Введение

Поверхность, позволяющая пилоту регулировать и контролировать положение воздушного судна в полете.

Поверхности управления полетом воздушного судна – это аэродинамические устройства, позволяющие пилоту регулировать и контролировать положение воздушного судна в полете. Разработка эффективного комплекта поверхностей управления полетом стала критически важным этапом в развитии авиации. Первые попытки создания самолетов с фиксированным крылом позволили добиться достаточной подъемной силы для взлета, но в воздухе такие аппараты оказывались неуправляемыми, что часто приводило к катастрофам. Разработка эффективных органов управления полетом обеспечила возможность стабильного полета. В данной статье описываются поверхности управления, используемые на самолетах с фиксированным крылом классической схемы. Другие конфигурации самолетов с фиксированным крылом могут использовать различные поверхности управления, однако базовые принципы остаются неизменными. Органы управления (ручка и педали) для винтокрылых аппаратов (вертолетов или автожиров) выполняют те же движения относительно трех осей вращения, но воздействуют на вращающиеся органы управления полетом (диск несущего винта и диск рулевого винта) совершенно иным способом. Поверхности управления полетом приводятся в действие системами управления полетом воздушного судна. Рули, в частности, рассматриваются как обобщенная поверхность управления потоком, используемая как в авиации, так и в судостроении.

Разработка

Братьям Райт приписывают разработку первых практических органов управления полетом. Это основная часть их патента на летательный аппарат. В отличие от современных органов управления, они использовали деформацию крыла. В попытке обойти патент братьев Райт, Гленн Кертисс создал шарнирные органы управления, основанные на той же концепции, которая была впервые запатентована примерно четыре десятилетия назад в Соединенном Королевстве. Шарнирные органы управления имеют преимущество в том, что они не создают напряжений, характерных для деформации крыла, и их проще интегрировать в конструкцию.

Оси движения

Самолет может свободно вращаться вокруг трех осей, перпендикулярных друг другу и пересекающихся в центре тяжести (ЦТ). Для управления положением и направлением пилот должен уметь контролировать вращение относительно каждой из этих осей.

Поперечная ось

Поперечная ось, также известная как боковая ось, проходит через самолет от законцовки крыла до законцовки крыла. Вращение вокруг этой оси называется тангажом. Тангаж изменяет вертикальное направление, куда направлен нос самолета. Рули высоты являются основными управляющими поверхностями для тангажа.

Продольная ось

Продольная ось проходит через самолет от носа до хвоста. Вращение вокруг этой оси называется креном. Пилот изменяет угол крена, увеличивая подъемную силу на одном крыле и уменьшая ее на другом. Эта разница в подъемной силе вызывает вращение вокруг продольной оси. Элероны – основной орган управления креном. Руль направления также оказывает вторичное влияние на крен.

Вертикальная ось

Вертикальная ось проходит через самолет сверху вниз. Вращение вокруг этой оси называется рысканием. Рыскание используется при полете на малой скорости и большом угле атаки, включая взлет и заход на посадку. Некоторые самолеты оснащены "флаперонами", которые чаще называют "внутренними элеронами". Эти устройства функционируют главным образом как элероны, но на некоторых самолетах они отклоняются вниз при выпущенных закрылках, выполняя функции как закрылка, так и элерона для управления креном на внутреннем крыле.

Сланцы

Сланцы, также известные как устройства передней кромки, — это расширения передней части крыла, предназначенные для увеличения подъемной силы и снижения скорости сваливания за счет изменения обтекания крыла. Сланцы могут быть фиксированными или убирающимися. Фиксированные сланцы (например, на самолете Fieseler Fi 156 Storch) обеспечивают отличные характеристики на малых скоростях и возможности STOL, но ухудшают летные характеристики на высоких скоростях. Убирающиеся сланцы, которые обычно используются на пассажирских самолетах, снижают скорость сваливания при взлете и посадке, но убираются в полете для крейсерского режима.

Воздушные тормоза

Для увеличения сопротивления используются воздушные тормоза. Спойлеры могут выполнять функцию воздушных тормозов, но не являются чисто воздушными тормозами, так как они также служат для снижения подъёмной силы или, в некоторых случаях, выступают в качестве органов управления креном. Воздушные тормоза обычно представляют собой поверхности, отклоняющиеся наружу от фюзеляжа (в большинстве случаев симметрично с обеих сторон) в поток воздуха для увеличения сопротивления формы. Поскольку они в большинстве случаев располагаются не на крыле, они не оказывают непосредственного влияния на подъёмную силу, создаваемую крылом. Их назначение – замедлить самолёт. Они особенно полезны, когда требуется большая вертикальная скорость снижения. Они широко используются на высокопроизводительных военных и гражданских самолётах, особенно на тех, которые не оснащены реверсом тяги.

Контрольные обрезные поверхности

Контрольные элементы триммирования позволяют пилоту сбалансировать подъемную силу и сопротивление, создаваемые крыльями и органами управления, в широком диапазоне нагрузок и скоростей полета. Это снижает усилия, необходимые для изменения или поддержания желаемого положения в полете.

Облицовка лифта

Лифтовая отделка уравновешивает управляющую силу, необходимую для поддержания правильной аэродинамической силы на хвостовом оперении, чтобы обеспечить балансировку самолета. При выполнении определенных летных упражнений может потребоваться значительная регулировка отделки для поддержания желаемого угла атаки. Это особенно актуально при полете на малых скоростях, когда требуется положение носа вверх, что, в свою очередь, требует большой регулировки отделки, заставляя хвостовое оперение создавать значительную прижимную силу. Регулировка лифтовой отделки связана со скоростью воздушного потока над хвостовым оперением, поэтому изменение воздушной скорости самолета требует повторной регулировки. Важным конструктивным параметром самолета является его устойчивость в крейсерском полете после регулировки отделки. Любые возмущения, такие как порывы ветра или турбулентность, будут быстро гаситься, и самолет вернется к своей крейсерской скорости и углу тангажа.

Обрезание хвостовой плоскости

За исключением очень легких самолетов, триммеры лифта не способны обеспечить необходимую силу и диапазон перемещения. Для обеспечения требуемой силы триммирования вся горизонтальная плоскость хвостового оперения делается регулируемой по углу атаки. Это позволяет пилоту точно выбрать требуемую величину положительной или отрицательной подъемной силы от горизонтальной плоскости, одновременно снижая сопротивление, создаваемое лифтами.

Весенний отдел

В простейшей схеме регулировка выполняется механической пружиной (или банджи), которая создает необходимое усилие для дополнения управляющего воздействия пилота. Пружина обычно соединена с рычагом настройки руля высоты, позволяя пилоту установить величину прикладываемой пружинной силы.

Руль и контуры элерона

Большинство самолетов с фиксированным крылом имеют орган управления обрезкой на руле высоты, но на более крупных самолетах также предусмотрены органы управления обрезкой руля направления и элеронов. Обрезка руля направления предназначена для компенсации асимметричной тяги двигателей. Обрезка элеронов предназначена для компенсации эффекта смещения центра тяжести от продольной оси самолета. Это может быть вызвано неравномерной загрузкой топлива или груза, когда одна сторона самолета загружена больше, чем другая, например, когда один топливный бак заполнен больше, чем другой.