Механизация задней кромки по всему размаху. Применение интерцепторов взамен элеронов.

Зависающие элероны и флапероны (элероны - закрылки) применяются давно. Однако зависающие элероны не обеспечивают ту максимальную эффективность, которую могут обеспечить выдвижные закрылки по всему размаху крыла, так, как угол отклонения элеронов вниз (в режиме закрылков) приходится делать меньше угла отклонения закрылков (из условия поперечной управляемости на больших углах атаки).

Кроме того, выдвижные закрылки увеличивают эффективную площадь крыла. Поэтому конструкторы уже давно пытаются заменить элероны другими устройствами для поперечного управления, чтобы освободить весь возможный размах крыла для закрылков. Такими устройствами могут быть например интерцепторы.

Первое предложение об использовании интерцепторов для поперечного управления относится к 1932 г. В 1934-1936 гг эта идея проверялась в летных испытаниях на легких самолетах и в аэродинамических трубах. Выявились как приемущества, так и недостатки данной системы управления.

Приемущества управления креном с помощью интерцепторов по сравнению с управлением элеронами сводятся по итогам всех известных работ к следующему:

• Закрылки по всей задней кромке крыла позволяют улучшить взлетно-посадочные характеристики самолета, при постоянной площади крыла, либо увеличить скорость полета за счет уменьшения площади крыла при заданных взлетно-посадочных характеристиках.
• Интерцепторы предотвращают возникновение чрезмерных колебаний типа "голландский шаг" при входе самолета в крен вследствие уменьшения момента рысканья. Дело в том, что при отклонении интерцептора увеличение профильного сопротивления в значительной мере компенсируется уменьшением индуктивного сопротивления благодаря уменьшению подьемной силы. Это обстоятельство повышает качество управления, особенно на малых скоростях.
• Интерцепторы могут быть подключены к системе непосредственного управления подьемной силой крыла (без изменения угла атаки), а также к системе управления нагрузками, благодаря чему можно улучшить точность пилотирования, уменьшить перегрузки при полете в неспокойной атмосфере. Снижение болтаночных перегрузок повышает комфорт, увеличивает срок службы конструкции самолета.
• Шарнирные закрылки (взамен элеронов) на 30 - 50% легче элеронов той же площади, так как элероны расчитываются на скоростной напор при максимальной скорости полета, а закрылки - на режим взлета и посадки. Выдвижные закрылки имеют примерно ту же поверхностную плотность, что и заменяемые элероны.

Недостатки управления креном с помощью интерцепторов:

• Нелинейное изменение поперечного и шарнирного моментов при отклонении интерцептора.
• Возможность обратного действия (реверса) интерцептора при весьма малых и больших углах его отклонения.
• Уменьшение подьемной силы при отклонении интерцептора вверх на одном крыле приводит к потере высоты.

Исследования показали возможность устранения или существенного ослабления указанных недостатков.

Нелинейность пеоеречного и шарнирного моментов можно устранить, если кинематически связать интерцептор с нижним дефлектором и пружиной:



Высота отклонения дефлектора должна быть примерно вдвое меньше высоты отклонения интерцептора. Уменьшает нелинейность также и щель между интерцептором и верхней обшивкой крыла высотой примерно 1,5% хорды крыла (при максимальном отклонении интерцептора).

Запаздывание действия интерцептора зависит от следующих факторов: расположение его по хорде, скоростей полета, выпуска и уборки интерцептора, наличия щели между интерцептором и обшивкой крыла, причем запаздывание при уборке примерно вдвое меньше, чем при выпуске.

Уменьшение подьемной силы при выпуске интерцептора схематически показано на слеующей схеме:



От начала выпуска (0) до момента 1 интерцептор практически не изменяет подьемную силу, так как находится в пограничном слое. Момент 2 характерен максимальным реверсом интерцептора вследствие создания на верхней поверхности крыла замкнутого пузыря с разрежением и дополнительной циркуляцией. В момент 3 пузырь отделяется от поверхности крыла и подьемная сила начинает уменьшаться вследствие выравнивания давления сверху и снизу. В дальнейшем срыв потока усиливается и подьемная сила падает до определенного значения.

Запаздывание уменьшается при более заднем расположении интерцептора.

При посадке, когда скорость меньше 25 м/с, запаздывание действия интерцептора без щели сравнимо со временем реакции летчика и может вызвать у него неприятные ощущения. Наличие щели в этом случае помогает уменьшить реверс и запаздывание действия интерцептора.

Реверс интерцептора возможен и при углах отклонения свыше 50 градусов от поверхности крыла. Поэтому угол отклонения интерцептора в режиме управления креном рекомендуется делать не более 45 - 50 градусов.

Что касается потери высоты, то это классический недостаток интерцепторов при поперечном управлении легкими самолетами оказался сильно преувеличенным.

На существующих легких самолетах интерцепторы для поперечного управления размещают только на верхней поверхности крыла на 60 - 70% хорды от носка. Ширина интерцепторов берется в пределах 5 - 10% хорды крыла, а площадь их составляет 3,3 - 4,3% от площади крыла.

В каждом конкретном случае система поперечного управления должна тщательно прорабатываться в лабораторных и летных испытаниях, включая отработку усилий.

по материалам:
А. А. Бадягин Ф. А. Мухамедов "Проектирование легких самолетов"