Почему рули F/A-18 при взлете отклоняются в противоположные стороны?

Живое крыло

У Super Hornet живое крыло, то есть форма крыла постоянно находится в движении на всех режимах полета. Закрылки задней кромки, закрылки передней кромки, штыри, рули направления и элероны двигаются согласованно, чтобы дать пилоту максимальный контроль на определенных этапах полета.

Это видно по использованию переключателя закрылков. Три положения заслонки: «Авто» (вверху), «половина» и «полностью». Up auto означает, что система управления полетом (FCS) будет динамически изменять крыло в зависимости от того, что, по ее мнению, пытается сделать пилот. Однако, когда переключатель закрылков находится в положении «половина» и «полное положение», FCS переключается в режим посадки, и все входные сигналы управления полетом будут интерпретироваться как таковые. Несмотря на то, что переключатель закрылков был установлен наполовину/полностью, пилот только изменил логику FCS, фактически он не отдал команду закрылкам в фиксированное положение. Нет фиксированного усиления (положения закрылков), как в типичном коммерческом самолете. Вместо этого компьютер регулирует положение закрылков, чтобы имитировать положение закрылков наполовину или полностью, а также предоставляет пилоту наиболее устойчивую платформу для посадки. Однако логика имеет свои пределы, и если пилот превышает 14 AoA в режиме посадки (закрылки наполовину или полностью), FCS может случайно покинуть самолет. Это явно плохо на высоте 200 футов над землей. Этот переключатель дает команду FCS принимать решения по управлению полетом и является переключением между тактическим и посадочным режимами полета.

Схождение руля направления

Конкретный эффект, на который вы ссылаетесь, называется схождением руля. На более низких скоростях, особенно при больших углах атаки, стабилизаторы могут не обеспечивать достаточного авторитета носа для резкого поворота носа. Массивная площадь крыла Rhino имеет тенденцию блокировать воздушный поток над ударами. Чтобы решить эту проблему, рули Rhino автоматически смещаются внутрь и создают направленную вниз силу, которая поднимает нос вверх. Пока руль направления сведен внутрь, пилот все еще может использовать рули направления для рыскания самолета. FCS выборочно перемещает положение руля направления, чтобы создать движение рыскания, даже сохраняя исходное положение.

Взлет и посадка

Во время взлета руль направления будет оставаться в положении схождения в течение фиксированных 10 секунд после того, как он обнаружит нагрузку на колеса. Это предотвращает случайное переключение рулей направления (и потерю управления носом) во время одной из наиболее критических фаз полета (сбои датчиков AoA фактически приведут к автоматическому переключению рулей направления, и эта проблема устраняется фиксированным временем). посадочной части полета рули направления также будут включены, чтобы дать самолету больше возможностей для управления носом, и это автоматически обрабатывается FCS, как только пилот дает команду самолету в режим посадки, переводя переключатель закрылков в положение «вверх».

Другие функции

Хотя у Rhino есть небольшие скоростные тормоза, которые выдвигаются при полном срабатывании скоростных тормозов, основной метод увеличения сопротивления для быстрого замедления самолета - это использование поверхностей управления. FCS увеличивает лобовое сопротивление за счет опускания закрылков, схождения рулей направления, опускания элеронов и отклонения ударов, при этом все еще предоставляя пилоту устойчивую платформу для управления самолетом — это впечатляющий самолет.

Во время маневрирования с высокой альфой Rhino снова отклонит рули направления в сведенное положение, в то время как переключатель закрылков находится в поднятом автоматическом положении. С логикой FCS в автоматическом режиме компьютеры будут пытаться сохранить контроль над летательным аппаратом во время маневров с максимальными характеристиками и автоматически планируют работу закрылков и рулей направления, чтобы компенсировать высокий угол атаки и низкую скорость полета. Поскольку нос вздернут, а воздушный поток на штырях прерывается, рули направления снова создают силу тангажа, которая помогает пилоту сохранять авторитет носа в любом режиме полета.

Чрезвычайные ситуации

Как указывалось ранее, бывают случаи, когда рули могут внезапно выйти из строя, что может иметь разрушительные последствия во время последней части приземления. Отказы руля являются серьезными проблемами и должны рассматриваться как таковые. Будут использоваться более высокие посадочные скорости и повышенная осторожность, и пилот должен понимать, что отталкивание может быть невозможным из-за отсутствия контроля над носом вблизи трапа.

Рули направления отклоняются внутрь во время взлета F/A-18E, чтобы помочь поднять нос самолета, когда он покидает корабль. Поскольку вертикальные стабилизаторы наклонены наружу, отклонение обоих рулей внутрь создает прижимную силу, которая из-за своего расположения позади центра тяжести создает момент подъема по тангажу.

Такое положение рулей при взлете характерно для всех F-18, включая канадские CF-18, которые не используются в авианосных операциях.

^{Источник: mybirdie.ca}

Почти все самолеты с наклонным оперением ( F22 , F35 и т. д .) могут (и используют) использовать свои рули направления для тангажа вместе с рулями высоты. Рули используются и при посадке. Принцип не сильно отличается, и компьютер FBW обычно выполняет все эти операции с панелью управления.

^{Источник: reddit.com}

Рули направления также используются в качестве аэродинамических тормозов. F18 имел аэродинамический тормоз, который был снят в F/A-18E/F, а в качестве аэродинамических тормозов использовались рули.

^{" FA-18 Trap " от оригинального загрузчика был E2a2j в en.wikipedia - перенесено из en.wikipedia; передано в Commons пользователем: Mo7amedsalim с использованием CommonsHelper.. Лицензия на общественное достояние через Commons .}

Рули направления находятся в этом положении во время взлета/посадки, а когда самолет находится в крейсерском режиме, они становятся на одной линии с вертикальным хвостовым оперением, чтобы уменьшить сопротивление. Однако при необходимости их можно использовать для торможения самолета в полете. Опять же, это компьютер, который делает работу.

^{Источник: www.f-16.net/forum/}

Настоящая причина: при разработке не учитывался эффект земли.

Эффект земли уменьшает наклон кривой подъемной силы несущих поверхностей, а низкое расположение хвоста F-18 делает этот эффект очень заметным во время взлета. При разработке этот эффект не учитывался и, следовательно, F-18 не мог вращаться с расчетной скоростью при выходе на летные испытания. Это увеличило взлетную дистанцию ​​и потребовало увеличения тангажа на малой скорости. Как объясняет Ян Роскам в своей книге « Военные истории Роскама » (Военная история 108):

Когда первый истребитель F-18 […] прошел летные испытания на реке Патаксент, стало очевидно, что самолет не будет вращаться с расчетной скоростью. Это сделало полетные характеристики самолета неприемлемыми. Проблема была связана с ошибкой в ​​расчете аэродинамических сил при экранном эффекте. Это особенно серьезно в случае низко расположенного горизонтального стабилизатора. В результате не хватило прижимной способности для раннего разворота при разбеге при взлете.

Проблема решилась схождением рулей. Переключатель приседаний на главной передаче смещает рули направления внутрь, когда они находятся на земле. Это создает достаточное положительное давление на хвостовую часть фюзеляжа, чтобы обеспечить раннее вращение.

Это исправление, хотя и впечатляющее, имело свою цену. Все программное обеспечение управления полетом должно было пройти повторную валидацию. Кроме того, приседания-переключатели представляли собой дополнительную сложность системы.

Есть и другая причина: с фиксированными рулями F-18 нестабилен в продольном направлении при углах атаки от 7° до 11° (см. левый график ниже). Планируя величину схождения по углу атаки (см. средний график), можно стабилизировать самолет (см. правый график ниже). График ниже скопирован из этой презентации Массачусетского технологического института и должен хорошо объяснить трюк:

Обратите внимание, что схождение рулей направления уже используется в оригинальном F-18A, а не только в Super Hornets и их «живых крыльях».

Это рули, действующие как руль направления, чтобы помочь в тангаже. Это возможно, потому что они немного наклонены наружу.