Виды оперения самолета. Виды горизонтальных хвостовых оперений

Что нам известно про стабилизатор самолета? Большинство обывателей просто пожмет плечами. Те, кто в школе любил физику, возможно, смогут сказать пару слов, но, конечно, на этот вопрос, скорее всего, смогут наиболее полно ответить специалисты. Между тем, это очень важная часть, без которой полет фактически невозможен.

Принципиальное устройство самолета

Если попросить нарисовать нескольких взрослых авиалайнер, картинки будут примерно одинаковыми и будут различаться лишь в деталях. Схема самолета, скорее всего, будет выглядеть следующим образом: кабина, крылья, фюзеляж, салон и так называемое хвостовое оперение. Кто-то нарисует иллюминаторы, а кто-то забудет о них, возможно, будут упущены еще какие-нибудь мелочи. Возможно, художники даже не смогут ответить, для чего необходимы те или иные детали, мы просто не задумываемся об этом, хотя видим самолеты довольно часто, как вживую, так и на картинках, в кино и просто по телевизору. И это на самом деле и есть принципиальное устройство самолета - остальное, по сравнению с этим, лишь мелочи. Фюзеляж и крылья служат собственно для подъема авиалайнера в воздух, в кабине производится управление, а в салоне находятся пассажиры или груз. Ну, а как насчет хвостового оперения, для чего же оно нужно? Не для красоты ведь?

Хвостовое оперение

Те, кто водит машину, отлично знают, как поехать в сторону: нужно лишь повернуть руль, вслед за которым будут двигаться и колеса. Но самолет - совсем другое дело, ведь в воздухе нет никаких дорог, и для управления нужны какие-то другие механизмы. Здесь в дело вступает чистая наука: на летящую машину действует большое количество различных сил, и те, что полезны, усиливаются, а остальные минимизируются, в результате чего достигается некий баланс.

Вероятно, почти каждый, кто видел в своей жизни авиалайнер, обращал внимание на сложную конструкцию в его хвостовой части - оперение. Именно эта сравнительно небольшая часть, как это ни странно, управляет всей этой гигантской машиной, заставляя ее не только поворачивать, но и набирать или сбрасывать высоту. Оно состоит из двух частей: вертикальной и горизонтальной, которые, в свою очередь, тоже делятся надвое. Руля тоже два: один служит, чтобы задавать направление движения, а другой - высоту. Кроме того, есть и часть, с помощью которой достигается продольная устойчивость авиалайнера.

Кстати, стабилизатор самолета может располагаться не только в его задней части. Но подробнее об этом чуть позже.

Стабилизатор

Современная схема самолета предусматривает множество деталей, необходимых для поддержания безопасного состояния авиалайнера и его пассажиров на всех этапах полета. И, пожалуй, главной из них является стабилизатор, расположенный в задней части конструкции. Он представляет собой, по сути, всего лишь планку, поэтому удивительно, как такая сравнительно небольшая деталь может вообще каким-либо образом влиять на движение огромного авиалайнера. Но он в самом деле очень важен - когда происходит поломка этой части, полет может закончиться весьма трагично. Например, согласно официальной версии, именно стабилизатор самолета стал причиной недавнего крушения пассажирского "Боинга" в Ростове-на-Дону. По мнению международных экспертов, рассогласованность в действиях пилотов и ошибка одного из них привели в действие одну из частей оперения, переведя стабилизатор в положение, характерное для пике. У экипажа уже просто не получилось ничего предпринять, чтобы не допустить столкновения. К счастью, самолетостроение не стоит на месте, и каждый следующий полет дает все меньше пространства для человеческого фактора.

Функции

Как очевидно из названия, стабилизатор самолета служит для контроля за его движением. Компенсируя и гася некоторые пики и вибрации, он делает полет более плавным и безопасным. Поскольку отклонения бывают как в вертикальной, так и в горизонтальной оси, управление стабилизатором осуществляется также в двух направлениях - поэтому он и состоит из двух частей. Они могут иметь самую разную конструкцию, в зависимости от типа и предназначения воздушного судна, но в любом случае присутствуют на любом современном самолете.

Горизонтальная часть

Она отвечает за балансировку по вертикали, не позволяя машине то и дело "клевать носом", и состоит из двух главных деталей. Первая из них - неподвижная поверхность, которая, собственно, и представляет собой стабилизатор высоты самолета. На шарнире к этой части прикреплена вторая - руль, обеспечивающий управление.

При нормальной аэродинамической схеме горизонтальный стабилизатор располагается в хвосте. Однако встречаются также конструкции, когда он находится перед крылом или их и вовсе два - в передней части и сзади. Встречаются также так называемые схемы "бесхвостка" или "летающее крыло", вообще не имеющие горизонтального оперения.

Вертикальная часть

Эта деталь обеспечивает воздушному судну устойчивость направления в полете, не позволяя ему вилять из стороны в сторону. Это тоже составная конструкция, в которой предусмотрены неподвижный вертикальный стабилизатор самолета, или киль, а также руль направления на шарнире.

Эта часть, как и крыло, в зависимости от назначения и требуемых характеристик, может иметь самую разную форму. Разнообразие достигается также и с помощью различий во взаимном расположении всех поверхностей и добавления дополнительных частей, таких как форкиль или подфюзеляжный гребень.

Форма и подвижность

Пожалуй, самым популярным в гражданской авиации сейчас является Т-образное оперение, при котором горизонтальная часть находится на конце киля. Впрочем, встречаются и некоторые другие.

Некоторое время использовалось V-образное оперение, в котором обе части одновременно выполняли сразу функции как горизонтальной, так и вертикальной части. Сложное управление и относительно небольшая эффективность не позволили этому варианту широко распространиться.

Кроме того, встречается разнесенное вертикальное оперение, при котором его части могут находиться по бокам от фюзеляжа и даже на крыльях.

Что же касается подвижности, обычно стабилизирующие поверхности жестко закреплены относительно корпуса. Тем не менее встречаются варианты, особенно когда дело касается горизонтального оперения.

Если поменять угол относительно продольной оси можно на земле, стабилизатор такого типа называется переставляемым. Если же управление стабилизатором самолета может происходить и в воздухе, он будет подвижным. Это характерно для тяжелых авиалайнеров, нуждающихся в дополнительной балансировке. Наконец, на сверхзвуковых машинах применяется подвижный стабилизатор самолета, выполняющий также роль руля высоты.

Несущие поверхности, предназначенные для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолета, называют оперением.

Обеспечение продольной балансировки, устойчивости и управляемости самолета обычной схемы осуществляется горизонтальным оперением; путевая балансировка, устойчивость и управляемость - вертикальным; балансировка и управление самолета относительно продольной оси производятся при помощи элеронов или рулей крена, представляющих собой некоторую долю хвостовой части крыла. Оперение обычно состоит из неподвижных поверхностей, которые служат для обеспечения равновесия (балансировки) и устойчивости, и подвижных поверхностей, при отклонении которых создаются аэродинамические моменты, обеспечивающие равновесие (балансировку) и управление полетом. Неподвижная часть горизонтального оперения называется стабилизатором, а вертикального - килем.

К стабилизатору шарнирно крепится руль высоты, состоящий обычно из двух половин, а к килю - руль направления (рис. 57).

На рис. 57 показан принцип действия оперения при отклонении руля. Оперение (в рассматриваемом случае горизонтальное) обтекается воздушным потоком под некоторым углом атаки α г.о, не равным нулю.

Поэтому на оперении возникает аэродинамическая сила R г.о, которая благодаря большому плечу относительно центра тяжести самолета создает момент, уравновешивающий суммарный момент от крыла, тяги двигателей, фюзеляжа. Таким образом, момент оперения балансирует самолет. Отклонением руля в ту или другую сторону можно изменить не только величину, но и направление момента и таким образом вызвать поворот самолета относительно поперечной оси, т. е. управлять самолетом. Момент относительно оси вращения руля, возникающий от действия на него аэродинамической силы R p , обычно называют шарнирным моментом и обозначают M ш = R p a.

Величина шарнирного момента зависит от скорости полета (числа М), углов атаки и скольжения, угла отклонения руля, местоположения шарниров подвески и размеров руля. Отклоняя рычаги управления, пилот должен приложить определенное усилие для преодоления шарнирного момента.

Сохранение приемлемых для пилота усилий, потребных для отклонения руля, достигается применением аэродинамической компенсации, которая будет рассмотрена ниже.

Эффективность рулей можно оценить по изменению величин продольного момента, моментов крена и рыскания при отклонении на один градус соответствующего руля. При малых скоростях полета эффективность рулей мало зависит от скорости полета (числа М). Однако при больших скоростях полета сжимаемость воздуха, а также упругие деформации конструкции заметно снижают эффективность рулей. Уменьшение эффективности руля при больших околозвуковых скоростях обусловливается главным образом упругой закруткой стабилизатора, киля, крыла, которая снижает общий прирост подъемной силы профиля от отклонения руля (см. рис. 57).

Степень упругой закрутки профиля при отклонении руля зависит от величины действующего на профиль аэродинамического момента (относительно центра жесткости профиля), а также от жесткости самой конструкции.

Малая относительная толщина оперения скоростных самолетов, а значит, малая жесткость может вызвать явления реверса управления.

Уменьшение эффективности рулей при их обтекании сверхзвуковыми скоростями вызвано другими причинами. При сверхзвуковом обтекании добавочная подъемная сила при отклонении руля возникает только на руле, неподвижная часть оперения (киль, стабилизатор) участия в создании дополнительной аэродинамической силы не принимает. Поэтому для получения достаточной степени управляемости необходимо большее отклонение руля или увеличение площади отклоняемой поверхности. С этой целью на сверхзвуковых самолетах устанавливается подвижной управляемый стабилизатор, который не имеет руля высоты. То же самое относится к вертикальному оперению. На сверхзвуковых самолетах возможно применение поворотного киля без руля поворота.

Изменение направления полета достигается путем поворота стабилизатора и киля. Углы отклонения стабилизатора и киля значительно меньше углов отклонения соответствующих рулей. Отклонение безрулевых поверхностей осуществляется с помощью необратимых самотормозящих гидравлических или электрических силовых устройств. Безрулевое оперение обеспечивает эффективное управление и балансировку самолета в большом диапазоне скоростей, от малых дозвуковых до больших сверхзвуковых, а также в большом диапазоне центровок.

Элероны (рули крена) располагаются на концевой части крыла (рис. 58). Принцип действия элеронов заключается в перераспределении аэродинамической нагрузки по размаху крыла. Если, например, левый элерон отклоняется вниз, а правый вверх, то подъемная сила левой половины крыла возрастет, а правой уменьшится. В результате появляется момент, накреняющий самолет. Обеспечить достаточную эффективность рулей крена у сверхзвуковых самолетов трудно. Малые толщины крыла и особенно его концевых участков приводят к тому, что при отклонении элеронов крыло закручивается в сторону, противоположную отклонению элеронов. Это резко снижает их эффективность. Увеличение жесткости концевых участков крыла приводит к увеличению веса конструкции, что нежелательно.

В последнее время появились самолеты с так называемыми внутренними элеронами (рис. 58, б). Если обычные (рис. 58, а) элероны устанавливаются вдоль концевой части крыла, то внутренние элероны располагаются ближе к фюзеляжу. При одинаковой площади элеронов за счет уменьшения плеча относительно продольной оси самолета эффективность внутренних элеронов при полете на малых скоростях снижается. Однако на большой скорости полета внутренние элероны оказываются более эффективными. Возможна одновременная установка внешних и внутренних элеронов. В этом случае при полете на малых скоростях используются внешние элероны, а на больших скоростях - внутренние. Внутренние элероны при взлете и посадке могут использоваться как закрылки.

Элероны, занимая сравнительно большую долю размаха крыла, создают трудности размещения механизации крыла по всему размаху, вследствие чего эффективность последней снижается. Стремление повысить эффективность средств механизации привело к созданию интерцепторов. Интерцептор представляет собой небольшую плоскую или слегка искривленную пластину, расположенную вдоль размаха крыла, которая в полете скрыта в крыле. При пользовании интерцептор выдвигается вверх из левой или правой половины крыла, приблизительно по нормали к поверхности крыла, и, вызывая срыв воздушного потока, приводит к изменению подъемной силы и крену самолета. Обычно интерцептор работает совместно с элероном и выдвигается на той части крыла, на которой элерон отклоняется вверх.

Таким образом, действие интерцептора суммируется с действием элерона. Применение интерцепторов позволяет уменьшить длину элерона и за счет этого увеличить размах закрылков, следовательно, повысить эффективность механизации крыла.

На некоторых самолетах интерцепторы используются как тормозные щитки и в этом случае одновременно отклоняются вверх на обеих частях крыла только после приземления самолета или в процессе прерванного взлета. На других самолетах интерцепторы для торможения выдвигаются на некоторую часть полного хода, а оставшаяся часть хода может быть использована для поперечной управляемости. Высота полностью выдвинутого интерцептора составляет 5-10% хорды крыла, а длина-10-35% полуразмаха. Для сохранения большей плавности обтекания крыла и уменьшения срывного сопротивления интерцепторы иногда делают не сплошными вдоль размаха, а гребенчатыми. Эффективность таких прерывателей несколько меньше, чем сплошных, но зато вследствие ослабления срывных явлений уменьшается сопутствующая им тряска крыла и хвостового оперения.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

8.1. Обоснование аэродинамической схемы самолёта.

Современный самолёт представляет собой сложную техническую систему, элементы которой, каждый в отдельности и все в совокупности, должны иметь максимальную надёжность. Самолёт в целом должен отвечать заданным требованиям и обладать высокой эффективностью при соответствующем техническом уровне.

При разработке проектов самолётов нового поколения, которые войдут в эксплуатацию в начале 2000-х годов, большое значение придаётся достижению высокой технико-экономической эффективности. Эти самолёты должны не только обладать хорошими её показателями на момент выхода в эксплуатацию, но и располагать потенциальной возможностью модификации для систематического повышения эффективности на протяжении всего периода серийного производства. Это необходимо для того, чтобы с минимальными затратами обеспечить реализацию новых требований и достижений технического прогресса.

При рассмотрении схемы пассажирского самолёта местных авиалиний целесообразно изучить все ранее созданные в этом классе самолёты.

Развитие пассажирской авиации активно началось после Второй Мировой войны. С тех пор схема самолётов этого класса, постепенно претерпевая изменения пришла к наиболее оптимальной на сегодняшний день. В большинстве случаев это самолет, выполненный по нормальной аэродинамической схеме, моноплан. Двигатели обычно расположены под крылом (ТВД), под крылом на пилонах или на крыле (ТРД). Хвостовое оперение выполнено скорее по Т-образной схеме, иногда по нормальной. Сечение фюзеляжа состоит из дуг окружностей. Шасси выполнено по схеме с носовым колесом, основные стойки часто многоколёсные и многоопорные, убирающиеся либо в удлинённые мотогондолы турбовинтовых двигателей (для самолётов весом примерно до 20 тонн), либо в наплывы на фюзеляжа.

Типичная компоновка фюзеляжа - кабина пилотов в носовой части, длинная пассажирская кабина.

Отклонение от этой устоявшейся компоновочной схемы может быть вызвано только лишь какими-то особенными требованиями, предъявляемыми к самолёту. В остальных же случаях при разработке пассажирского самолёта конструкторы стараются придерживаться именно этой схемы, поскольку она является практически оптимальной. Ниже приведено обоснование применения данной схемы.

Использование нормальной аэродинамической схемы для самолётов транспортной авиации обусловлено в первую очередь её достоинствами:

Хорошая продольная и путевая устойчивость. Благодаря этому свойству нормальная схема сильно выигрывает у схем «утка» и «бесхвостка».

С другой стороны данная схема обладает достаточной для неманевренного самолёта управляемостью. Вследствие наличия этих свойств у нормальной аэродинамической схемы, самолёт прост в управлении, что даёт возможность эксплуатации его лётчикам любой квалификации. Тем не менее, нормальной схеме присущи следующие недостатки:

Большие потери на балансировку, что при прочих равных условиях сильно снижает качество самолёта.

Полезная массовая отдача у нормальной схемы ниже, поскольку масса конструкции у неё обычно больше (хотя бы потому, что у «бесхвостки» горизонтальное оперение отсутствует вовсе, а у «утки оно создаёт положительную подъёмную силу, работая как крыло и следовательно, разгружая крыло, что даёт возможность уменьшить площадь последнего).

Влияние скоса потока за крылом на горизонтальное оперение хоть и не столь критично, как влияние ПГО у «утки» но, тем не менее, с этим приходится считаться, разнося крыло и горизонтальное оперение по высоте. Так же следует учесть тот факт, что самолетам, выполненным по схемам «утка» и «бесхвостка» при взлёте и посадке требуются большие углы атаки , что делает конструктивно практически невозможным использование стреловидных крыльев большого и среднего удлинения, так как применение таких крыльев и больших углов атаки связано с очень большой высотой шасси. Из-за этого в схемах «утка» и «бесхвостка» используются только крылья малого удлинения треугольной, готической, оживальной или серповидной формы в плане. Вследствие малого удлинения такие крылья имеют низкое аэродинамическое качество на дозвуковых режимах полёта. Эти соображения определяют целесообразность использования схем «утка» и «бесхвостка» на самолётах, у которых основным режимом полёта является полёт на сверхзвуковой скорости.

Сравнивая все достоинства и недостатки трёх аэродинамических схем, приходим к заключению о целесообразности использования на дозвуковом пассажирском самолёте классической аэродинамической схемы.

8.2. Расположение крыла относительно фюзеляжа.

Для пассажирских самолётов выбор схемы крыла относительно фюзеляжа связан в первую очередь с компоновочными соображениями. Потребность в свободных объёмах внутри фюзеляжа не позволяет использовать схему среднеплана, т. к. с одной стороны нельзя пропустить центроплан крыла сквозь фюзеляж, а с другой стороны использование крыла без центроплана, со стыковкой консолей к силовому кольцевому шпангоуту, невыгодно в весовом отношении.

В отличии от среднеплана схемы высокоплан и низкоплан не мешают созданию единой грузовой кабины. При выборе между ними предпочтение отдаётся высокопланной схеме, поскольку проектируемый самолёт будет использоваться на аэродромах разного класса, в том числе и на грунтовых ВПП, где отсутствуют подъездные трапы. Она позволяет максимально уменьшить высоту пола над уровнем земли, что значительно упрощает и облегчает посадку пассажиров и погрузку багажа через входную дверь-трап.

С аэродинамической точки зрения высокоплан выгоден тем, что позволяет получать на крыле распределение циркуляции близкой к эллиптической (при условно одинаковой форме крыла в плане) без провала в районе фюзеляжа, как у схем низкоплана и среднеплана. При этом то, что высокоплан обладает сопротивлением интерференции хотя и большим, чем у среднеплана, но меньше чем у низкоплана, позволяет получать высокое качество самолёта, построенного по такой схеме. При низком расположении крыла сопротивление (при скоростях с М<0,7) больше, чем при среднем и высоком расположении. Ниже приведены поляры для трёх схем расположения крыла на фюзеляже, из которых видно, что
(при
) у низкоплана больше, чем у среднеплана и высокоплана (Рис. 8.2.1.).

Схема высокоплан обладает следующими компоновочными и конструктивными недостатками:

Шасси невозможно разместить на крыле, либо (на небольших самолётах) основные опоры шасси получаются громоздкими и тяжёлыми. В этом случае шасси размещается, как правило, на фюзеляже, нагружая его большими сосредоточенными силами.

При аварийной посадке крыло (особенно если на нём установлены двигатели) стремится раздавить фюзеляж и находящуюся в нем пассажирскую кабину. Для устранения этой проблемы приходиться усиливать конструкцию фюзеляжа в районе крыла и значительно утяжелять его.

При аварийной посадке на воду фюзеляж уходит под поверхность воды, затрудняя тем самым аварийную эвакуацию пассажиров и экипажа.

8.3. Схема оперения.

Для пассажирских самолётов конкурирующими являются две схемы оперения: нормальная и Т-образная.

Мощная спутная струя от воздушного винта неблагоприятно влияет на обычное низко расположенное горизонтальное хвостовое оперение и может ухудшить устойчивость самолета на некоторых режимах полета. Высоко расположенное горизонтальное оперение существенно повышает устойчивость самолета, так как оно выходит за пределы зоны влияния спутной струи. При этом эффективность киля также повышается. Обычный киль эквивалентной геометрии должен иметь площадь на 10% больше. Поскольку высоко расположенное горизонтальное оперение имеет большее горизонтальное плечо из-за скоса киля назад, для создания необходимого продольного момента требуется усилие на ручке, вдвое меньшее, чем при обычном горизонтальном оперении. Кроме того, Т-образное хвостовое оперение обеспечивает более высокий уровень комфорта для пассажиров, так как оно уменьшает вибрацию конструкции от воздействия спутной струи от воздушного винта. Вес обычного и Т-образного оперений примерно одинаков.

Применение Т-образного хвостового оперения увеличивает стоимость самолета менее чем на 5 % за счет увеличения затрат на разработку и производственную оснастку. Однако преимущества этого оперения оправдывают его использование.

Среди прочих достоинств Т-образного оперения являются:

Горизонтальное оперение представляет собой «концевую шайбу» для вертикального оперения, что повышает эффективное удлинение киля. Это позволяет уменьшить площадь вертикального оперения и этим облегчить конструкцию.

Горизонтальное оперение отводится от зоны воздействия на его конструкцию звуковых волн, которые могут создать опасность усталостного разрушения. Срок службы горизонтального оперения при этом увеличивается.

8.4. Выбор количества двигателей и их размещения.

Необходимое число двигателей для силовой установки самолёта зависит от ряда факторов, обусловленных как назначением самолёта, так и его основными параметрами и лётными характеристиками.

Основными критериями при выборе числа двигателей на самолёте являются:

Самолёт должен обладать необходимой стартовой тяговооружённостью;

Самолёт должен обладать достаточной надёжностью и экономичностью;

Эффективная тяга силовой установки должна быть возможно большей;

Относительная стоимость двигателей должна быть возможно меньшей;

При формальном подходе обеспечить нужную величину стартовой тяговооружённости проектируемого самолёта можно каким угодно числом двигателей (в зависимости от стартовой тяги одного двигателя). Поэтому при решении данного вопроса необходимо ещё и учитывать специфику назначения самолёта и требования, предъявляемые к его компоновке и силовой установке. Помощь при выборе числа двигателей может оказать изучение самолётов аналогичного класса уже использующихся на авиалиниях.

При развитии пассажирских самолётов местных авиалиний конструкторы пришли со временем к оптимальному количеству числа двигателей на самолётах данного класса - два двигателя. Отказ от использования одного двигателя объясняется тем, что появляются большие сложности с его компоновкой, а также один двигатель не удовлетворяет безопасности полётов. Использование трёх и более двигателей неоправданно утяжелит и усложнит конструкцию, следствием этого явится увеличение стоимости самолёта в целом и снижение его боеготовности.

При выборе места установки двигателей было рассмотрено несколько вариантов их размещения. В результате анализа выбор был остановлен на схеме крепления двигателей под крылом. Достоинствами этой схемы являются:

Крыло разгружается в полёте двигателями, что позволяет уменьшить его массу на 10... 15%

При такой схеме компоновки СУ увеличивается критическая скорость флаттера - двигатели являются противофлаттерными балансирами, сдвигая ЦМ сечений крыла вперед.

Возможно надёжное изолирование крыла от двигателей при помощи противопожарных перегородок.

Обдув механизации крыла струёй от винтов увеличивает её эффективность.

К недостаткам схемы можно отнести:

Большие разворачивающие моменты при отказе в полёте одного двигателя. - Далеко расположенные от земли двигатели тяжелее обслуживать.

На сегодняшний день на неманевренных дозвуковых самолётах нашли применение два типа двигателей - ТВД и ТРДД. Решающее значение при выборе типа двигателя имеет скорость крейсерского полёта. ТВД выгодно использовать на скоростях полёта, соответствующих М = 0,45...0,7 (Рис. 8.4.2.). В этом диапазоне скоростей он гораздо экономичнее ТРДД (удельный расход топлива меньше в 1,5 раза). Использование ТВД на скоростях, соответствующих М = 0,7...0,9 невыгодно, т. к. он имеет недостаточную удельную мощность и повышенный уровень шума и вибраций на самолёте.

Принимая во внимание все вышеперечисленные факты, и исходя из исходных данных на проектируемый самолёт, выбор для СУ делаем в пользу ТВД.

8.5. Итоги проведённого анализа.

Проведённый выше анализ показывает, что для пассажирского ближнемагистральнолго самолёта применительны две основные схемы (Рис. 8.5.1.).

Схема 1: Низкоплан с низкорасположенным Г.О., двигателями в крыле, и шасси расположенными в мотогондолах.

Схема 2: Высокоплан с Т-образным оперением, двигателями под крылом и шасси расположенными в гондолах на фюзеляже.

С точки зрения эксплуатации, аэродинамики и экономики наиболее выгодна вторая схема для данного типа самолёта (Таблица 8.5.1.).

Таблица 8.5.1.

8.6. Статистика раннее созданных самолётов данного класса.

Оперение самолета - стреловидное, свободнонесущее, Т-образное. Вертикальное оперение включает в себя неподвижный киль и руль направ­ления, снабженный триммером и сервокомпенсатором, аэродинамический профиль вертикального оперения, симметричный, с относительной толщиной 11%. Горизонтальное оперение включает в себя цельный, управляемый в полете стабилизатор и две половины руля высоты, снабженные триммера­ми; управление стабилизатором электрогидравлическое, дистанционное.

На киле предусмотрены резервные механические нерегулируемые упоры, ограничивающие перемещение стабилизатора в пределах от +1˚45" до -12˚45". Аэродинамический профиль горизонтального оперения типа ПАСА-10%. Руль направления и руль высоты имеют аэродинамическую ком­пенсацию и весовую балансировку. В передних кромках киля и стабили­затора расположены каналы воздушно-термической системы противообле­денения. Киль обеспечивает путевую устойчивость самолета, крепится к шпангоутам 66, 71 и 70 фюзеляжа

Рис. 36. Спойлер:

1-интерцептор; 2, 3-вторая и первая секции спойлера; 4, 5, 6-первый, второй и третий узлы подвески второй секции спойлера к крылу; 7-сотовый заполнитель; 8-резиновый профиль; 9-силовая нервюра; 10-сое­динительный болт; 11-кронштейн спойлера; 12-кронштейн крыла.

тремя силовыми узлами по первому, второму и третьему лонжеронам соответственно и бортовыми фрезерован­ными угольниками 12 (рис. 37). Первый и второй узлы (А и Б) креп­ления киля к фюзеляжу однотипны. К корневым участкам первого и вто­рого лонжеронов болтами приклепано по два фасонных фитинга 16 и 21 (по одному слева и справа) и два стыковых угольника 22 и 24. Каждый фитинг лонжерона соединяется с фитингом соответствующего шпангоута фюзеляжа четырьмя18мм болтами на первом узле и16мм болтами - на втором узле. Фитинги третьего узла крепления киля к фюзеляжу на тре­тьем лонжероне выполнены за одно целое с корневыми участками его по­лок и стыкуются каждый с фитингом 13 шпангоута 70 шестью болтами22мм. По всем трем узлам крепления лонжеронов стыковыми угольниками к со­ответствующим шпангоутам фюзеляжа и крепление киля по бортовому уго­льнику к фюзеляжу выполнено болтами, т.е. киль съемный. В верхней части киля крепится управляемый стабилизатор; передняя, корневая, часть киля плавно переходит в обтекатель воздухозаборника среднего двигателя Д-36 и служит капотом вспомогательной силовой установки ТА-6В. В киле размещены: механизм перестановки стабилизатора, меха­низм стопорения рулей высоты и направления, антенны радиооборудова­ния, трубопроводы противообледенительной системы, тяги и качалки управления рулями, а также проложены коммуникации самолетных систем. На законцовке киля установлен проблесковый маяк МСЛ-3. В хвостовой части киля установлены четыре кронштейна узлов крепления руля нап­равления. Киль состоит из каркаса, обшивки, отъемной носовой части и законцовки.

Каркас киля, состоящий из продольного и поперечного наборов, закрыт гладкой дюралюминиевой обшивкой, передняя кромка которой вы­полнена в виде съемного кока. В верхней передней части киля располо­жена законцовка, плавно сопрягающаяся с управляемым стабилизатором.

Продольный набор каркаса состоит из трех лонжеронов, передней и задней стенок, по 19 правых и левых стрингеров. Лонжероны и перед­няя стенка представляет собой клепаные балки, состоящие из поясов таврового сечения и стенок, подкрепленных стойками из уголковых про­филей и имеющих отверстия облегчения.

Поперечный набор киля образован нервюрами с 1 по 22, концевой нервюрой 23 и тринадцатью дополнительными носками, расположенными между стенкой и первым лонжероном. По нервюре 1 киль стыкуется с капотом двигателя ТА-6В вспомогательной силовой установки, нервюры 2-22, расположены перпендикулярно оси третьего лонжерона, кон­цевая нервюра 23 установлена па­раллельно линии полета. Нервюры 1, 3, 5, 9, 12, 13, 17, 22 и 23 си­ловые, остальные нервюры промежуточные. Нервюра 1 представляет собой торцовый носок киля, образованный верхней и нижней стенками, стыко­вым профилей, установленным на стенке по контуру фюзеляжа, и уголко­выми профилями, усиливающими нижнюю часть нервюры. Верхняя стенка снабжена зигами жесткости, имеет окантованное отверстие для прохода выхлопного сопла двигателя TА-6В и является противопожарной перего­родкой отсека ВСУ. В верхней части киля от стрингера 7 до второго лонжерона установлены два фитинга, усиливающих конструкцию в связи с установкой на этом участке кронштейна крепления механизма переста­новки стабилизатора. Фитинги отштампованы из материала АКБ. Хвосто­вые части нервюр 9 и 17 усиленные; каждая часть образована двумя стенками швеллерного сечения, между которыми вклепан кронштейн узла крепления руля направления, а нервюры 12 и 13 удлинены за заднюю стен­ку киля и вместе с набором диафрагм и накладок

Рис. 37. Крепление киля к фюзеляжу:

1-распорный уголковый профиль; 2-первый лонжерон киля; 3-нервюра 1; 4-обшивка киля; 5-нервюра 3; 6-нервюра 4; 7-второй лонже­рон киля; 8-обшивка фюзеляжа; 9-нервюра 5; 10-уголковый профиль; II-третий лонжерон киля;

12-бортовой угольник; 13-фитинг шпангоута 70; 14-шпангоут 70; 15-балка подвески среднего двигателя; 16-фитинг вто­рого лонжерона; 17-шпангоут 71; 18-фитинг шпангоута 71; 19-фитинг первого лонжерона; 20-шпангоут 66; 21-фитинги первого лонжерона; 22-стыковой угольник первого лонжерона; 23-стыковой угольник нервюры 3; 24-стыковой угольник второго лонжерона; 25-стыковой угольник третье­го лонжерона; 26-накладка.

усиливают каркас киля в месте установки кронштейна опорного узла крепления руля направле­ния. На кронштейне, соединяющем хвостовые части нервюр 12 и 13, рас­положены упоры, ограничивающие углы отклонения руля направления. Нервюра 22 располагается между узлом крепления стабилизатора и зад­ней стенкой киля, представляет собой штампованную стенку с двумя приклепанными кронштейнами четвертого узла крепления руля направле­ния. Нервюра 23 является концевой, на ней установлены кронштейны крепления стабилизатора и его нижние упоры. Нервюра швеллерного се­чения отштампована из материала АК6, имеет технологические отверс­тия, на участке первого лонжерона с ней стыкуется штампованный из листового дюраля носок. Обшивка киля состоит из дюралевых листов, которые крепятся к каркасу заклепками и болтами. В обшивке сделаны эксплуатационные люки для подхода к механизму перестановки стабили­затора, агрегатам управления и антеннам радиооборудования, а также предусмотрены съемные панели для подхода к коммуникациям самолетных систем. На правом борту киля в районе выхлопного отверстия ВСУ обшив­ка выполнена из материала Д19АМО с последующей закалкой; на эту об­шивку наклепывается защитный экран из титанового листа OT4-Iтолщи­ной 0,6мм с подслоем стеклоткани. Носовая часть киля сделана съем­ной для подхода к трубопроводам противообледенительной системы, кре­пится к каркасу киля по контуру болтами с самоконтрящимися гайками. Носовая часть образована наружной и внутренней обшивками и каркасом, состоящим из диафрагм и продольного кожуха. В канале, образованном двумя обшивками и кожухом, закреплен трубопровод противообледенитель­ной системы. Горячий воздух, поступающий в носовую часть киля, рас­пределяется через поперечные прямоугольные каналы, образованные на­ружной обшивкой и приклепанной к ней внутренней гофрированной обшив­кой.

Законцовка киля состоит из набора диафрагм и стрингеров, к ко­торым приклепана обшивка, на поверхности обшивки справа и слева на силовой диафрагме установлены стальные накладки для упорных роликов стабилизатора и верхние упоры, ограничивающие отклонение стабилиза­тора при отсоединенном управлении.

Руль направления крепится к килю на четырех уз­лах, расположенных по осям нервюр 9, 13, 17 и 22 киля и обеспечивает путевую управляемость самолета. Первый, третий и четвертый узлы кре­пления однотипные. Каждый узел состоит из кронштейна руля и двух кронштейнов киля, соединенных серьгой. Кронштейны руля двухушковые, крепятся к лонжерону болтами и самоконтрящимися гайками. Ответные кронштейны киля крепятся к соответствующим нервюрам и задней стенке киля болтами; для соединения с серьгой снабжены шарнирными подшипни­ками. В отверстия серег со стороны соединения с кронштейнами руля запрессована подшипники. Второй узел крепления является опорным, во­спринимает осевые и радиальные нагрузки, состоит из двух торцовых кронштейнов руля и кронштейна киля, соединенные серьгой. Торцовые кронштейны прикреплены болтами и заклепками к лонжерону и балке руля, расположенной между нервюрами 11 и 17. Ответный кронштейн на киле прикреплен болтами и заклепками к удлиненным хвостовым частям нервюр 12 и 13. Все кронштейны и серьги узлов отштампованы из сплава АК6. Руль направления имеет однолонжеронную схему, состоит из каркаса, обшивки, триммера и сервокомпенсатора. Кроме лонжерона в каркас вхо­дит продольная балка между нервюрами 11 и 17, хвостовая балка, 35 нервюр, каркасы нижнего и верхнего хвостовых отсеков.

Лонжерон представляет собой клепаную балку с поясами из прессованных уголко­вых профилей. Стенка лонжерона имеет отверстия облегчения и подкреп­лена стойками из прессованных уголковых профилей. На лонжероне уста­новлены кронштейны узлов крепления руля к килю и кронштейны крепления элементов управления рулем, сервокомпенсатором и триммером.

Обшивка руля направления состоит из лобовой, носовой и средней частей. Носовая обшивка состоит из правых и левых листов дюраля тол­щиной 1,0мм. Вдоль носовой кромки руля на участках между вырезами под узлы крепления установлены балансиры. Балансирами являются лобо­вые обшивки из стали ЗОХГСА-Л2, к которым с внутренней стороны кре­пятся болтами дополнительные стальные грузы. Средняя обшивка между лонжероном и хвостовым профилем образована правым и левым листами дюраля толщиной 0,8мм. На обшивке в районе нервюр 22 и 24 по правому борту и в районе нервюр 15 и 17 по левому борту установлены обтека­тели, закрывающие тяги управления триммером и сервокомпенсатором.

Хвостовые отсеки руля направления расположены в нижней части руля между нервюрами 1 и 10 и в верхней части - между нервюрами 28 и 35. В промежутке между этими отсеками к рулю подвешены сервоком­пенсатор и триммер. Каждый хвостовой отсек состоит из продольной сте­нки, поперечных диафрагм, вкладыша в заднюю кромку и обшивки.

Сервокомпенсатор РН однолонжеронной схемы пред­назначен для уменьшения шарнирного момента при управлении самолетом и крепится к рулю на трех узлах. Первый узел расположен по нервюре 10, второй узел - по нервюре 16 и третий - по нервюре 20 руля направле­ния. Каждый узел состоит из фитинга (кронштейна) сервокомпенсатора и фитинга (кронштейна) руля, соединенных между собой серьгой. Кронштей­ны и серьги узлов отштампованы из сплавов АК6 иAK4-1. Сервокомпен­сатор имеет аэродинамическую компенсацию и весовую балансировку. Каркас сервокомпенсатора состоит из лонжерона таврового сечения, 10 диафрагм. 5 носков, подкрепляющих вырезы под кронштейны узлов под­вески, вкладыша в заднюю кромку и фитинга, усиливающего лонжерон в месте крепления рычага управления. Каркас сервокомпенсатора обшит листовым дюралюминием толщиной 0,6 мм.

Триммер РН предназначен для путевой балансировки само­лета и крепится к рулю на трех узлах. Первый узел расположен по нер­вюре 20 руля направления, второй узел - по нервюре 24 и третий узел - по нервюре 28. Узлы крепления триммера по конструкции подобны узлам сервокомпенсатора. На правом борту триммера снаружи, совместно с кро­нштейном второго узла установлены два рычага. Один рычаг с впрессо­ванным шарикоподшипником выполнен из титанового сплава ВТ22, к этому рычагу подсоединяется тяга от электромеханизма управления триммером. Другой рычаг с впрессованным шарнирным подшипником отштампован из сплава АК6. К этому рычагу подсоединяется тяга от датчика ДС-10 сис­темы сигнализации положения триммера.

Рис.38. Схема оперения

Стабилизатор обеспечивает продольную устойчивость самолета, уравновешивая момент, возникающий вследствие несовпадения точки приложения аэродинамической силы, действующей на крыло, с центром тяжести самолета. Аэродинамическая сила крыла созда­ет обычно момент на пикирование, для уравновешивания которого гори­зонтальное оперение должно создавать подъемную силу, направленную вниз. С этой целью стабилизатор самолета выполнен управляемым в полете. Углы установки стабилизатора от +1˚до -12˚. На стоянке угол установки +1° для того, чтобы от ветра и струй газового потока маневрирующих самолетов не происходило опрокидывания на хвост. Стабилизатор крепит­ся к килю с помощью переднего и заднего узлов.

Передний узел состоит из двух аналогичных по конструкции кронш­тейнов, отштампованных из сплава АК6. Кронштейны болтами и заклепками закреплены к переднему лонжерону и соединяются стыковыми болтами с гайкой механизма перестановки через промежуточные кронштейны.

Задний узел крепления состоит из двух проушин балки, соеди­няющей правую и левую половину второго лонжерона стабилизатора, крон­штейна, закрепленного болтами и заклепками к третьему лонжерону и концевой нервюре киля, двух переходников. С помощью переходников про­ушины балки стабилизатора соединяются с кронштейном киля стыковыми болтами, которые одновременно являются осью поворота горизонтального оперения. Балка стабилизатора, переходники и кронштейн киля отштампо­ваны из титанового сплава ВТ-22.

Стабилизатор неразъемный, двухлонжеронной схемы, состоит из кар­каса, обшивки, двух носовых частей, двух законцовок, хвостового обте­кателя и боковых зализов. Ось симметрии стабилизатора в плане совпа­дает с продольной осью самолета. В продольный набор каркаса входят: первый лонжерон, второй лонжерон с балкой, задняя стенка и стрингеры. Левая и правая половины первого лонжерона стыкуются между собой по оси симметрии стабилизатора, обе половины второго лонжерона стыкуются с балкой. Всего каждая половина стабилизатора имеет 16 нервюр, из них 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 15 и 16 силовые. Нервюра 1 проходит по оси симметрии и является общей для двух половин стабилизатора, по ней стыкуются об­шивки и стрингеры. В хвостовые части нервюр 6, 9, 12 и 15 вмонтированы кронштейны узлов навески руля высоты. Нервюра 16 одновременно являет­ся продольной диафрагмой каркаса законцовки стабилизатора. К ней кре­пятся торцовый узел навески руля высоты, стрингеры, обшивка стабили­затора, диафрагмы и обшивка законцовки.

Обшивка каждой половины стабилизатора от первого лонжерона до задней стенки делится на верхнюю и нижнюю. Обшивки стыкуются по оси симметрии стабилизатора. Верхняя обшивка выполнена из листового дю­раля толщиной 1,2 мм, нижняя - из листового дюраля толщиной 1,5 мм. Между нервюрами 9 и 16 обшивка имеет окна химического фрезерования до толщины 0,8 мм. Нижняя обшивка состоит из двух листов с продольным стыком по стрингеру 3. Обшивка крепится к каркасу заклепками и бол­тами. В обшивке сделаны окна и эксплуатационные люки для подхода к качалкам управления рулем высоты и к агрегатам ПОС. Вырезы под люки в обшивке усилены окантовками. Крышки большинства люков в закрытом положении удерживаются болтами с анкерными гайками. Конец тяги упра­вления, идущей к рычагу каждой половины руля высоты, закрыт обтека­телем, который прикреплен к нижней обшивке в районе нервюр 8 и 9.

Носовая часть стабилизатора несъемная, состоит из правой и ле­вой половины. Каждая половина носовой части крепится к полкам перво­го лонжерона к концевым нервюрам 16. Каждая носовая часть образована наружной и внутренней обшивками и каркасом, состоящим из носков, ди­афрагм, кожуха и вверху разрезных стрингеров. В канале, образованном двумя обшивками и кожухом, закреплен трубопровод противообледените­льной системы. Горячий воздух, поступающий из трубопровода противо­обледенительной системы в носовую часть стабилизатора, распределяется через поперечные прямоугольные каналы, образованные наружной и при­клепанной к ней внутренней обшивками. В корневой части каждого нос­ка установлен кронштейн с упорный роликом. Ролики при перестановках стабилизатора, опираясь, катятся по направляющим пластинам законцов­ки киля и исключают поперечные перемещения стабилизатора. Кронштейны крепления роликов отлиты из материала AЛ-19. Для подхода к кронштей­нам с роликами в корневой части каждого носка сделан люк.

Законцовки стабилизатора несъемные, состоят из торцовых нервюр, набора диафрагм и обшивки. Торцевая нервюра 16 швеллерного сечения неразъемная, гнутая из листового дюраля толщиной 1,0 мм, имеет отвер­стия облегчения. В хвостовую кромку законцовки вклепан сухарь из сте­клотекстолита КАСТ-В и кронштейн для разрядника статического элект­ричества. Законцовка соединяется с носовой частью стабилизатора бол­тами и анкерными гайками, а с остальной частью - заклепками.

Хвостовой обтекатель стабилизатора является продолжением сред­ней части его и состоит из продольных стрингеров, поперечных диаф­рагм, обшивки и съемного хвостового кока. Обшивка выполнена из лис­тового дюраля толщиной 0,6мм и 1,0мм, приклепана к стрингерам и диа­фрагмам. Хвостовой кок состоит из трех диафрагм и радиопрозрачной обшивки из стеклоткани, подсоединяется к обтекателю на болтах.

Боковые зализы вместе со средней частью стабилизатора закрывают выступающие за пределы киля задние узлы крепления стабилизатора. Зализы съемные, расположены на участке между законцовкой киля и хвостовым обтекателей стабилизатора. Каждый зализ состоит из обшивки

и каркаса.

Руль высоты однолонжеронной схемы снабжен аэродинамической компенсацией и весовой балансировкой, состоит из двух половин. Каж­дая половина руля имеет триммер и подвешена к стабилизатору на шести узлах. Балансировка руля высоты выполнена в виде лобовой обшивки из листовой стали 30ХГСА-Л2, к которой с внутренней стороны болтами и заклепками закреплен дополнительный стальной груз. Около четвертого и пятого узлов подвески в носовой части руля установлены выносные балансировочные свинцовые грузы, помещенные в дюралевых кронштейнах. Каждая половина руля высоты состоит из каркаса, обшивки и триммера. Каркас половины руля состоит из лонжерона, носовых диафрагм, 35 нер­вюр хвостовой части руля и профилей, окантовывающих вырез под трим­мер. Лонжерон представляет собой балку швеллерного сечения, гнутую из листового дюраля, подкрепленную стойками и имеющую подштамповки стенки в местах установки кронштейнов узлов крепления руля. Носовые диафрагмы отштампованы из листового дюраля. На первой торцевой диаф­рагме расположены упоры, ограничивающие углы отклонения руля. Носо­вая обшивка состоит из верхних и нижних листов дюраля толщиной 1,5 мм. Хвостовая обшивка состоит также из верхних и нижних листов дюраля толщиной 0,6 мм. Между обшивками по хвостовой кромке вклеен сухарь из стеклотекстолита КАСТ-В. Обшивка к каркасу руля крепится заклеп­ками. На нижней обшивке каждой половины руля смонтировано по два об­текателя, закрывающих выходящие наружу части тяг управления рулем к триммером.

Триммер руля высоты однолонжеронной схемы, имеет аэродинамичес­кую компенсацию и полную весовую балансировку, расположен в корневой части каждой половины руля высоты и подвешен к ней на трех узлах. Каждый узел подвески состоит из кронштейна триммера и кронштейна ру­ля, соединенные между собой серьгой. Носовая часть триммера состоит из набора штампованных диафрагм и обшивки, а хвостовая часть - из торцовых и промежуточных нервюр, хвостового вкладыша и обшивки. Верхняя и нижняя хвостовая обшивка выполнена из одного листа дюраля толщиной 0,6 мм, согнутого вдоль хвостовой кромки. Носовая обшивка также выполнена из верхнего и нижнего листов дюраля толщиной 0,6 мм.

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.

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.

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.

4.4. Возможные неисправности конструктивных элементов хвостового оперения, их влияние на безопасность полётов:

См. вопр. 2.3.

4.5. Бафтинг хвостового оперения: причины и условия возникновения, возможные последствия и меры борьбы: