Почему на некоторых истребителях установлен подвижный горизонтальный стабилизатор, а не рули высоты, установленные на стабилизаторах?

Все части горизонтальной поверхности авиалайнера движутся, а не только задняя часть. Задняя часть, называемая лифтом, может двигаться гораздо быстрее и предназначена для маневрирования. Передняя часть, называемая (подрезаемым) стабилизатором, предназначена для обрезки и движется медленно. Он перемещается в ответ на изменения нагрузки, скорости или настроек закрылков и позиционирует хвостовую поверхность таким образом, что требуются лишь небольшие непрерывные отклонения руля высоты. Ему не нужно двигаться быстро — высокие коэффициенты нагрузки расстроят пассажиров и перегрузят конструкцию.

Корень левого хвостового оперения A330 ( источник изображения ). Обратите внимание на маркировку, показывающую диапазон углов падения, охватываемый регулируемым стабилизатором.

Преимущества конфигурации стабилизатор-руль высоты:

• Изгиб: отклонение руля высоты изменяет изгиб аэродинамического профиля хвостовой поверхности и делает выполнение запланированного изменения подъемной силы более эффективным . Если предполагается, что отклонение руля высоты создает прижимную силу, получается отрицательный развал и наоборот. Это уменьшает сопротивление, которое создается для маневрирования самолета.
• Меньшие силы управления: при перемещении меньшей поверхности, меньшей мощности гидравлики и на небольших самолетах требуется меньшая мышечная сила для того же изменения момента, чем при полностью летящем хвосте или полностью движущейся поверхности. Имеет смысл, верно?
• Лучшее согласование производных шарнирного момента: для правильного определения управляющих сил важны два эффекта: изменение шарнирного момента в зависимости от угла отклонения ($c_{r\eta}$), и изменение шарнирного момента по углу атаки ($c_{r\alpha}$). Благодаря язычкам, правильному положению шарнира руля высоты, форме носа и управляющим рогам, и то, и другое можно настроить индивидуально, в то время как полностью летающий хвост или полностью подвижная поверхность дадут дизайнеру меньше свободы для манипулирования обоими по отдельности. Обратите внимание, что полностью летающие хвосты появились только с гидравлическим управлением, потому что только эти системы могут управлять управляющими усилиями цельноповоротных рулей на высокой скорости.

Баланс рупора и баланс свеса на рулевых поверхностях ( источник изображения )

Преимущества полноценного хвостового оперения

• Избегая разрыва контура из-за отклонения закрылков, цельноповоротные поверхности управления могут избежать ударов, которые в противном случае произошли бы на высокой дозвуковой скорости . В этом их основное преимущество для боевых самолетов.
• На сверхзвуковой скорости невыпуклая поверхность будет создавать меньшее сопротивление, поэтому для сверхзвуковой скорости цельноповоротная поверхность управления более эффективна.
• Перемещая всю поверхность оперения с высокой скоростью, цельноповоротная поверхность управления будет обеспечивать максимально возможную скорость изменения момента с течением времени. Однако, чтобы обеспечить максимальное устойчивое изменение момента, он должен быть больше, чем сравнимая комбинация стабилизатора и руля высоты, поскольку она лишается преимуществ переменного развала.
• Цельноповоротная поверхность управления не имеет зазоров, которые могли бы добавить отражения радара, что позволяет сделать дизайн более незаметным.
• Меньшая механическая сложность. Это несколько компенсируется необходимостью более мощной гидравлики.

Полностью подвижное горизонтальное оперение обычно называют стабилизатором (стабилизатор + руль высоты) или полностью подвижным оперением или, в некоторых случаях, хвостовой плитой. Это в основном используется в боевых самолетах по нескольким причинам:

• Повышенная маневренность. Полностью подвижное хвостовое оперение обеспечивает более высокую маневренность по сравнению со стабилизатором + рулем высоты, используемым в гражданских самолетах. По сути, стабилизатор дает более широкий диапазон управления шагом в большем диапазоне скоростей. Кроме того, стабилизатор также шарнирно соединен с аэродинамическим центром , что требует от пилота сравнительно меньшего управляющего воздействия для работы.

" F 22 Raptor Tail Feathers photo D Ramey Logan " от WPPilot - собственная работа. Лицензия CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons .

• Вес и сопротивление. Конструкция стабилизатора проста по сравнению со стабилизатором + рулем высоты, имеет практически только пластину и не имеет внутри рычагов управления. Это делает его легче и обеспечивает меньшее сопротивление.
• Стабильность. Конструкция стабилизатора помогает устранить складку Маха. Подтягивание Маха — тенденция к опусканию носа из-за изменения положения центра давления. Это вызвано движением ударной волны назад, которое возникает в самолете при околозвуковом полете. По мере того как самолет разгоняется до предельного числа Маха или критического числа Маха (максимального числа Маха, которое он может использовать), мощность руля высоты, необходимая для управления самолетом (для предотвращения пикирования), увеличивается по сравнению с рулем высоты. Конструкция стабилизатора предотвращает это.
• Стелс. Конструкция стабилизатора с его четкими линиями и отсутствием разрывов обеспечивает большую незаметность по сравнению с конструкцией стабилизатора и руля высоты. Дизайн также может быть оптимизирован для невидимости с краями и т. д.

Некоторые самолеты АОН используют все подвижные хвостовые оперения, например, Piper Cherokee . Однако есть несколько причин, по которым эта система обычно не используется в гражданских самолетах:

• Контрольная мощность. Как уже отмечалось, стабилизатор шарнирно закреплен вокруг аэродинамического центра, а это означает, что требуемый момент (и мощность пилота) постоянен. В случае гражданского самолета самолет должен демонстрировать возрастающее сопротивление увеличивающемуся вмешательству пилота. Когда они используются, стабилизаторы в самолетах GA имеют выступ против сервопривода, чтобы обеспечить большее сопротивление.

Источник: avstop.com

• Требования. В гражданских самолетах нет требований к более высокой маневренности или сверхзвуковому полету. В случае Concorde проблема дифферента в околозвуковой дальности была решена за счет перемещения топлива между топливными баками, тем самым изменяя центр тяжести самолета.