Энциклопедия современной военной авиации

Морозов Владимир

Поворот консолей сопряжен со значительным смещением аэродинамического фокуса, что затрудняет балансировку, ухудшает устойчивость и управляемость Для уменьшения смещения фокуса неповоротная часть — центроплан — выполняется в виде «наплыва» большой стреловидности. На американских самолетах с ИСК F-111 и F-14 перед крылом установлены дополнительные выдвижные поверхности, выполняющие роль ПГО на некоторых режимах полета.

Формы центропланов и подвижных консолей крыла изменяемой геометрии

Установка на самолете крыла с изменяемой стреловидностью является эффективным, но сложным и компромиссным решением Получить некоторые аналогичные характеристики реально и на самолете с фиксированным крылом. Например, сократить взлетно-посадочные дистанции можно, оснастив крыло мощной механизацией. В то же время машина с высокомеханизированным крылом в маневренном скоростном бою будет иметь преимущества перед самолетом с ИСК: при увеличении стреловидности механизация задней части крыла последнего фиксируется, к тому же такой самолет тяжелее аналогичного с фиксированным крылом. Поэтому современные машины с ИСК — это ударные самолеты.

Механизация крыла

Механизация крыла основана на управлении пограничным слоем или изменении кривизны профиля. Позволяет улучшить взлетно-посадочные и маневренные характеристики самолета, увеличить полезную нагрузку. К элементам механизации крыла относятся: предкрылки, передние щитки, закрылки. Крыло современных самолетов имеет механизацию передней и задней частей.

Элементы механизации передней части крыла обеспечивают ликвидацию срыва потока на крыле при больших углах атаки. Их работа синхронно связана с работой механизации задней части — закрылков Наиболее эффективными и распространенными являются щелевые выдвижные закрылки, увеличивающие кривизну профиля крыла и его площадь. Щитки могут устанавливаться в носовой и задней частях крыла. Их конструкция проще, чем у закрылков, но эффективность меньше.

Элементы аэродинамической системы управления самолета: 1 — носовые щитки; 2 — закрылки; 3 — цельноповоротный киль; 4 — дифференциальный стабилизатор; 5 — интерцепторы

F-15 с дифференциальным стабилизатором, имеющим уступ передней кромки

Управление самолетом

Одними из основных характеристик самолета являются устойчивость и управляемость. Они обеспечиваются выбором геометрических параметров крыла, оперения, органов управления, центровкой, а также автоматизацией управления Управление осуществляется путем изменения аэродинамических сил и моментов при отклонении управляющих поверхностей: рулей, элеронов, интерцепторов и т. д.

Долгое время для управления по крену служили лишь элероны. Однако с увеличением скоростей и утончением профиля крыла на многих режимах полета реактивных самолетов элероны оказались неэффективны. На современных сверхзвуковых самолетах для управления по крену применяются элерон-закрылки, интерцепторы, флапероны, диференциальный цельноповоротный стабилизатор.

Элерон-закрылок используется совместно с классическим элероном на малых скоростях он работает как закрылок, а кренение самолета обеспечивают элероны; на больших скоростях элероны фиксируются а в их качестве работают элерон-закрылки Флапероны объединяют в себе функции элеронов и закрылков. Интерцепторы устанавливаются на верхней поверхности крыла, при их поднятии происходит завихрение потока и уменьшение подъемной силы на одной из консолей, Применение интерцепторов позволяет использовать всю заднюю кромку крыла для размещения механизации. У самолетов-«бесхвосток» на крыле установлены и поверхности управления по тангажу — так называемые элевоны, сочетающие в себе функции рулей высоты и элеронов.

В современных конструкциях классическая схема — с хвостовым оперением — остается предпочтительной. Поперечная устойчивость и управляемость обеспечиваются стабилизатором и рулями высоты Переход на околозвуковые и сверхзвуковые скорости потребовал применения переставных и цельноповоротных стабилизаторов.

Переставные стабилизаторы, оснащенные рулями высоты, облегчают переход через звуковой барьер — парируют моменты пикирования и кабрирования при резком изменении положения аэродинамического фокуса крыла При взлете и посадке они увеличивают эффективность рулей на малых скоростях. На современных сверхзвуковых самолетах установлен цельноповоротный стабилизатор, который обеспечивает и маневрирование самолета, и балансировку, а также и управление по крену, для чего его консоли отклоняются от нейтрального (балансировочного) положения в противоположные стороны. Такой стабилизатор называется дифференциальным.

Путевую устойчивость самолета обеспечивает киль. Путевая управляемость достигается установленным на киле рулем поворота или цельноповоротным килем (SR-71, В-1, Ту-160). На некоторых самолетах для надлежащей путевой устойчивости (особенно на больших углах атаки и при наличии габаритной внешней подвески) устанавливают по два киля.

Для уменьшения усилий на рычагах управления все современные самолеты имеют в системе управления бустеры — рулевые приводы. В 70-х годах появляется электродистанционная система управления (ЭДСУ). На самолетах, оснащенных такой системой, отсутствует (или является резервной) механическая проводка управления, а сигналы управления передаются от рычагов к рулевым машинкам по электрокоммуникациям ЭДСУ имеет меньшую массу и позволяет увеличить надежность системы управления путем резервирования линии связи. В этой системе можно использовать компьютеры и быстродействующие приводы для управления статически неустойчивыми самолетами, а также снижать нагрузки при маневрировании или в полете в турбулентной атмосфере.

На дозвуковых самолетах для уменьшения нагрузок действующих на органы управления, применяются сервокомпенсаторы и серворули — небольшие поверхности связанные в первом случае с рулями, во втором — с рычагами управления. С их помощью облегчается или производится отклонение рулей.

Фюзеляж

Фюзеляж объединяет в единое целое отдельные части планера и служит для размещения двигателей, топлива, экипажа и вооружения В некоторых конструкциях вообще обходятся без фюзеляжа: это самолеты типа «летающее крыло», некоторые современные истребители, например Су-27, у которых оперение и двигатели крепятся к специальным балкам, а экипаж и часть оборудования находятся в носовой гондоле.

Ранее считалось, что аэродинамически наиболее совершенной формой фюзеляжа является форма тела вращения с остроконечной носовой частью и большим удлинением. Позже форма фюзеляжа скоростных самолетов изменилась — поперечное сечение его вместо круглого стало близким к прямоугольному. Нижняя часть фюзеляжа делается вогнутой в средней части, в этом случае он играет роль дополнительной несущей поверхности и используется для создания подъемной силы, т. е. становится несущим.

При исследовании аэродинамики скоростных самолетов в 50-е годы было установлено так называемое правило площадей. Оно состоит в том, что комбинация крыла с фюзеляжем обладает наименьшим сопротивлением, когда распределение нормальных к потоку сечений по длине самолета имеет равномерный характер. На практике это означает уменьшение сечения фюзеляжа в области крыла на величину, равную площади, соответствующей нормальной к потоку сечения крыла. Фюзеляжи многих современных самолетов, особенно многоцелевых, приспособленных к долговременным полетам с околозвуковой скоростью на малой высоте, спроектированы с учетом правила площадей, хотя внешне это и не всегда заметно.

Много внимания при проектировании новых самолетов уделялось взаимовлиянию фюзеляжа и крыла Аэродинамическая интерференция между крылом и фюзеляжем при нерациональном их сочленении вызывает дополнительный прирост сопротивления, ведет к потере устойчивости особенно при больших углах атаки В этом отношении лучше всего схема среднеплана и высокоплана.

Аэродинамическую схему самолета определяет взаиморасположение частей планера Большинство самолетов строилось и строится сейчас по так называемой «классической» (нормальной) схеме с хвостовым оперением В 50-е годы очень популярной схемой была «бесхвостка». Сравнение диапазонов скоростей и относительных масс конструкций самолетов классической схемы и «бесхвосток» показывает, что по этим параметрам последние уступают.