Краснов Н.Ф. Аэродинамика (том 2) 1980 (947285), страница 37
Текст из файла (страница 37)
$ 12.У. Органы управления ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ Траекторию неуправляемого летательного аппарата, испытывающего лишь действие силы сопротивления и силы тяжести, обычно называют естественной или баллистической. Для такого летательного аппарата характерно отсутствие какой-либо искусственно созданной Управляющей аэродинамической или другой силы, нормальной к траектории. Траектория управляемого летательного аппарата, выполняющего определенный маневр, отличается от естественной траектории благодаря дополнительному управляющему усилию, совпадающему по направлению с нормалью к вектору скорости полета. устройства, со- Глава двенадцатая здающие необходимую управляющую силу, называют органами управления.
Органы управления входят в систему управления движением летательного аппарата, под которым понимают комплекс аппаратуры и устройств, обеспечивающих измерение отклонений фактического движения летательного аппарата от заданных условий полета, формирование соответствующего сигнала и создание управляющей силы. В зависимости от физического характера управляющей силы органы управления можно разделить на три основных типа: аэродинамические, газодинамические и комбинированные.
А э р о д и н а м и ч ее к и е о р г а н ы у п р а в л е н и я создают управляющую силу путем изменения условий внешнего обтекания; следовательно, управляющая сила по своему происхождению — аэродинамическая. Подобные органы управления являются средством изменения величины и направления главного вектора аэродинамических сил. Применение их весьма эффективно для летательных аппаратов, движущихся с достаточно большой скоростью в плотных слоях атмосферы.
Газодинамические органы управления основаны на использовании эффекта, вызванного изменением направления газовой струи, истекающей нз сопла реактивного двигателя. Управляющая сила возникает в результате отклонения вектора силы тяги от направления касательной к траектории полета. В некоторых конструкциях газодинамических органов управления используют специальные управляющие реактивные двигатели. Такие органы управления применяют в тех условиях, когда аэродинамические органы управления делаются малоэффективными, например в разреженных слоях атмосферы или при малых скоростях движения летательного аппарата (в частности, при старте ракеты с Земли).
Комбинированные органы управления при создании . управляющей силы используют одновременно эффекты аэродинамических и газодинамических органов управления. Примером такого органа управления служит реактивный закрылок. Основным его элементом является поворотное сопло, обычно устанавливаемое на задней кромке крыла или оперения и выполняемое в виде узкой щели. Управляющее усилие возникает в результате истечения воздуха нз сопла, наклоненного под определенным углом к хорде. Это усилие складывается из двух компонент: нормальной составляющей силы тяги, создаваемой поворотной щелью, и составляющей аэродинамической силы, возникающей вследствие перераспределения давления на несущей поверхности, обусловленного взаимодействием набегающего потока и струи воздуха, истекающей через щель.
Каждый тип органов управления включает в себя большое количество конкретных видов рулевых устройств. Выбор типа органа управления и конкретного вида рулевого устройства тесно связан с аэродинамической схемой, определяемой, в свою очередь, назначением летательного аппарата и тактико-техническими требованиями, ко- 203 двродииамическая интерференция рис. 122Х1 Основные типы рулевых поверхностей: а — полностью подвныные; б— концевые; е — рвсположенные вдоль леднев кромки торые к нему предъявляют. Таким образом, данному летательному аппарату соответствуют определенная аэродинамическая схема, тип органа управления и его конкретная конструкция, обеспечивающие выполнение заданных тактико-технических требований.
Более подробно об органах управления и методах их расчета изложено в 181. Рассмотрим некоторые виды аэродинамических органов управления и методы их расчета, в частности группу рулевых поверхностей, получивших широкое применение на практике. Рулевые поверхности, или рули, размещаемые в различных местах летательного аппарата, можно классифицировать следующим образом (рис. 12.7.1): полностью подвижные органы управления типа поворотного крыла или оперения; концевые органы управления; органы управления, расположенные вдоль задней кромки несущей или стабилизирующей поверхности. Полностью подвижные рули в виде поворотного крыла или оперения, обеспечивающие хорошую управляемость благодаря достаточно большой площади органа управления, используют для высокоманевренных летательных аппаратов, и они оказываются весьма эффективными на значительных высотах и в широком диапазоне чисел М .
Чаще всего оси вращения рулей и корпуса взаимно перпендикулярны, однако в конструктивном отношении иногда бывает удобным выбрать угол между этими осями, отличный от прямого (положение оси вращения руля определяется углом стреловидности кр, рис. 12.7.1). Некоторое распространение получили концевые органы управления, составляющие часть несущей или стабилизирующей поверхности и располагающиеся у боковых кромок. Такие органы управления оказываются эффективными в достаточно большом диапазоне скоростей. Ось вращения этого руля, как и поворотного оперения, может составлять прямой угол с осью корпуса или иметь некоторый угол стреловидности.
Особенность концевых рулей состоит в том, что их эффективность практически не зависит от наличия корпуса. Их недостаток заключается в трудности монтажа рулевого привода и механизма поворота иа крыле или оперении с боковыми концевыми кромками. Концевые 204 Глава двенадцатая Рнс. 12.У.2 Типы концевых рулей: о — обычный концевой руль; б — с коннснсацнсй органы управления могут быть подразделены на обычные концевые рули и органы управления с рулевой компенсацией (рис. 12.7.2). При дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях наиболее широко применяют рули, расположенные вдоль задней кромки неподвижного крыла или оперения.
При небольших числах М с отклонением рулей связано появление нормальной силы(управляющего усилия) не только на них самих, но и на несущей неподвижной поверхности, на которую распространяются возмущения от рулей. Поэтому такие рули могут быть очень эффективны даже при относительно небольшой площади. При сверхзвуковых скоростях отсутствует обратное воздействие рулей на неподвижные поверхности, поэтому управляющее усилие создается только рулем. Несмотря на увеличение управляющего усилия, обусловленное высоким скоростным напором, бывает необходимо для повышения эффективности рулей выбирать их сбольшей площадью. Органы управления, расположенные вдоль задней кромки, могут быть внутренними и внешними рулями, занимающими часть кромки или размещенными по всему размаху (рис.
12.7.3). Рулевые поверхности летательных аппаратов служат в качестве рулей поворота и высоты, элеронов и элевонов. Рули поворота в нейтральном положении располагаются вдоль продольной оси аппарата в вертикальной плоскости симметрии. Отклонение их от этого положения вызывает поворот летательного аппарата вправо или влево. Этот поворот обусловлен действием управляющего момента рыскания, создаваемого рулем. Рули высоты расположены перпендикулярно плоскости рулей поворота.
Их отклонение обеспечивает изменение направления полета в вертикальной плоскости и, следовательно, изменение высоты. При этом поворот летательного аппарата вокруг поперечной оси обусловлен действием управляющего момента тангажа, создаваемого рулем высоты. Комбинация рулей поворота и высоты дает возможность управлять летательным аппаратом одновременно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, т. е. осуществлять практически любой маневр 205 двродннамнчесная интерференция рнс. 127.3 Типы рулей, расположенных вдоль задней кромки: н — с постоянной хорлой; б — с абратнын сужвннем; / — внутренннй руль; у — внешний руль; а — руль, расположенный по все.
му размаху в пространстве. При помощи этих же рулей можно обеспечить вращение летательного аппарата вокруг продольной оси Ох. В самолетных схемах для управления обычно предусматриваются элероны в комбинации с рулями высоты. Элероны — это две рулевые поверхности, расположенные на концевых или задних кромках консолей крыла и отклоняющиеся в разные стороны, что приводит к накренению летательного аппарата. При этом появляется горизонтальная составляющая нормальной силы, отклоняющая аппарат в нужном направлении и обеспечивающая его поворот под действием момента рыскания.
Если одновременно с этим поворачивается руль высоты, то осуществляется требуемый маневр в пространстве. При использовании элеронов следует учитывать, что вследствие их отклонения возникающие приращения нормальной силы на правом и левом крыльях противоположного знака вызывают появление соответствующей разности сил индуктивного сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к образованию дополнительного момента рыскания, вызывающего вращение аппарата в сторону опущенного элерона, а также скольжение и, как следствие, момент крена, обратный по знаку моменту от элеронов. Это снижает эффективность элеронов, препятствуя осуществлению нормального маневра.
При этом наибольшей величины момент крена достигает в случае значительных углов атаки, вследствие чего эффективность элеронов на этих углах очень мала. Для компенсации этого эффекта применяется конструкция д и фф е р е н ц и а л ь н ы х э л е р о н о в, в которой один элерон отклоняется вверх больше, чем другой, парный ему, вниз. Сопротивление элерона, отклоненного вверх, значительно больше, чем отклоненного вниз, поэтому момент рыскания уменьшается. Элевоны в отличие от элеронов отклоняются в любую сторону независимо друг от друга, поэтому их используют одновременно и как Рули крена, и как рули высоты. Такие устройства, выполняющие одновременно функции органов поперечного и продольного управления, устанавливают на летательных аппаратах типа «бесхвостка».
Аэродинамические свойства органов управления определяются их эффектиаиостью, под которой понимают степень приращения управ- 206 Глава двенадцатая ляющих сил и моментов летательного аппарата (или отдельно несущей поверхности) при отклонении руля. Эту эффективность оценивают частными производными от соответствующих коэффициентов силы или момента по углу поворота руля. Например, для рулей высоты продольную эффективность определяют производными дев/дб, = = сьв или дт/дбв = т'в, в г в ПОНЯТИЕ ОБ УПРАВЛЯЕМОСТИ Аэродинамические свойства летательного аппарата характеризуются его управляемостью — способностью аппарата реагировать на отклонение рулей соответствующими изменениями параметров движения (углов атаки, тангажа, рыскания, наклона траектории и др.). Управляемость можно оценить степенью восприимчивости аппарата к такому отклонению органов управления, характеризующейся интенсивностью указанныхизменений параметров движения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
