(Продолжение, предыдущая статья)

В данной статье разберем вспомогательные управляющие поверхности (secondary flight control surface) самолета.

Все движение и ориентация самолета в воздухе основано на действии различных сил и моментов, большая часть из которых носит аэродинамическую природу. Эти силы и порождаемые ими моменты формируются при взаимодействии аэродинамических поверхностей с воздушным потоком и могут быть полезными и вредными. Соответственно, в основе совершенствования аэродинамики летательного аппарата лежит необходимость увеличения всего того, что полезно, и уменьшение того, что вредно.

Делается все это различными способами и в связи с этим имеет место такое понятие как компенсация. То есть вероятно, что какое-то нежелательное воздействие не может быть устранено, но может быть скомпенсировано, что в общем-то равносильно его устранению.

Любая управляющая поверхность самолета связана с остальной конструкцией через шарнир (hinge). Отклоняясь в процессе управления, она испытывает на себе действие аэродинамической силы, которая, относительно точки вращения этой поверхности (то есть центра шарнира) как раз и образует момент, по понятным уже причинам именуемый шарнирным. Шарнирный момент (hinge moment) на больших самолетах или же на больших скоростях может достигать просто таки чрезмерных величин.

Так как создаваемое усилие передается по элементам системы управления на ручку управления самолетом и педали в кабине, то летчик при пилотировании будет вынужден испытывать и преодолевать нагрузки, иной раз очень большие, а при определенных условиях полета может просто не справиться с управлением. Не хватит мускульной силы…

Кроме того, летчику, как и любому человеку свойственно уставать. Поэтому, даже если величины шарнирного момента не столь велики, все равно практически всегда существует необходимость их уменьшения, то есть частичной или даже полной компенсации, для избавления летчика от лишних нагрузок при пилотировании.

Это чаще всего означает наличие дополнительных систем на самолете, то есть все та же лишняя масса. Конечно, она может быть и небольшой, в виде нескольких малоразмерных тяг или электрических исполнительных механизмов, но может быть и в виде тяжелых систем гидроусиления (об этом в следующей статье), когда летательный аппарат вынужден возить с собой набор массивных болванок бустеров и систему их обслуживания.

Исходя из всего этого и разработаны различные конструкторские решения для борьбы с шарнирным моментом. В данной статье речь пойдет о способе аэродинамической компенсации шарнирного момента, т.е., в полезном использовании энергии набегающего потока воздуха.

В результате определенных конструктивных решений на управляющих аэродинамических поверхностях (рулях) создаются условия для возникновения момента сил аэродинамической природы, сопоставимого по величине с шарнирным моментом, но направленного в противоположную сторону. Этот вновь возникающий момент частично или полностью компенсирует шарнирный, тем самым снимая с ручки управления и педалей лишние нагрузки и облегчая пилотирование. Природа его возникновения аналогична природе возникновения шарнирного момента, и по сути дела он из себя представляет точно такой же момент, только возникающий на специально отведенных для этого местах.

элеронах

руле высоты

руле направления

К вспомогательным управляющим поверхностям (secondary flight control surface) самолета относят: сервокомпенсаторы и триммеры − поверхности для обеспечения балансировки самолёта.

Сервокомпенсатор (servo tab / balance tab) (от лат. servus — раб, слуга и compensatio  — возмещение, уравновешивание) — рулевая поверхность, составляющая часть поверхности основного органа управления, отклонение которой в сторону, противоположную отклонению основного органа управления, позволяет уменьшить шарнирный момент. Вспомогательная поверхность относительно небольшой площади, размещается обычно на задней кромке основного воздушного руля.

Сервокомпенсация — уменьшение шарнирного момента, действующего на орган управления, за счёт аэродинамических сил, создаваемых вспомогательной поверхностью — сервокомпенсатором.

Наибольшее распространение получил пружинный сервокомпенсатор (spring tab). В его конструкции основное звено — двуплечий рычаг, свободно вращающийся на оси вращения рулевой поверхности. Одно плечо этого рычага зажато между пружинами, имеющими определенную затяжку. Второе соединено с главной управляющей тягой и тягой управления поверхностью компенсатора. Пока нагрузки на рулевую поверхность (шарнирный момент) невелики, то есть не превышают величину затяжки пружин, вся конструкция руля вращается под действием главной управляющей тяги как одно целое и руль отклоняется без отклонения компенсатора.

Но как только шарнирный момент достигнет какой-то предельной величины, которая больше затяжки одной из пружин, двуплечий рычаг начинает поворачиваться, отклоняя тем самым поверхность компенсатора. То есть весь механизм как бы включается автоматически, снижая тем самым усилия, потребные для отклонения руля управления.

Триммер (trim tab) (от trim, что буквально означает «приводить в порядок») – вспомогательная подвижная управляющая поверхность, расположенная в хвостовой части основного руля и предназначенная для уменьшения (снятия) усилий на рычагах управления самолётом при изменении режима полёта.

Любой установившийся режим полёта самолёта выполняется с отклонёнными рулями, что обеспечивает уравновешивание (балансировку) самолёта относительно его центра масс. Возникающие при этом усилия на командных рычагах принято называть балансировочными. Триммеры применяются при длительном полете с отклоненными рулями для снятия усилий с командных рычагов. По командам пилота триммеры отклоняются на необходимые для снятия усилий углы. Отклоняя триммер в сторону, противоположную отклонению руля, нагрузку, передающуюся на командные рычаги, можно уменьшить до сколько угодно малой величины.

Принцип действия триммеров подобен действию сервокомпенсаторов. В то же время между ними имеется существенное различие. Триммер имеет свою собственную систему управления (обычно механическую или электромеханическую) и может отклоняться летчиком из кабины, который в этом случае по своему желанию выбирает или меняет величину компенсации. Если триммер отклоняется только по командам пилота и отклонение руля не вызывает поворота триммера, то сервокомпенсатор за счет жесткой тяги отклоняется всегда в сторону, обратную отклонению основного руля. В отличие от сервокомпенсатора, предназначенного для уменьшения усилий в момент поворота основного руля, триммер применяется на установившихся режимах полёта для удержания рулей в отклонённом состоянии длительное время.

Подписывайтесь на наши социальные сети: