Общие сведения. Аэродинамические поверхности, образующие оперение самолета, обеспечивают продольную и путевую балансировку

Аэродинамические поверхности, образующие оперение самолета, обеспечивают продольную и путевую балансировку, устойчивость и управляемость.

Самолет Як-18Т - самолет нормальной аэродинамической схемы, который имеет горизонтальное и вертикальное оперение (рис. 27). Оперение самолета - однокилевое, подкосно-расчалочного типа.

Горизонтальное оперение представляет собой часть оперения самолета, предназначенную для обеспечения продольной балансировки, устойчивости и управляемости. На самолетах с дозвуковой скоростью полета, к которым относится и Як-18Т, горизонтальное оперение состоит из неподвижного стабилизатора 1 и подвижного руля высоты 2.

Вертикальное оперение предназначено для путевой балансировки, устойчивости и управляемости самолета. Вертикальное оперение состоит из неподвижного киля 5 и подвижного руля направления 6. При определении размеров и компоновке оперения самолета учитывались следующие основные требования:

- оперение во всем диапазоне скоростей и высот на всех режимах полета должно обладать достаточной эффективностью;

- в конструкции и при компоновке должны быть исключены причины, способные вызвать вибрации типа флаттер или бафтинг при его обтекании воздушным потоком;

- оперение должно обеспечивать балансировку при возникновении несимметричной нагрузки в случае посадки с боковым ветром и т. д.

Рис. 27 Хвостовое оперение
1 - стабилизатор; 2 - руль высоты, 3 - антенны посадочной системы самолета; 4 - маяк; 5 - киль; 6 - руль направления; 7 - компенсатор;	8 - ленточная расчалка; 9 - хвостовой навигационный огонь; 10 – зализ; 11 - триммер руля высоты; 12 - подкос стабилизатора; 13 - полотняная обшивка, 14 - гаргрот;
А и Б - узлы крепления подкоса стабилизатора;	В - узел крепления ленточных расчалок.

Выполнение этих требований, как и в крыле, в значительной мере зависит от геометрических параметров оперения.

Внешние формы оперения.

Абсолютные геометрические параметры горизонтального оперения следующие:

Абсолютные геометрические параметры вертикального оперения имеют вид:

Стабилизатор имеет в плане трапециевидную форму с закругленными концами и постоянный по размаху симметричный профиль. Руль высоты вписывается в общий профиль горизонтального оперения. Передняя кромка руля параллельна заднему лонжерону стабилизатора и на концах закругляется. Киль самолета Як-18Т имеет треугольную форму в плане с закругленным верхним концом.

Профиль киля симметричный. Для улучшения штопорных характеристик самолета на верхней части фюзеляжа установлен гаргрот, плавно переходящий в киль.

Большое значение имеет положение горизонтального оперения относительно крыла. Чтобы избежать вредного влияния сходящей с крыла на больших углах атаки спутной струи воздуха, которая может привести к потере самолетом продольной устойчивости и возникновению на оперении вибрации типа бафтинг, горизонтальное оперение должно быть либо поднято над крылом, либо опущено ниже его. На самолете Як-18Т горизонтальное оперение поднято над крылом.

Установкой оперения на хвостовой части фюзеляжа достигается простота конструкции, высокая ее жесткость и малая масса узлов крепления оперения к фюзеляжу.

Конструктивно-силовая схема оперения. Исходя из требований прочности, жесткости и минимума массы на самолете установлено однокилевое оперение подкосно-расчалочного типа металлической конструкции с полотняной обшивкой (см. рис. 27).

Крепление киля и стабилизатора к фюзеляжу и между собой производится стыковыми узлами, двумя трубчатыми подкосами 12 и четырьмя ленточными расчалками 8.

Стык оперения с фюзеляжем закрыт легкосъемным зализом 10, состоящим из двух половин, изготовленных из листового алюминиевого сплава АМГ6 - БМ. Крепление зализа к фюзеляжу, стабилизатору и килю осуществляется с помощью винтов и анкерных гаек. По кромке зализа приклеен дерматиновый кант. Гаргрот изготовлен из материала Д16М и приклепан к фюзеляжу и килю.

Подкосы 12, связывающие консоли стабилизатора с фюзеляжем, изготовлены из дюралевой трубы каплевидного сечения. В один конец трубы каждого подкоса вставлен вкладыш, изготовленный из листовой стали 20 толщиной 1 мм, склепанный с трубой трубчатыми заклепками. В другой конец трубы вклепан вкладыш, отштампованный из той же стали и имеющий внутреннюю резьбу под вильчатый болт. Вильчатым болтом обеспечивается регулировка подкоса по длине. Концы трубы подкоса обжаты под вкладыш.

В конструктивно - силовой схеме оперения использованы ленты-расчалки 8, изготовленные из материала С45А согласно ГОСТ 1874А. Нижний предел их натяжения 245 кгс, верхний - 305 кгс.

В верхней части киля самолета установлен навигационный световой маяк. В средней части киля, на панелях, приклепанных к его нервюрам, установлены курсовая и глиссадные антенны системы инструментального захода на посадку.

Нагрузки, действующие на оперение в полете.В полете на оперение действуют следующие внешние нагрузки:

- распределенные по поверхности аэродинамические нагрузки от аэродинамических сил;

- распределенные массовые силы от массы конструкции.

Массовые силы сравнительно невелики, и обычно в расчетах прочности оперения ими пренебрегают.

Нагрузки на горизонтальное оперение можно разделить на нагрузки уравновешивающие, маневренные и нагрузки при полете в турбулентной (неспокойной) атмосфере, которые определяются по нормам прочности для ряда расчетных случаев. Нагрузки уравновешивающие определяются из условия равенства моментов относительно оси OZ, самолета с горизонтальным оперением и без него.

На рис. 28 приведены силы, действующие на оперение. Приближенно уравновешивающая сила горизонтального оперения определяется в виде:

P_г.о.ур= Y_кр a/L_г.о.

где

Y_кр - аэродинамическая сила крыла;

L_г.о - расстояние от центра тяжести самолета до центра давления горизонтального оперения;

а - расстояние от центра давления крыла до центра тяжести самолета.

Другая часть расчетных случаев соответствует полету при выполнении маневра, когда при отклонении руля высоты возникает дополнительная нагрузка на горизонтальном оперении, называемая маневренной. Эта нагрузка (ΔPг.о.) неуравновешена и пропорциональна величине скоростного напора и площади горизонтального оперения.

Суммарная нагрузка горизонтального оперения (см. рис. 28):

P_г.о.= P_г.о.ур±DP_г.о.

В расчетных случаях принимается во внимание и приращение нагрузки при порыве ветра. Она зависит от скорости потока, набегающего на горизонтальное оперение, и его площади. Уравновешивающая (демпфирующая) нагрузка на вертикальное оперение обусловлена равновесием моментов рысканья (относительно оси Оу) самолета с вертикальным и без вертикального оперения. Эта нагрузка определяется аналогично уравновешивающей нагрузке горизонтального оперения:

P_в.о.ур= Y_кр b/L_в.о.

Аналогично нагрузкам на горизонтальное оперение определяются маневренные нагрузки, и нагрузки при полете в турбулентной атмосфере на вертикальное оперение. Нагрузка по размаху горизонтального и вертикального оперения распределяется пропорционально длине хорд. По хорде оперения нагрузка распределяется в зависимости от величины отклонения руля (рис. 29). Вследствие того, что по конструкции горизонтальное оперение аналогично вертикальному, метод их расчета на прочность один и тот же.

Равнодействующая аэродинамической нагрузки на стабилизатор и киль приложена в центре давления и распределяется между лонжеронами - основными силовыми элементами. При построении эпюр изгибающих моментов, перерезывающих сил и крутящих моментов исходят из следующих условий:

- передний лонжерон стабилизатора рассматривается как балка на двух опорах - подкосе и узле на фюзеляже;

- задний лонжерон стабилизатора рассматривается совместно с рулем высоты, реакции которого передаются на задний лонжерон, причем жесткая опора стабилизатора - опора на ленточной расчалке;

- передний лонжерон киля рассчитывается как балка с заделкой в основании;

- задний лонжерон киля рассматривается совместно с рулем направления, при этом основание лонжерона считается заделкой, а точки крепления ленточных расчалок - опорой (см. рис. 27).

	Рис 28. Силы, действующие на оперение:
Yкр; Yнос - аэродинамические силы крыла и фюзеляжа; L г.о - расстояние от ц.т. самолета до ц.т. соответствующего оперения.

При такой силовой схеме подкосы работают на растяжение и сжатие, передавая нагрузку от горизонтального оперения на силовой шпангоут № 19 фюзеляжа. Максимальное усилие по подкосу составляет - 840 на сжатие; 825 на растяжение; на растяжение по ленточной расчалке - 105 кгс.

Нервюры стабилизатора и киля, как и нервюры крыла, обеспечивают заданную форму профиля оперения, передают воздушную нагрузку на лонжероны и подкрепляют обшивку и стенки лонжеронов. Полотняная обшивка образует заданную форму оперения и воспринимает аэродинамическую нагрузку.

Рис 29 Распределение нагрузки по хорде оперения

Передача нагрузок на элементы руля высоты и руля направления и расчет их на прочность производятся так же, как для элерона крыла