В современных коммерческих самолетах вместо триммеров используется стабилизатор. Каковы преимущества и недостатки этого выбора дизайна?
Триммеры элеронов и рулей направления эволюционировали аналогичным образом, чтобы перемещать всю поверхность управления, а не триммеры элеронов/рулей направления?
Триммер используется для обнуления усилий на ручке управления в желаемых условиях полета, а для небольших и медленных первых самолетов подойдет регулируемая пружина где-то вдоль тросов управления. Когда скорость увеличилась, были введены триммеры, потому что их триммерное усилие увеличивается и опускается с динамическим давлением, тогда как пружина всегда создавала одно и то же усилие. Это потребует повторной регулировки при каждом изменении скорости.
С увеличением размера и скорости самолетов ручное управление требовало все более сложных средств уменьшения силы (язычки Флеттнера, пружинные язычки), а относительная длина хорды всех движущихся поверхностей уменьшалась, чтобы обеспечить больший контроль с меньшим усилием. Момент вокруг шарнира руля увеличивается с квадратом хорды, но изменение подъемной силы для заданного угла отклонения увеличивается только с квадратным корнем хорды.
Параллельно увеличивались нагрузки на крыло, что требовало механизации для снижения взлетной и посадочной скоростей. Они добавляют большую подъемную силу в задней части крыла, создавая сильный момент опускания носа, и теперь простого отклонения рычага управления недостаточно для балансировки самолета. Уменьшенная длина хорды означала, что для дифферента потребовались бы большие углы отклонения, достигающие далеко в области углов отклонения со снижающейся эффективностью. Именно тогда появились регулируемые стабилизаторы: изменение дифферента во всех конфигурациях было просто слишком большим, чтобы его можно было покрыть одним рулем высоты.
Следующим был трансзвуковой полет, и здесь регулируемый наклон хвоста имеет решающее значение для балансировки самолета при переходе от дозвукового к сверхзвуковому полету. Разрыв контура отклонившегося руля высоты может вызвать толчки, которые могут привести к реверсу руля высоты. Динамическое давление реактивного полета положило конец ручному управлению - последними известными примерами были Canberra или Dash-8 (прототип Boeing 707). Теперь используются гидравлические приводы, но все же имеет смысл использовать аэродинамические средства для снижения управляющих усилий, потому что размер и требования к мощности приводов могут быть уменьшены за счет умного уменьшения шарнирного момента. Сначала триммеры приводились в движение тросами, но вскоре в них стали использовать электрические приводы.
Поскольку руль направления и элероны не затрагиваются при раскрытии устройств механизации подъемной силы (закрылки Фаулера, щелевые закрылки), они по-прежнему используют простые триммеры. Новейшими разработками являются электрические приводы рулевой поверхности, которые могут помочь сэкономить массу и избежать запутанной гидравлики. В RQ-4 используются электрические приводы, потому что гидравлическая жидкость должна непрерывно прокачиваться по линиям, чтобы она оставалась достаточно теплой на большой рабочей высоте. Только шасси по-прежнему использует гидравлику для уборки.
Одной из причин перемещения всей поверхности для обрезки является эффективность. Отклонение рулей высоты или триммеров создает большее сопротивление, чем регулировка всей поверхности. Поверхности управления стали более аэродинамическими без отклонения триммера.
Руль высоты — это основная поверхность, необходимая для балансировки самолета. Это связано с тем, что такие вещи, как топливо и полезная нагрузка, будут влиять на центр тяжести (ЦТ), а руль высоты отрегулирован, чтобы сбалансировать самолет. В дополнение к этому внешние нагрузки на самолет меняются на протяжении всего полета из-за таких вещей, как настройки тяги, подъемная сила и сопротивление крыла. Различные скорости полета и выпуск закрылков, скоростные тормоза, шасси и т. д. также будут влиять на баланс самолета.
Баланс влево и вправо не так важен, и его можно решить, изменив баланс топлива между баками. Аэродинамические силы имеют тенденцию стабилизировать самолет по рысканию, поэтому балансировка по рысканью действительно проблема только в редких случаях. При необходимости можно использовать настройки руля направления или тяги.
Другая причина — конструкция самолета. На горизонтальный стабилизатор нагрузка гораздо меньше, чем на крылья. Возможность перемещать хвостовое оперение увеличивает вес и сложность конструкции, а с крылом это было бы гораздо более сложной задачей. Преимущества эффективности делают эту конструкцию приемлемой для горизонтального стабилизатора, но недостаточно веских причин для перемещения вертикального стабилизатора или крыльев, чтобы оправдать затраты.
В иной ситуации находятся самолеты, фактически использующие для управления всю поверхность стабилизатора. Как правило, это военные самолеты, которым необходимо поддерживать высокую маневренность, особенно на очень низких или очень высоких скоростях полета (см. этот вопрос ). Эти самолеты, как правило, меньше по размеру, поэтому перемещение по поверхности меньшего размера не является проблемой.
Триммеры позволяют пилоту легче перемещать поверхность управления. Именно лифты влияют на положение самолета.
Полностью движущийся хвост дает больше контроля над ориентацией по сравнению с просто рулем. Они также обеспечивают больший контроль в условиях сваливания и околозвуковых условиях (во время отрыва потока), поскольку пилот может контролировать переднюю кромку.
К преимуществам полностью подвижных поверхностей относятся: 1. Меньшее сопротивление 2. Больше авторитета
К недостаткам можно отнести: 1. Рулевая поверхность может заглохнуть. 2. Требуется подвижная структура и больше силы для движения.
Ян Худек