Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Блоки вертикального и горизонтального стабилизаторов на авиалайнере Airbus A380

Самолета стабилизатор представляет собой аэродинамическая поверхность, как правило , в том числе один или несколько подвижных поверхностей управления , [1] [2] , который обеспечивает продольный (шаг) и / или направление (поворот вокруг вертикальной оси) стабильность и контроль. Стабилизатор может иметь фиксированную или регулируемую конструкцию, на которой шарнирно закреплены любые подвижные управляющие поверхности, или сам может быть полностью подвижной поверхностью, такой как стабилизатор . В зависимости от контекста «стабилизатор» может иногда описывать только переднюю часть общей поверхности.

В традиционной конфигурации самолета отдельные вертикальный (киль) и горизонтальный ( хвостовое оперение ) стабилизаторы образуют оперение, расположенное в хвостовой части самолета. Другие конструкции оперения, такие как конфигурация V-образного оперения , имеют стабилизаторы, которые способствуют сочетанию продольной и направленной стабилизации и управления.

Продольная устойчивость и управляемость могут быть получены с помощью других конфигураций крыла, включая " утка" , тандемное крыло и бесхвостый самолет .

Некоторые типы самолетов стабилизированы электронным управлением полетом ; в этом случае неподвижные и подвижные поверхности, расположенные в любом месте самолета, могут служить в качестве активных демпферов или стабилизаторов движения.

Горизонтальные стабилизаторы [ править ]

В Boeing 737 используется регулируемый стабилизатор, который приводится в движение домкратом для обеспечения требуемых сил дифферента по тангажу. Иллюстрирован стандартный стабилизатор.

Горизонтальный стабилизатор используется для поддержания воздушного судна в продольном балансе, или обрезки : [3] оно оказывает вертикальное усилие на расстоянии , так что суммирование основного тона моментов относительно центра тяжести равно нуль. [4] Вертикальная сила, оказываемая стабилизатором, изменяется в зависимости от условий полета, в частности, в зависимости от коэффициента подъемной силы самолета и отклонения закрылков, которые влияют на положение центра давления , а также от положения центра тяжести самолета (который изменения с загрузкой самолета и расходом топлива). Трансзвуковойполет предъявляет особые требования к горизонтальным стабилизаторам; когда местная скорость воздуха над крылом достигает скорости звука, происходит внезапное движение за центром давления .

Еще одна роль горизонтального стабилизатора - обеспечение продольной статической устойчивости . Устойчивость можно определить только тогда, когда автомобиль находится в балансировке; [5] это относится к тенденции самолета возвращаться в сбалансированное состояние, если его нарушают. [6] Это поддерживает постоянное положение самолета с неизменным углом тангажа относительно воздушного потока без активного участия пилота. Для обеспечения статической устойчивости самолета с обычным крылом необходимо, чтобы центр тяжести самолета находился впереди центра давления, поэтому стабилизатор, расположенный в задней части самолета, будет создавать подъемную силу в направлении вниз.

Лифта служит для управления осью основного тона; в случае полностью подвижного хвостового оперения вся сборка действует как управляющая поверхность.

Взаимодействие крыла со стабилизатором [ править ]

Смыв вверх и вниз, связанный с созданием подъемной силы, является источником аэродинамического взаимодействия между крылом и стабилизатором, которое выражается в изменении эффективного угла атаки для каждой поверхности. Влияние крыла на хвост гораздо более значимо, чем противоположный эффект, и его можно смоделировать с помощью теории подъемной линии Прандтля ; однако для точной оценки взаимодействия между несколькими поверхностями требуется компьютерное моделирование или испытания в аэродинамической трубе . [7]

Конфигурации горизонтального стабилизатора [ править ]

Обычное хвостовое оперение [ править ]

Регулируемый горизонтальный стабилизатор Embraer 170 с отметками, показывающими углы дифферента носа вверх и вниз.
Основная статья: Фиксатор

В традиционной конфигурации горизонтальный стабилизатор представляет собой небольшое горизонтальное оперение или хвостовое оперение, расположенное в задней части самолета. Это самая распространенная конфигурация.

На многих самолетах хвостовое оперение состоит из неподвижной поверхности, снабженной шарнирной задней поверхностью руля высоты . Триммеры могут использоваться для снятия усилия пилота; и наоборот, в некоторых случаях, например, в небольших самолетах с цельноповоротными стабилизаторами , для увеличения этих сил используются фиксаторы сервопривода .

Большинство авиалайнеров и транспортных самолетов имеют большой медленно движущийся стабилизируемый хвостовой оперение, которое совмещено с независимо движущимися лифтами. Руль высоты управляется пилотом или автопилотом и в первую очередь служит для изменения положения самолета, в то время как весь узел используется для дифферента (поддержания горизонтального статического равновесия) и стабилизации самолета по оси тангажа.

Многие сверхзвуковые самолеты имеют цельноповоротное оперение, также называемое стабилизатором , с регулируемой по всей поверхности. [8]

Варианты на обычной конфигурации включают Т-хвост , крестообразной хвост , Твин хвост и двухбалочный установленный хвост .

Трехплавный самолет [ править ]

Конфигурации три поверхности из Пьяджио Р-180 Avanti
Основная статья: Трехплоскостной самолет

Самолеты с тремя поверхностями, такие как Piaggio P.180 Avanti или Scaled Composites Triumph и Catbird , хвостовое оперение является стабилизатором, как у обычных самолетов; передняя планка, называемая форпланом или утком, обеспечивает подъемную силу и служит балансировочной поверхностью.

Некоторые более ранние трехплоскостные самолеты, такие как Curtiss AEA June Bug или биплан Voisin 1907 , имели обычную компоновку с дополнительной передней управляющей поверхностью по тангажу, которую называли «лифтом» или иногда «стабилизатором». [9] Не имея рулей высоты, хвостовые оперения этих самолетов не имели того, что сейчас называют обычными стабилизаторами. Например, Voisin был тандемно-подъемной компоновкой (основное крыло и заднее крыло) с носовой частью, которая не была ни стабилизирующей, ни главным образом подъемной; он назывался « équilibreur » («балансир») [10] и использовался как поверхность для регулировки по тангажу и дифферента.

Самолет Canard [ править ]

Конфигурации утки из Beechcraft Starship
Основная статья: Canard (воздухоплавание)

В конфигурации "утка" перед основным крылом располагается небольшое крыло, или носовая часть. Некоторые авторы называют его стабилизатором [11] [12] [13] [14] или отводят только передней планке стабилизирующую роль [15], хотя, что касается устойчивости по тангажу , форплан обычно описывается как дестабилизирующая поверхность, [16] основное крыло, обеспечивающее стабилизирующий момент по тангажу.[17] [18] [19]

В самолетах с естественной неустойчивостью поверхности утка могут использоваться как активная часть системы искусственной устойчивости и иногда называются горизонтальными стабилизаторами. [20]

Бесхвостый самолет [ править ]

Конфигурации бесхвостые из Concorde
Основная статья: Бесхвостый самолет

У бесхвостого самолета отсутствует отдельный горизонтальный стабилизатор. В бесхвостом самолете горизонтальная стабилизирующая поверхность является частью основного крыла. [21] [22] Продольная устойчивость бесхвостого самолета достигается за счет такой конструкции самолета, при которой его аэродинамический центр находится позади центра тяжести. Это обычно делается путем изменения конструкции крыла, например , путем изменения угла падения в размахе крыла (направление вымывания или твист ), или с помощью отогнутого развала колес аэродинамических поверхностей.

Вертикальные стабилизаторы [ править ]

Основная статья: Вертикальный стабилизатор

Вертикальный стабилизатор обеспечивает направленную (или поворот вокруг вертикальной оси ) стабильность и обычно содержит неподвижный плавник и подвижный контроль руля направления шарнирно к его задней кромке. [23] Реже шарнир отсутствует, а вся поверхность ребра повернута для обеспечения устойчивости и контроля. [24]

Когда самолет встречает горизонтальный порыв ветра, устойчивость к рысканью заставляет его разворачиваться против ветра, а не в том же направлении. [25]

Геометрия фюзеляжа, гондолы двигателей и вращающиеся гребные винты - все это влияет на боковую статическую устойчивость и влияет на требуемый размер стабилизатора. [26]

Если у самолета нет вертикального стабилизатора, то этот самолет почти не маневренный.

Бесхвостая направленная стабилизация и управление [ править ]

Хотя использование вертикального стабилизатора является наиболее распространенным, можно получить курсовую устойчивость без дискретного вертикального стабилизатора. Это происходит, когда крыло отводится назад, и в некоторых случаях, как, например, на крыле Rogallo, часто используемом для дельтапланов , это означает, что плавник не нужен.

  • Стабилизация. Когда стреловидное крыло поворачивается по рысканию, стреловидность внешнего крыла уменьшается, что увеличивает сопротивление, а стреловидность внутреннего крыла увеличивается, уменьшая сопротивление. Это изменение распределения сопротивления создает восстанавливающий момент.
  • Контроль. Способ контролировать рыскание - использовать дифференциальное воздушное торможение, чтобы напрямую влиять на сопротивление. Эта техника подходит для электронного управления полетом , как на летающем крыле Northrop Grumman B-2 . [27]

Комбинированные продольно-направляющие стабилизаторы [ править ]

Бичкрафт Бонанза , наиболее распространенный пример конфигурации V- образный хвостового оперения
Основная статья: V-образный хвост

На некоторых самолетах горизонтальные и вертикальные стабилизаторы объединены в пару поверхностей под названием V-tail . В этой компоновке два стабилизатора (киль и руль направления) установлены под углом 90–120 ° друг к другу, [примечание 1] давая большую горизонтальную площадь проекции, чем вертикальную, как в большинстве обычных хвостовиков. Движущиеся рулевые поверхности называются рулевыми управлениями . [28] [примечание 2] Таким образом, V-образный хвостовик действует как стабилизатор рыскания и тангажа.

Хотя может показаться, что конфигурация V-образного хвоста может привести к значительному уменьшению смачиваемой области хвоста , она страдает от увеличения сложности управления и срабатывания [28], а также сложного и вредного аэродинамического взаимодействия между двумя поверхностями. [29] Это часто приводит к увеличению общей площади, что снижает или сводит на нет первоначальную выгоду. [28] Бичкрафт Бонанза самолета свет был первоначально разработан с V-образным хвостовым оперением.

Существуют и другие комбинированные макеты. MQ-1 Общий Atomics Хищник беспилотный летательный аппарат имеет перевернутую V-хвост . Поверхности хвостового оперения Lockheed XFV можно описать как V-образное оперение с поверхностями, проходящими через фюзеляж на противоположную сторону. У вентилятора LearAvia Lear Fan был Y- образный хвост . Все спаренные оперения с двугранным углом оперения обеспечат сочетание продольной и направленной стабилизации.

Примечания [ править ]

  1. ↑ F-117 Nighthawk , 90 ° - Fouga Magister , 105 ° - Beech Bonanza , 116 °
  2. ^ Контаминация из руля и элеватора

Ссылки [ править ]

  1. ^ Оперение - Д. Стинтон Конструкция самолета , Продольная устойчивость - Гидродинамический подъемник Хёрнера - Илан Кроо, Конструктор самолетов . Из соображений устойчивости (размер оперения, площадь оперения, объемный коэффициент стабилизатора) авторы всегда имеют дело со всем агрегатом, включая рули высоты. Термины «горизонтальный хвост» или «хвост» обычно используются вместо «стабилизатора».
  2. ^ Roskam, Ян (2002). Дизайн самолета: Pt. 3 . Лоуренс: Корпорация DAR. п. 287. ISBN. 1-884885-56-X. Проверено 30 июля 2015 года .
  3. ^ Даролл Стинтон, Конструкция самолета , "Продольный баланс (дифферент)".
  4. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.1 Основы статического равновесия и устойчивости». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 377. ISBN. 978-0-470-53975-0. Когда органы управления настроены так, что результирующие силы и моменты относительно центра тяжести равны нулю, говорят, что летательный аппарат находится в балансировке , что просто означает статическое равновесие.
  5. ^ WH Филлипс, Карьера в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли , Глава 4, Летающие качества
  6. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.2 Шаговая устойчивость изогнутого крыла». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 381. ISBN. 978-0-470-53975-0. Для того чтобы самолет был статически устойчивым при вращении, любые нарушения крена, тангажа или рыскания должны все приводить к возникновению восстанавливающего момента, который вернет самолет в исходное состояние равновесия.
  7. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.3 Упрощенный анализ устойчивости тангажа для комбинации крыло-хвост». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 391. ISBN. 978-0-470-53975-0.
  8. ^ "Горизонтальный стабилизатор - лифт" , Руководство для новичков по воздухоплаванию , Исследовательский центр Гленна НАСА, 13 сентября 2010 г.
  9. ^ Gérard Hartmann (12 мая 2003), "Les Hydros Фарман" (PDF) , Dossiers Historiques и др техника Aéronautique française , ле stabilisateur авангард сывороток supprimé ан Cours d'année ( "передний стабилизатор будет удален в течение года")
  10. ^ Вуазен, Mes 10.000 Серф-Volants (My 10000 змеев), страница 166: "др JE m'apprêtais à tirer Сюр пн équilibreur ... Puis иль braqua сын équilibreur уегз ла Montee"
  11. ^ Гарнизон, P; «Компания троих »; Flying 129 (12), декабрь 2002 г., стр.85-86: "стабилизатор спереди" ... "Это функция стабилизатора. Если он находится сзади, он обычно толкает вниз, а если он спереди он поднимается вверх ".
  12. ↑ Benson, T (Ed): «Части и функции самолета» , Руководство по аэронавтике для новичков , Исследовательский центр Гленна НАСА, На первом самолете брата Райт горизонтальный стабилизатор был размещен перед крыльями.
  13. ^ В патенте США US 6064923 , самолет с уменьшенной структурой крыла загрузкой : «... передним стабилизатором,правилоизвестной как стабилизатор переднего оперения,»
  14. ^ "Части самолета" , Руководство для новичков по воздухоплаванию , Исследовательский центр Гленна НАСА
  15. ^ Горизонтальный стабилизатор - руль высоты , НАСА, На некоторых самолетах устойчивость и управляемость по тангажу обеспечивается горизонтальной поверхностью, расположенной впереди центра тяжести.
  16. ^ например, в AIR International, май 1999 г., стр. 311, Hoerner и Borst, Fluid Dynamic Lift , стр. 11-29, и стр. 11-33 Delta canard , NASA TM 88354, Взгляд на управляемость конфигураций «утка» , стр. 14 и Кунду, Дизайн самолетов , стр. 92,
  17. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.6 Упрощенный анализ устойчивости тангажа для комбинации крыла и утка». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 425. ISBN 978-0-470-53975-0. … Именно основное крыло, а не утка обеспечивает устойчивость конфигурации крыло-утка.
  18. ^ Совещание AIAA / AHS / ASEE по проектированию, системам и эксплуатации самолетов: ... - Том 2 - стр. 309, «Результаты по тангажу показывают стабилизирующий эффект крыла и дестабилизирующий эффект утка».
  19. ^ Ф.Х. Николс, Влияние вертикального расположения крыла и расположения вертикального оперения на характеристики устойчивости конфигураций самолетов Canard , стр. 9, «Корпус также производит существенный дестабилизирующий компонент, который адекватно уравновешивается большим стабилизирующим эффектом крыла».
  20. ^ X-29 ... в то время как его передние опоры - горизонтальные стабилизаторы для регулирования тангажа - находились перед крыльями, а не на хвосте " [1]
  21. ^ Теория и практика использования летающих крыльев, компонентов апогея
  22. ↑ Заметки об устойчивости и управляемости бесхвостых самолетов, Джонс, Роберт, naca-tn-837, 1941
  23. ^ Даролл Стинтон , конструкция самолета , боковая и путевая устойчивость и вращение
  24. ^ Барнард, RH; Филпотт, Д.Р. (2010). «10. Управление самолетом». Полет на самолете (4-е изд.). Харлоу, Англия: Прентис Холл. п. 271 . ISBN 978-0-273-73098-9.
  25. ^ Барбер, Горацио , «Глава II - Стабильность и управление» , Самолет говорит , Центр электронного текста, Библиотека Университета Вирджинии
  26. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «5 Боковая статическая устойчивость и дифферент». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-53975-0.
  27. ^ Sweetman, Билл (2005). Lockheed Stealth . Норт-Бранч, Миннесота: Zenith Imprint. п. 73. ISBN 0-7603-1940-5.
  28. ^ a b c Raymer, Дэниел П. (1999). «4.5 Геометрия и расположение хвоста». Дизайн самолетов: концептуальный подход (3-е изд.). Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. п. 78 . ISBN 1-56347-281-3.
  29. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «5.5 Влияние двугранного угла хвоста на устойчивость к рысканью». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 533. ISBN. 978-0-470-53975-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Терминология, связанная с самолетами
  • Талай, Теодор А. (27 января 2005 г.). «Введение в аэродинамику полета - устойчивость и управление» . Отдел истории НАСА . Исследовательский центр Лэнгли . Проверено 21 апреля 2013 года .
  • «Динамическая продольная, направленная и поперечная устойчивость» , Centennial of Flight , US Centennial of Flight Commission