". ... не поднимающееся хвостовое оперение не всегда симметрично в сечении. Некоторые дизайнеры отдают предпочтение секциям, у которых верхняя поверхность выпуклая, а нижняя - идеально ровная. Причины, обычно выдвигаемые для использования такой секции, заключаются в том, что, поскольку хвостовые плоскости могут - и, действительно, часто работают - при понижении тяги от главных плоскостей, хвостовая плоскость, установленная параллельно траектории движения машины, или, другими словами, параллельно карданному валу, фактически подвергается нагрузке, действующей в нисходящем направлении. Несимметричная хвостовая плоскость, подобная упомянутой выше, по-прежнему дает определенную подъемную силу относительно угла падения, тогда как симметричная секция, конечно, не дает подъемной силы, когда угол падения равен нулю. Таким образом, плоско-выпуклая секция имеет тенденцию из-за небольшого подъема при любом угле падения противодействовать эффекту нисходящей тяги крыльев и, следовательно, может быть названа эквивалентной плоской или обтекаемой плоскости, установленной под небольшим углом. к карданному валу. Хвостовое оперение BE2C, как и на большинстве современных машин, является неподъемным ». [1]
- ^ Грин, Вт .; Боевые самолеты Третьего рейха , Macdonald and Jane's, 1970 год.