Определение геометрических размеров и формы горизонтального оперения

Для оперения выбираются обычно симметричные профили с относительной толщиной 10...12%, например, часто используется профиль GOTTINGEN-409 .(рис. 1.12).



Рис 1.12 Профиль GOTTINGEN-409, используемый для горизонтального оперения

Иногда выбранный профиль видоизменяют-"модифицируют". Суть модификации (рис. 1.13)



Рис 1.13 Модификация профилей
а - исходнывй профиль, б - профиль с модернизированной хвостовой частью, в - профиль с модернизированной средней частью, г - профиль с модернизированной хвостовой и средней частью

состоит в том, что криволинейные поверхности хвостовой или средней части профиля заменяют плоскостями. Это видоизменение производится для упрощения технологии изготовления рулевых поверхностей: руля высоты и руля направления.

Удлинение горизонтального оперения го обычно находится в пределах 2-4, на планерах и СЛС с большим удлинением крыла-4-5.

Увеличение удлинения горизонтального оперения улучшает его эффективность и уменьшает лобовое сопротивление, но неизбежно ведет к увеличению его массы. Исключение составляют СЛА, выполненные по двухбалочной схеме. Для таких СЛА оптимальным является такое удлинение, при котором размах горизонтального оперения

l_го=1.73l_б

где l_б-расстояние между осями балок. Так как максимальный изгибающий момент, действующий на лонжерон оперения, будет при этом наименьшим.

Увеличение удлинения оперения позволяет несколько уменьшить его площадь. Это объясняется тем, что меньшая относительная часть оперения находится в спутной струе от фюзеляжа.

Форма горизонтального оперения в плане может быть как прямоугольной, так и трапециевидной. Увеличение сужения оперения приводит к некоторому уменьшению изгибающего момента лонжерона, но существенного выигрыша в массе дать не может.

С точки зрения технологии изготовления выгоднее прямоугольное в плане горизонтальное оперение. Если все-таки предпочтение отдано трапециевидной форме горизонтального оперения, то необходимо стремиться к тому, чтобы ось руля высоты (рис. 1. 14)



Рис 1.14 Оптимальное расположение оси руля высоты

была расположена под углом 90° к продольной оси фюзеляжа. Это существенно упростит навеску руля высоты и кинематику его привода.

Выбор параметров руля высоты

При малых дозвуковых скоростях полета коэффициент эффективности руля высоты определяется выражением



В большинстве случаев руль высоты расположен по всему размаху горизонтального оперения, поэтому можно записать



Из последнего выражения видно, что для прямоугольного в плане горизонтального оперения коэффициент эффективности руля пропорционален p и при



нарастание замедляется (рис. 1. 15, а).



Рис 1.15 Зависимость коэффициента эффективности руля высоты (а) и шарнирного момента (б) от его относительной хорды

Поэтому у большинства дозвуковых самолетов b_рв 0,3-0,4.

Для СЛА такое значение b_рв не всегда является оптимальным из-за очень малых шарнирных моментов, передаваемых с руля на ручку управления самолетом (РУС). Малые усилия на РУС могут привести к непреднамеренным выходам на недопустимые перегрузки при пилотировании.

Если шарнирный момент цельноповоротного горизонтального оперения M_ш.цп. принять за единицу, то относительный шарнирный момент руля высоты _ш=M_ш/M_ш.цп возрастает (рис. 1. 15, б) пропорционально квадрату относительной хорды рв. Становится понятным, что для увеличения усилий на РУС целесообразно увеличивать b_рв. Чрезмерное увеличение эффективности руля высоты ухудшает характеристики СЛА с "брошенной ручкой". Поэтому в некоторых случаях, особенно для маломаневренных СЛА, шарнирный момент можно увеличить, сохраняя необходимую эффективность рулей, за счет уменьшения размаха руля l_p. На рис. 1.16 показан вариант расположения руля высоты СЛА, выполненного по двухбалочной схеме.



Рис 1.16 Вариант расположения руля высоты СЛА, выполненного по двухбалочной схеме

Однако увеличением хорды руля высоты вплоть до значений 0,5...0,7 оптимальных усилий на РУС достичь не удается. Поэтому в некоторых случаях в систему управления целесообразно включить пружинные или резиновые загружатели.

На всех СЛА усилия на РУС оказываются существенно ниже оптимальных (исключение составляют СЛА с боковой ручкой управления), поэтому аэродинамическая компенсация рулей не требуется.

Определение геометрических размеров и формы вертикального оперения

При выдерживании необходимой площади форма вертикального оперения существенного влияния на аэродинамическое качество и характеристику СЛА не оказывает. Именно этим и объясняется применение (рис. 1. 17) самых различных форм вертикального оперения.



Рис 1.17 Возможные формы вертикального оперения

Профиль вертикального оперения всегда симметричный с относительной толщиной примерно 10... 12%. Для упрощения технологии изготовления трапециевидного в плане вертикального оперения его профиль можно модифицировать, рассекая его перпендикулярно хорде по линии максимальной толщины и разнося на необходимые расстояния. Участки между рассеченными частями профиля (рис. 1. 18) выполняются плоскими.



Рис 1.18 Модификация профилей вертикального оперения

Желательно, чтобы указанные плоскости доходили до оси вращения руля направления, в этом случае сечение руля направления будет представлять собой фигуру, состоящую из полуокружности и равнобедренного треугольника.

Для СЛА относительная площадь руля направления рн= S_рн/S_во обычно находится в пределах 0,35... 0,50.

Целесообразно ось руля направления располагать перпендикулярно строительной оси фюзеляжа или перпендикулярно направлению тросовой проводки, идущей на сектор руля направления.

по материалам: П.И.Чумак, В.Ф Кривокрысенко "Расчет и проектирование СЛА"