Какова средняя аэродинамическая нагрузка на руль пассажирского самолета?

Я думаю, вы на самом деле не хотите знать нагрузку, а скорее шарнирный момент управляющих поверхностей. Нагрузка привода представляет собой шарнирный момент, деленный на длину управляющего рупора. Ниже приведен довольно плохой набросок типичной рычажной связи элеронов, но принцип правильный ( источник ):

На нем уже показан один популярный способ уменьшения управляющих усилий: вкладка, маленькая вспомогательная поверхность управления, которая перемещается относительно «настоящей» поверхности управления. Это немного снижает эффективность, но сильно увеличивает. Здесь величина отклонения язычка контролируется пружиной в его рычажном механизме, что представляет собой умный способ отрегулировать его отклонение таким образом, чтобы силы срабатывания становились более постоянными на скорости.

Другим способом уменьшения управляющих усилий является рог: удлинение поверхности перед линией шарнира, поэтому аэродинамические нагрузки здесь уравновешивают нагрузки на поверхности за линией шарнира. На картинке ниже показан левый элерон ATR -72 , который приводится в движение механической связью ( источник ).

Таким образом, подъемные нагрузки на поверхность управления в основном воспринимаются шарниром, и только управляющие нагрузки должны нести управляющая тяга или исполнительный механизм. Если вы думаете, что вам не нужны все эти изящные трюки, ваш привод и гидравлическая система станут намного тяжелее, чем нужно.

Почему используются два разных метода? Вкладка уменьшает нагрузки от изменения прогиба, а рупор также уменьшает нагрузки от изменения угла атаки. При правильном размере оба вместе приведут к тому, что шарнирный момент будет близок к нулю.

Зачем я все это объясняю? Это показывает, что на ваш вопрос нет простого ответа. Скорее, вам нужно точно указать, как выглядит и перемещается ваша управляющая поверхность, и только после этого вы можете приступить к расчету нагрузок привода. Я также хочу показать, что дозвуковой самолет на 10-20 пассажиров будет вполне летать с ручным управлением. Гидравлика ATR-72 нужна только для закрылков, спойлеров, тормозов и шасси. Отказ от гидравлики в основных органах управления полетом также позволяет обойтись без резервирования гидравлической системы .

Как вы заметили, существует множество сложностей, которые необходимо учитывать при определении размеров приводов управления, включая размер поверхности управления, желаемый угол отклонения, фактический угол отклонения, шарнирные моменты, эффекты пограничного слоя и т. д. Вы можете получить грубое приближение сила на поверхности, хотя начиная с простого определения

Где P — динамическое давление, q, а A — открытая площадь управляющей поверхности. Решение для силы дает:

Где A - площадь поверхности управления, и умножение ее на синус угла отклонения дает открытую площадь.

Для легкого транспортного самолета, скажем, Beech 1900 (19 пассажиров), площадь лифта составляет 19,3 кв. футов. Используя приведенную выше логику, эта поверхность при отклонении на 5 градусов на крейсерской скорости будет ощущать силу приблизительно 421 фунт силы. Размер вашего привода в конечном итоге должен учитывать параметры, указанные выше (и многое другое), но, надеюсь, это информативная отправная точка.