ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ОПЕРЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Проведенный в гл. 11—13 анализ условий статической устойчивости и управляемости позволяет сформулировать некото­рые требования к параметрам и характеристикам самолета, связан­ные с этими условиями. Такие требования предъявляются в первую очередь к выбору положения центра масс самолета, а при проекти­ровании — к параметрам его оперения и органов управления, по­скольку именно эти параметры наиболее сильно влияют на харак­теристики устойчивости и управляемости самолета.

8 14.1. ОГРАНИЧЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ ЦЕНТРОВОК

САМОЛЕТА

Положение центра масс самолета относительно САХ (центровка) определяется при проектировании его компоновкой, а при эксплуатации — заправкой или выработкой топлива, загруз­кой и т. п.

Поскольку положение центра масс (координаты JcT и ут, см. гл. 10) сильно влияет на величину т$г, а значит, на степень стати-

I — взлетно-посадочные режимы; 2 — по­летная конфигурация; 3 — допустимая область ческой устойчивости самолета и условия балансировки, диапазон допустимых значений хт и ут ограничен требованиями устойчи­вости и управляемости. В процессе эксплуатации самолета из-за изменения загрузки, выгорания топлива и т. п. центровка самолета может меняться в некотором диапазоне Дхт и Д«/т. При этом диапа­зон изменения координаты х. г более значителен и оказывает большое влияние на характеристики устойчивости и управляемости самолета, чем изменение ут. В дальнейшем для простоты считаем Ахт > Аут и рассматриваем только влитие изменения хт.

Найдем характерные недельные значения хг характерные значения центровки самюфМ’аГ

Нейтральная центровка. Как видно из (11.6), положение центра масс (координата влияет на степень статической’устойчивости самолета по’ перегрузке ап. При

(14.1)

степень устойчивости становится равной нулю, а самолет — ней­тральным по перегрузке. Такую центровку самолета называют нейтральной. Очевидно, нейтральное положение центра масс хк

— точка нейтральности лежит позади фокуса (так — как т» * < 0), как это видно на рис. 14.1, причем поправка на демпфирование

mfz/p составляет 0,5 … 2 % САХ, так что различие между xFe и хя обычно невелико *. На сверхзвуковых скоростях точка нейтраль­ности вместе с фокусом смещается назад. Нейтральная центровка —• характерное положение центра масс, с которым удобно сравнивать его фактическое положение при оценке устойчивости и управля­емости. Разность между фактическим и нейтральным значениями продольной относительной координаты центра масс, отнесенная

к ЬА, дает непосредственно степень устойчивости самолета по пере­грузке.

ап = хт — хн. (14.2)

Предельно задняя центровка. Степень статической устойчивости, самолета во многом определяет и условия его пилотирования и тре­бования к характеристикам системы управления и бортовой авто­матики. Поэтому для самолета данного класса с системой управления определенного типа обычно ограничена минимальная требуемая степень устойчивости

I I ^ I треб I (14.3)

при о„ < 0 и о„ треС < 0 (или степень неустойчивости ап ■< оп треб при оп треб >0, если автоматика системы управления допускает собственную неустойчивость самолета). Из (14.2) нетрудно найти, что требуемая степень статической устойчивости (или допустимая степень неустойчивости) по перегрузке обеспечивается, если центр масс самолета расположен впереди некоторой границы хт.8, назы­ваемой допустимой задней центровкой самолета

Хт Жт, з — Хи (- Оп

При опТпвб<10 граница хт. в лежит впереди нейтральной центровки (рис. 14.2). Поскольку нейтральная центровка ін зависит от режима (числаМ) полета, границу хт, в надо определять для. наихудших условий, когда точка хя предельно’ смещена вперед, т. е. на дозву­ковых скоростях полета. Положение центра масс, ^обеспечивающее для таких наихудших условий требуемое значение ап трёв, назы­вается предельно задней центровкой, хТ, П.в (рис. 14.2).

Предельно передняя центровка. Допустимое смещение, центра масс самолета вперед определяется, но условиям балансировки..само­лета. При. балансировке должно обеспечиваться равновесие моментов тангажа. В прямолинейном полете

_____ Т Лт, ——- *-Г. О Суа 9

-L 6** •^г, оЬуа

~Lr. оСуа*Нв‘

трг | — f — тго + (а — ао)т*1“б, + СТфуст = 0. (1’4.5)

Задав по конструктивным соображениям и требованиям безопасности предельно допустимое отклонение органа управления тангажом 6в = 6В. прад и рассматривая требуемое для данного режима полета значение угла атаки а =аг. п,треС, находим из (14.5), считая Д.. 0 постоянным и не зависящим от хг (т. е. xr С 7-г. 0):

тгр ™Рг 1 ~У’ ^*г. o^i/a 7 (яв^в пред Фуст)

суа (“г. п. треб «О)

Условие (14.7) определяет допустимые передние центровки самолета.

При центровке хг > хт — п, т. ё. положений центра масс самблеТй позади границы передней центровки, самолет может быть сбалан­сирован по тангажу при | 6„ | <51 6„. преп I — При хт <5 хт. п баланси­ровка с | 6В | <? | бв. пР»д I невозможна [27].

Значение хт. п, как и хт. 3, зависит от режима полета, и кроме того, ог требуемой величины угла атаки аг. п1реб. Предельно перед­няя центровка хт. п.п определяется для наихудших условий. Наихудшими в смысле балансировки являются режимы захода на посадку при малых скоростях, предельно допустимых углах атаки «г. п. треб = «пос < «доп и выпущенной механизации. В этом слу­чае соотношение (14.7) принимает вид (при тРг1та 0)

С;

-w20- Am2M0ex+xFcc“ (°СП0С-а0) +>£!* Affix + LT 0с^т(«в6впред + Фуст)

^ А4С (14.8)

причем xFc и Суа определяются с учетом влияния близости Земли. Если на самолете установлен при схеме стабилизатор-руль пе­реставной стабилизатор, то расчет по (14.8) ведется для посадочного положения стабилизатора

фуст — фпос — (14.9)

Балансировка упрощается при отрицательных фпос. В (14.7) … (14.8) отклонение стабилизатора <руст и фпос ‘ отсчитывается от нейтрального положения, для которого определено значение /«го (Фот = 0).

Другим критическим случаем, для которого определяется пре­дельно передняя центровка, может являться балансировка самолета при разбеге в момент отрыва переднего колеса. Здесь необходимо учитывать дополнительные моменты, связанные с силами, действу­ющими на основные колеса шасси (см. уравнение (13.7)). Для сверх­звуковых самолетов должна проверяться возможность баланси­ровки на предельных числах М (когда фокус и нейтральная центров­ка смещены назад) на предельно допустимых для этих режимов углах атаки. Для облегчения балансировки самолета на сверхзвуковых скоростях может использоваться управление положением центра масс в результате перекачки топлива в специальный балансировоч­ный бак в хвостовой части самолета. В этом случае требования к хт. п на дозвуковой и сверхзвуковой скорости могут быть различными.

Допустимые центровки. При положении центра масс самолета в диапазоне хт. п.п < хТ < хТ. в.в обеспечивается балансировка самолета на всех режимах полета и требуемая степень статической устойчивости (или допустимая степень неустойчивости) по перегруз­ке. При этом требования балансировки (а значит величина хт. п. „) практически не зависят от характеристик системы управления са-

молета и определяются схемой самолета и параметрами органов управления. Требуемая степень устойчивости оп треб, напротив, определяется классом самолета, типом и характеристиками системы управления, степенью автоматизации процесса пилотирования, на­дежностью, безопасностью и т. п. Для гражданских самолетов без эффективной системы улучшения устойчивости обычно принимают требуемые значения | ап треб| не менее 0,2 … 0,3 (прн оптреб<3 0). Если в целях уменьшения потерь на балансировку для гражданских самолетов используются малые запасы устойчивости | ап треб | < <3 0,05 … ОД, то должна обеспечиваться практическая безотказность системы улучшения устойчивости. Для современных маневренных самолетов степень автоматизации управления высока, так что иногда допустима и неустойчивость самолета в известных пределах (оп тоеб > > 0).

*т *н __________ с1/а г. п________ 1_ Іг. о (1-т^)/Гг. о Кш ‘

Помимо требований статической устойчивости и балансировки выбор центровки влияет й на другие показатели управляемости и пилотажные характеристики самолета. Так, при постоянном переда­точном коэффициенте рулевого тракта Кш изменение хт приводит к изменению градиента отклонения ручки (штурвала) по перегрузке

Если учесть, что допустимые значения х" из условий удобства пи­лотирования ограничены

(■*в)т! п < (*в)п

то в зависимости от типа системы управления необходимо вводить либо автоматическое регулирование Кш по режимам полета и цент­ровке, либо дополнительно ограничивать допустимый диапазон центровок. __ ‘

Влияет положение центра масс самолета и на динамические ха­рактеристики самолета в возмущенном движении. Это влияние ком­пенсируется введением автоматики, улучшающей динамические ха­рактеристики самолета (см. гл. 16), и при выборе допустимых JcT для самолета с системой улучшения устойчивости не учитывается.

В допустимом диапазоне при эксплуатации самолета следует стремиться к реализации более задних центровок, что снижает по­тери на балансировку (см. гл. 11).