Оперение самолета. Оперение самолёта Исследование хвостового оперения пассажирского самолета

А теперь о том, почему конструкторы отходят от классической схемы. Сейчас самолетов огромное количество и их предназначение вместе с характеристиками очень сильно отличается. И, по сути, здесь необходимо разбирать конкретный класс самолетов и даже конкретный самолет в отдельности, но чтобы понять основные принципы будет достаточно нескольких примеров.

Первый - уже упоминаемый Ан-225, имеет двойное вынесенное вертикальное оперение по той причине, что он может нести на себе такую объемную вещь как челнок Буран, который в полете затенял бы в аэродинамическом плане единственный вертикальный стабилизатор, расположенный по центру, и эффективность его была бы чрезвычайно низкой. Т-образное оперение Ту-154 также имеет свои преимущества. Поскольку оно находится даже за задней точкой фюзеляжа, по причине стреловидности вертикального стабилизатора, плечо силы там самое большое (здесь можно опять прибегнуть к линейке и двум пальцам разных рук, чем ближе задний палец к переднему, тем большое усилие на него необходимо), потому его можно сделать меньшим и не таким мощным, как при классической схеме. Однако теперь все нагрузки, направленные по оси тангажа передаются не на фюзеляж, а на вертикальный стабилизатор, из-за чего тот необходимо серьезно укреплять, а значит и утяжелять.

Кроме того, еще и дополнительно тянуть трубопроводы гидравлической системы управления, что еще больше прибавляет вес. Да и в целом такая конструкция более сложная, а значит менее безопасная. Что же касается истребителей, почему они используют полностью отклоняемые плоскости и парные вертикальные стабилизаторы, то основная причина - увеличение эффективности. Ведь понятно, что лишней маневренности у истребителя быть не может

Т-образное оперение самолета содержит киль, на верхней части которого закреплен поворотный стабилизатор, снабженный приводом и шарнирными узлами крепления, состоящими из пары вилок, каждая из которых включает в себя внешнюю и внутреннюю проушины на лонжероне стабилизатора и проушину киля, в отверстиях которых на подшипниках смонтировано соединительное устройство. Каждая из проушин киля состоит из двух частей и в ней установлен стакан с шаровым подшипником. Каждая внешняя и внутренняя проушины вилки стабилизатора соединены с проушинами киля полым болтом, внутри которого размещен дублирующий болт, стянутый гайкой, поверх которого установлена гайка со стопором для фиксации положения проушин киля относительно вилки. Концы упомянутых полых болтов расположены между вилками с торцевым зазором и соединены между собой охватывающей их промежуточной втулкой, на внешней стороне которой установлена качалка управления рулями стабилизатора, зафиксированная стопорным кольцом с болтом. Изобретение направлено на повышение живучести самолета. 6 ил.

Известны самолеты с Т-образным хвостовым оперением, у которого поворотный стабилизатор закреплен на задних шарнирных соединениях с общей осью вращения, состоящей из проушин, вилок и соединяющих их болтов, и имеющий переднее шарнирное соединение, связанное с каркасом самолета механизмом управления стабилизатора (см. Руководство по эксплуатации самолета ТУ-154М, раздел 055.50.00, стр.3/4, рис.1, февраль 22/85).

Однако известное устройство обладает целым рядом недостатков.

Отсутствует дублирование жизненно важных элементов, т.е. тех элементов, разрушение которых приводит к катастрофе самолета. Такими элементами являются задние шарнирные соединения установки поворотного стабилизатора на киль самолета. Безопасность полета обеспечивается за счет очень малых расчетных напряжений в элементах шарнирных узлов, что приводит к дополнительному весу конструкции, т. к. приходится увеличивать габариты (толщину) проушин, габариты обтекателей, прикрывающих эти проушины, а значит и увеличению аэродинамического сопротивления.

Задачей настоящего изобретения является увеличение живучести самолета путем повышения надежности конструкции Т-образного хвостового оперения.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что конструкция подвижного крепления стабилизатора на киле имеет дублирующие жизненноважные элементы.

Хвостовое оперение самолета имеет поворотный стабилизатор 1, закрепленный на киле 2 на двух шарнирных узлах крепления с соединительным устройством, каждый из которых состоит из вилки (см. фиг.2), содержащей внешнюю проушину 3 и внутреннюю проушину 4, которые выполнены на лонжероне 5 стабилизатора 1, и проушины 6 киля 2. В проушине 6 установлен стакан 7, закрепленный гайкой 8, в котором размещен шаровый подшипник 9, зафиксированный гайкой 10. Проушины 3,4 вилки соединяются с проушиной 6 болтом 11, внутри которого расположен дублирующий болт 12, затянутый гайкой 13. Пакет деталей 9,14 через болт 11 стянут гайкой 15, имеющей внешнюю левую резьбу. На гайку 15 наворачивается гайка 16, фиксирующая положение проушины 6 относительно вилки киля. Гайка 16 стопорится шайбой 17. Концы болтов 11 соединены втулкой 18 с бронзовым вкладышем. На втулке 18 с внешней стороны установлена качалка 19 управления рулями стабилизатора, которая фиксируется на ней кольцом 20 через болт 21, одновременно соединяющим втулку 18 с болтом 11.

Эффективность оперения в значительной степени зависит от его расположения на самолете. Желательно, чтобы на всех режимах полета оперение не попадало бы в зону потока, заторможенного крылом, гондолами двигателей, фюзеляжем или другими частями самолета. Большое влияние на эффективность оперения оказывает и взаимное расположение его частей ВО и ГО.

За крылом самолета образуется зона заторможенного потока, носящая название спутной струи. Размеры этой зоны зависят от скорости полета, угла атаки крыла и его параметров. Точные границы спутной струи определяются на основании аэродинамических продувок. В спутной струе значительно уменьшаются скорости, больших значений достигают углы скоса потока, зона насыщена вихрями.

По этим причинам размещение в спутной струе горизонтального оперения привело бы к снижению его эффективности (из-за уменьшения скорости потока), ухудшению характеристик устойчивости (из-за больших углов скоса) и возникновению вибраций при интенсивном вихреобразовании. При выборе положения горизонтального оперения необходимо, чтобы на всех режимах полета оно не попадало бы в спутную струю.

Рис.4 Рис.5

Горизонтальное оперение располагается либо выше (рис.4а), либо ниже (рис.4б) спутной струи.

При выборе положения горизонтального оперения необходимо также обеспечить достаточное удаление его от реактивной струи двигателей.

Взаимное расположение горизонтального и вертикального оперений должно быть таким, чтобы в полете одна часть оперения возможно меньше затеняла другую. При полете самолета на больших углах атаки или со скольжением определенная часть вертикального оперения попадает в аэродинамическую тень горизонтального оперения. Самолет, у которого вертикальное оперение и особенно руль направления сильно затенены, обладает плохими штопорными характеристиками (затруднён выход из штопора).

Затенение вертикального оперения можно уменьшить, размещая горизонтальное оперение либо позади, либо впереди вертикального, либо на верхней его части.

Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки.

Если правильно выбрано плечо горизонтального оперения, то при размещении вертикального оперения впереди горизонтального необходимо увеличить площадь вертикального оперения для обеспечения потребной его эффективности, а это приведет к увеличению его массы и сопротивления и к увеличению крутящего момента фюзеляжа. При размещении же вертикального оперения за горизонтальным необходимо будет увеличить длину фюзеляжа, что вызовет увеличение массы фюзеляжа и его сопротивления. При размещении горизонтального

оперения на вертикальном усложняется конструкция крепления и увеличиваются нагрузки киля.

В настоящее время на тяжелых транспортных и пассажирских самолетах с двигателями, установленными на пилонах по бокам хвостовой части фюзеляжа, широкое распространение получила схема Т-образного оперения.

В этом случае обеспечивается вынос горизонтального оперения из струи двигателей. К преимуществам такой схемы также относится повышение эффективности вертикального оперения (в этом случае горизонтальное оперение играет роль концевой шайбы) и уменьшение возможности его затенения. Крупным недостатком этой схемы является возможность попадания самолета в режим так называемого «глубокого срыва».

При превышении допустимых значений угла атаки (это может произойти случайно при сильном вертикальном порыве) и наступлении срыва на крыле спутная струя может охватить все горизонтальное оперение и эффективность руля окажется недостаточной.

Для повышения путевой устойчивости и эффективности вертикального оперения на больших углах скольжения на самолетах устанавливаются форкили и подфюзеляжные гребни (рис.6).

Окончательно вопрос размещения оперения на самолете и взаимного расположения отдельных его частей решается на основании результатов продувок, а затем и летных испытаний.

Хвостовое оперение – аэродинамические профили, расположенные в хвостовой части самолета. Выглядят они как довольно малые «крылышки», каковые традиционно устанавливаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях и имеют наименование «стабилизаторы».

Как раз по этому параметру хвостовое оперение и подразделяется, в первую очередь – на горизонтальное и вертикальное, соответственно с плоскостями, в которых устанавливается. Хорошая схема – один вертикальный и два горизонтальных стабилизатора, каковые конкретно соединены с хвостовой частью фюзеляжа. Как раз такая схема самый обширно применяемая на гражданских самолётах.

Но существуют и другие схемы – к примеру, Т-образное, которое используется на Ту-154.

В аналогичной схеме горизонтальное оперение прикреплено к верхней части вертикального, и в случае если наблюдать спереди либо позади самолета, оно напоминает букву «Т», от чего и стало называться. Кроме этого существует схема с двумя вертикальными стабилизаторами, каковые вынесены на законцовки горизонтального оперения, пример самолета с таким типом оперения – Ан-225. Кроме этого два вертикальных стабилизатора имеет большая часть современных истребителей, но установлены они на фюзеляже, потому, что те имеют форму фюзеляжа пара более «приплюснутую» по горизонтали, если сравнивать с гражданскими и грузовыми воздушными судами.

Ну и в целом, существуют десятки разных конфигураций хвостового оперений и любая имеет недостатки и свои достоинства, о которых обращение отправится немного ниже. Кроме того устанавливается оно не всегда в хвостовой части самолета, но это относится только горизонтальных стабилизаторов.

Хвостовое оперение самолета Ту-154

Хвостовое оперение самолета Ан-225

Принцип работы хвостового оперения. Главные функции.

А сейчас о функциях хвостового оперения, для чего же оно нужно? Потому, что оно еще именуется стабилизаторами, то возможно высказать предположение, что они что-то стабилизируют. Правильно, это так.

Хвостовое оперение нужно для балансировки и стабилизации самолета в воздухе, и вдобавок для управления самолетом по двум осям – рысканье (влево-вправо) и тангаж (вверх-вниз).

Вертикальное хвостовое оперение.

Функции вертикального оперения – стабилизация самолета. Не считая двух перечисленных выше осей, еще существует третья – крен (вращение около продольной оси самолета), так вот, при отсутствии вертикального стабилизатора, крен приводит к раскачиванию самолета довольно вертикальной оси, притом раскачивание весьма важное и полностью неконтролируемое. Вторая функция – управление по оси рысканья.

К задней кромке вертикального стабилизатора прикреплен отклоняемый профиль, что управляется из кабины пилотов. Это две главные функции вертикального хвостового оперения, полностью не имеет значение количество, форма и позиция вертикальных стабилизаторов – эти две функции они делают неизменно.

Виды вертикальных хвостовых оперений.

Горизонтальное хвостовое оперение.

Сейчас о горизонтальном хвостовом оперении. Оно кроме этого имеет две главные функции, первую возможно охарактеризовать как балансировочную. Для того чтобы выяснить что тут к чему, возможно совершить несложный опыт.

Нужно забрать какой-либо долгий предмет, к примеру линейку и положить ее на один вытянутый палец так, дабы она не падала и не клонилась ни назад, ни вперед, т.е. отыскать ее центр тяжести. Итак, сейчас у линейки (фюзеляжа) имеется крыло (палец), уравновесить ее наподобие не сложно. Ну а сейчас нужно представить, что в линейку закачиваются тонны горючего, садятся много пассажиров, загружается огромное количество груза.

Конечно, все это загрузить идеально относительно центра тяжести легко нереально, но имеется выход. Нужно прибегнуть к помощи пальца второй руки и поместить его сверху от условно задней части линейки, по окончании чего переместить «передний» палец к заднему. В итоге оказалась довольно устойчивая конструкция.

Возможно еще сделать По другому: поместить «задний» палец под линейку и переместить «передний» вперед, в сторону носовой части. Оба этих примера показывают принцип действия горизонтального хвостового оперения.

Более распространен как раз первый тип, в то время, когда горизонтальные стабилизаторы создают силу, противоположную по направлению к подъемной силе крыльев. Ну и вторая их функция – управление по оси тангажа. Тут все полностью кроме этого как и с вертикальным оперением. В наличии отклоняемая задняя кромка профиля, которая управляется из кокпита и увеличивает или сокращает силу, которую формирует горизонтальный стабилизатор благодаря собственному аэродинамическому профилю.

Тут необходимо осуществить оговорку, довольно отклоняемой задней кромки, поскольку кое-какие самолеты, в особенности боевые, имеют всецело отклоняемые плоскости, а не только их части, это относится и вертикального оперения, но функции и принцип работы от этого не изменяются.

Виды горизонтальных хвостовых оперений.

А сейчас о том, из-за чего конструкторы отходят от хорошей схемы. на данный момент самолетов огромное их предназначение и количество вместе с чертями очень резко отличается. И, по сути, тут нужно разбирать конкретный класс самолетов а также конкретный самолет в отдельности, но чтобы выяснить ключевые принципы хватит нескольких примеров.

Первый — уже упоминаемый Ан-225, имеет двойное вынесенное вертикальное оперение по той причине, что он может нести на себе такую объемную вещь как челнок Буран, что в полете затенял бы в аэродинамическом замысле единственный вертикальный стабилизатор, расположенный по центру, и эффективность его была бы очень низкой. Т-образное оперение Ту-154 кроме этого имеет собственные преимущества.

Потому, что оно находится кроме того за задней точкой фюзеляжа, по обстоятельству стреловидности вертикального стабилизатора, плечо силы в том месте самое громадное (тут возможно снова прибегнуть к линейке и двум пальцам различных рук, чем ближе задний палец к переднему, тем громадное упрочнение на него нужно), потому его возможно сделать меньшим и не таким замечательным, как при хорошей схеме. Но сейчас все нагрузки, направленные по оси тангажа передаются не на фюзеляж, а на вертикальный стабилизатор, почему тот нужно без шуток усиливать, соответственно и утяжелять.

Помимо этого, еще и дополнительно тащить трубопроводы гидравлической совокупности управления, что еще больше прибавляет вес. Да и в целом такая конструкция более сложная, соответственно менее надёжная. Что же касается истребителей, из-за чего они применяют всецело отклоняемые парные и плоскости вертикальные стабилизаторы, то главная причина — повышение эффективности.

Так как ясно, что лишней маневренности у истребителя быть не имеет возможности.

Посадка с разрушенным хвостовым оперением

Оперение самолёта

аэродинамические поверхности самолёта, обеспечивающие его продольную и путевую устойчивость и управление им. Располагается обычно в хвостовой части, иногда в носовой части фюзеляжа. По конструкции О. с. сходно с Крыло м самолёта; его общая площадь составляет 0,25-0,5 площади крыльев. О. с. различают по виду спереди (рис. ), сбоку и по виду в плане (прямоугольное, трапециевидное, эллиптическое, а также стреловидное - для скоростных самолётов). Передняя часть горизонтального О. с., несущего руль высоты, называется Стабилизатор ом, а вертикального О. с., несущего руль направления, - килем (См. Киль). Руль высоты пилот отклоняет посредством ручки управления (отклонение её на себя вызывает подъём самолёта, от себя - его спуск), руль направления - посредством педалей (при нажиме ногой на правую педаль самолёт поворачивается вправо, на левую - влево). Углы отклонения рулей обычно ±(25-30)°. Для поддержания надлежащей продольной устойчивости самолёта стабилизатор обычно имеет подъёмный механизм, изменяющий по желанию пилота Атаки угол в пределах от +5° до –15°. Иногда подъёмный механизм связывают с ручкой управления, заставляя стабилизатор работать совместно с рулём высоты. Нередко рули упраздняют и получают цельноповоротное горизонтальное О. с. Таким же делают и вертикальное О. с. Кроме того, для улучшения поперечной устойчивости самолёта, обеспечиваемой Элерон ами, правую и левую половины горизонтального О. с. связывают с элеронным управлением, посредством которого элероны отклоняются в разные стороны (дифференциальное управление). По этой схеме работают и рули V-образного О. с.

С. Я. Макаров.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Оперение самолёта" в других словарях:

Элементы конструкции самолёта, обеспечивающие его устойчивость и управляемость в полёте. Обычно состоит из горизонтального и вертикального оперений и устанавливается на хвостовой части фюзеляжа. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной… … Энциклопедия техники

Оперение самолёта (планера) - аэродинамические поверхности для обеспечения его устойчивости и управляемости в полёте. Различают О. вертикальное (киль и руль направления) и горизонтальное (стабилизатор и руль высоты). Размещается в хвостовой (реже в носовой) части ЛА … Словарь военных терминов

Оперение самолёта У этого термина существуют и другие значения, см. Оперение (значения). Оперение (оперение летательного аппарата … Википедия

- (устаревшее аэроплан) летательный аппарат тяжелее воздуха для полётов в атмосфере с помощью двигателей и неподвижных, как правило, крыльев. Благодаря большой скорости, грузоподъёмности и радиусу действия, надёжности в эксплуатации,… … Большая советская энциклопедия

Я; ср. 1. к Оперить и Опериться. Период оперения птенцов. 2. Перьевой покров птицы. Летнее о. Яркое о. самцов. Сменить своё о. 3. Специальное приспособление в оснастке летательных аппаратов, снарядов и т.п., обеспечивающее их устойчивость в… … Энциклопедический словарь

Летательный аппарат тяжелее воздуха с крылом, на котором при движении образуется аэродинамическая подъёмная сила, и силовой установкой, создающей тягу для полёта в атмосфере. Основные части самолёта: крыло (одно или два), фюзеляж, оперение, шасси … Энциклопедия техники

- («Воздухолетательный снаряд») Самолёт Можайского, рисунок из книги В. Д. Спицина «Воздухоплаван … Википедия

Аэродинамические поверхности летательного аппарата, обеспечивающие его устойчивость и управляемость. О. самолёта обычно состоит из горизонтального оперения (ГО) и вертикального оперения (ВО), располагаемых чаще всего на хвостовой части фюзеляжа… … Энциклопедия техники

Теперь о горизонтальном хвостовом оперении. Оно также имеет две основные функции, первую можно охарактеризовать как балансировочную. Для того чтобы понять что тут к чему, можно провести простой эксперимент. Необходимо взять какой-либо длинный предмет, например линейку и положить ее на один вытянутый палец так, чтобы она не падала и не клонилась ни назад, ни вперед, т.е. найти ее центр тяжести. Итак, теперь у линейки (фюзеляжа) есть крыло (палец), уравновесить ее вроде не сложно. Ну а теперь необходимо представить, что в линейку закачиваются тонны топлива, садятся сотни пассажиров, загружается огромное количество груза.

Естественно, все это загрузить идеально относительно центра тяжести просто невозможно, однако есть выход. Необходимо прибегнуть к помощи пальца второй руки и поместить его сверху от условно задней части линейки, после чего сдвинуть «передний» палец к заднему. В итоге получилась относительно устойчивая конструкция. Можно еще сделать по другому: поместить «задний» палец под линейку и сдвинуть «передний» вперед, в сторону носовой части. Оба этих примера показывают принцип действия горизонтального хвостового оперения.

Более распространен именно первый тип, когда горизонтальные стабилизаторы создают силу, противоположную по направлению к подъемной силе крыльев. Ну и вторая их функция – управление по оси тангажа. Здесь все абсолютно также как и с вертикальным оперением. В наличии отклоняемая задняя кромка профиля, которая управляется из кокпита и увеличивает либо уменьшает силу, которую создает горизонтальный стабилизатор благодаря своему аэродинамическому профилю. Здесь следует сделать оговорку, относительно отклоняемой задней кромки, ведь некоторые самолеты, особенно боевые, имеют полностью отклоняемые плоскости, а не только их части, это касается и вертикального оперения, однако принцип работы и функции от этого не меняются.

Виды горизонтальных хвостовых оперений.

Формы оперения самолётов (вид спереди): а - крестовидная; б и в - Т-образные; г и д - двухкилевые; е - трёхкилевая; ж и з - V-образные.

4.2. Нагрузки, действующие на хвостовое оперение:

4.3. Конструктивно-силовая схема хвостового оперения. Работа силовых элементов хвостового оперения в полёте:

Различные агрегаты оперения отличаются друг от друга назначением и способами закрепления, что вносит свои особенности в силовую работу и влияет на выбор их конструктивно-силовых схем. Рассмотрим отдельно особенности устройства и силовой работы основных агрегатов оперения (стабилизатора, киля, управляемого стабилизатора, руля и элерона).

Стабилизаторы и кили имеют полную аналогию с крылом как по составу и конструкции основных элементов - лонжеронов, продольных стенок, стрингеров, нервюр, так и по типу силовых схем. Для стабилизаторов вполне успешно используются лонжеронная, кессонная и моноблочная схемы, а для килей последняя схема применяется реже из-за определенных конструктивных трудностей при передаче изгибающего момента с киля на фюзеляж. Контурный стык силовых панелей киля с фюзеляжем в этом случае требует установки большого числа силовых шпангоутов или установки на фюзеляже в плоскости силовых панелей киля мощных вертикальных балок, опирающихся на меньшее число силовых шпангоутов фюзеляжа. У стабилизаторов можно избежать передачи изгибающих моментов на фюзеляж, если лонжероны или силовые панели левой и правой его поверхностей связать между собой по кратчайшему пути в центральной его части. Для стреловидного стабилизатора это требует перелома оси продольных элементов по борту фюзеляжа и установки двух усиленных бортовых нервюр. Если продольные элементы такого стабилизатора без перелома осей доходят до плоскости симметрии самолета, то кроме бортовых силовых нервюр, передающих крутящий момент, потребуется еще одна силовая нервюра в плоскости симметрии самолета.

Управляемый стабилизатор:

На виде в плане имеет стреловидную или треугольную форму. Ось вращения управляемого стабилизатора может быть перпендикулярной к плоскости симметрии самолета или располагаться под углом к ней.

Положение оси вращения выбирается так, чтобы усилия от шарнирного момента на до- и сверхзвуковых скоростях полета были бы минимальными. Крепление управляемого стабилизатора к фюзеляжу выполняется с помощью вала и двух подшипников.
Возможны две схемы крепления вала:

· вал жестко закреплен на стабилизаторе, а подшипники крепятся на фюзеляже

· вал (ось) закреплен неподвижно на фюзеляже, а подшипники установлены на стабилизаторе

В первом случае крепление вала к стабилизатору должно обеспечить передачу на вал перерезывающей силы, изгибающего момента и момента кручения, если качалка управления закреплена на валу.

В некоторых случаях качалка управления крепится на корневой усиленной нервюре, которая собирает весь крутящий момент с замкнутого контура стабилизатора. В этом случае крутящий момент на вал не передается. При такой схеме крепления обычно используется лонжеронная схема стабилизатора, т.к. при кессонной схеме передача изгибающего момента с силовых панелей на вал вызывает конструктивные трудности

В случае закрепления вала на фюзеляже подшипники крепятся на усиленных нервюрах стабилизатора, связанных с его продольными стенками.
На внешний подшипник передается вся перерезывающая сила консоли, а изгибающий момент парой сил передается на оба подшипника. Таким образом, на внешнем подшипнике происходит суммирование двух указанных усилий (R4).

В схеме с закреплением вала на фюзеляже достаточно просто обеспечивается передача изгибающего момента и при кессонной или моноблочной конструкциях стабилизатора. В этом случае силовые панели спереди и сзади опираются на продольные стенки, которые у корня сходятся к внутреннему бортовому подшипнику. Соответственно ширина силовых панелей и усилия в них от изгиба стабилизатора меняются от максимальной величины над внешним подшипником до нуля над внутренним подшипником. В результате изгибающий момент кессона стабилизатора уравновешивается реакциями подшипников. Качалка управления в таком стабилизаторе обычно устанавливается на корневой усиленной нервюре.

Подобный принцип передачи изгибающего момента можно использовать и при кессонной схеме стабилизатора с подвижным валом. В этом случае внешний конец вала должен опираться на силовую нервюру, связанную со стенками кессона.