Plumaje ( pluma de aviones , misiles ) - un conjunto de superficies aerodinámicas que proporcionan estabilidad, capacidad de control y equilibrio de la aeronave en vuelo . Consta de plumaje horizontal y vertical. Dado que todos estos elementos se encuentran en la sección de cola, también se les conoce como la cola .
Requisitos básicos de plumaje:
Proporciona estabilidad longitudinal, control y equilibrio. La cola horizontal consta de una superficie fija: un estabilizador y un elevador articulado a ella. Para aeronaves montadas en la cola, la cola horizontal se instala en la sección de cola de la aeronave, en el fuselaje o en la parte superior de la quilla (esquema en forma de T).
En el esquema de " pato ", el plumaje está ubicado en la nariz del avión frente al ala. Es posible un esquema combinado, cuando se instala una unidad de cola delantera adicional en un avión con una unidad de cola, un esquema con PGO ( unidad de cola horizontal delantera ), que le permite utilizar las ventajas de ambos esquemas. Los esquemas " sin cola ", " ala voladora " no tienen cola horizontal.
El estabilizador fijo suele tener un ángulo de instalación fijo con respecto al eje longitudinal de la aeronave. A veces, este ángulo se ajusta en el suelo. Tal estabilizador se llama permutable.
En aeronaves pesadas, para aumentar la eficiencia del control longitudinal, el ángulo del estabilizador se puede cambiar en vuelo mediante un accionamiento adicional, generalmente durante el despegue y el aterrizaje, así como para equilibrar la aeronave en un modo de vuelo determinado. Tal estabilizador se llama móvil.
A velocidades de vuelo supersónicas, la eficiencia del ascensor cae bruscamente. Por lo tanto, en aviones supersónicos, en lugar del esquema GO clásico con un elevador, se utiliza un estabilizador controlado ( TSPGO ), cuyo ángulo de instalación es controlado por el piloto usando la palanca de control longitudinal de comando o la computadora a bordo del avión. . No hay ascensor en este caso.
Proporciona estabilidad direccional, capacidad de control y equilibrio a la aeronave en relación con el eje vertical. Consiste en una superficie fija: una quilla y un timón articulados a ella.
El VO en movimiento total se usa muy raramente (por ejemplo, en el Tu-160 ). La eficiencia del VO se puede aumentar instalando una horquilla : un influjo frontal en la raíz de la quilla o una cresta ventral adicional . Otra forma es usar varias quillas (generalmente no más de dos idénticas). Una quilla desproporcionadamente grande, o dos quillas, suele ser un signo de un avión supersónico, para garantizar la estabilidad direccional a altas velocidades.
Las formas de las superficies del plumaje están determinadas por los mismos parámetros que la forma del ala: alargamiento, estrechamiento, ángulo de barrido, perfil aerodinámico y su grosor relativo. Al igual que en el caso del ala, los hay de plumaje trapezoidal, ovalado, barrido y triangular.
El esquema de plumaje está determinado por el número de sus superficies y su posición relativa. Los esquemas más comunes son:
Tienen una analogía completa con el ala , tanto en la composición como en el diseño de los elementos principales: largueros , paredes longitudinales, largueros , costillas y en el tipo de circuitos de energía. Para los estabilizadores , los esquemas de larguero, cajón y monobloque se utilizan con bastante éxito , y para las quillas , este último esquema se usa con menos frecuencia, debido a ciertas dificultades de diseño para transferir el momento de flexión de la quilla al fuselaje. La junta de contorno de los paneles de potencia de la quilla con el fuselaje requiere en este caso la instalación de un gran número de marcos de potencia o la instalación en el fuselaje en el plano de los paneles de potencia de la quilla de potentes vigas verticales basadas en un menor número de bastidores de potencia del fuselaje.
Con estabilizadores es posible evitar la transmisión de momentos flectores al fuselaje si los largueros o paneles de potencia de sus superficies izquierda y derecha están conectados entre sí por el camino más corto en su parte central. Para un estabilizador en flecha, esto requiere una fractura del eje de los elementos longitudinales a lo largo del costado del fuselaje y la instalación de dos nervaduras laterales reforzadas. Si los elementos longitudinales de dicho estabilizador sin romper los ejes alcanzan el plano de simetría de la aeronave, entonces, además de las nervaduras de potencia a bordo que transmiten el par , se requerirá una nervadura de potencia más en el plano de simetría de la aeronave.
El diseño del estabilizador controlado tiene sus propias características - ver TsPGO
A la vista de la completa identidad del diseño y trabajo de potencia de los timones y alerones, en adelante, por brevedad, sólo hablaremos de los timones, aunque todo lo dicho será plenamente aplicable a los alerones. El principal elemento de potencia del timón (y el alerón, por supuesto), que trabaja en flexión y percibe casi toda la fuerza de corte, es el larguero, que se sostiene sobre los soportes articulados de las unidades de suspensión.
La principal carga de los timones es la aerodinámica del aire, que se produce al equilibrar, maniobrar la aeronave o al volar en aire turbulento. Al percibir esta carga, el larguero del timón funciona como una viga multiportante continua. La peculiaridad de su trabajo es que los soportes del timón están fijados en estructuras elásticas, cuyas deformaciones bajo carga afectan significativamente el trabajo de potencia del larguero del timón.
La percepción del par de timón la proporciona un contorno de piel cerrado, que está cerrado por la pared del miembro lateral en los lugares del corte para los soportes de montaje. El par máximo actúa en la sección de la bocina de mando, en la que encaja la varilla de mando. La ubicación de la bocina (barra de control) a lo largo del volante puede afectar significativamente la deformación del volante durante la torsión.
En vuelo, cuando las superficies de control se desvían, surgen momentos de bisagra, que se equilibran con los esfuerzos del piloto en las palancas de control de comando. Estos esfuerzos dependen de las dimensiones y el ángulo de desviación del timón, así como de la presión de la velocidad. En los aviones modernos, las fuerzas de control son demasiado grandes, por lo que es necesario proporcionar medios especiales en el diseño de los timones para reducir los momentos de bisagra y equilibrar sus esfuerzos de control. Para ello, se utiliza la compensación aerodinámica de los timones, cuya esencia es que parte de las fuerzas aerodinámicas del timón crean un momento relativo al eje de rotación, opuesto al momento de la bisagra principal.
Los siguientes tipos de compensación aerodinámica son los más utilizados:
Los ángulos de desviación y la eficiencia de dicho compensador son proporcionales a los ángulos de desviación del timón, lo que no siempre está justificado, ya que los esfuerzos de control dependen no solo de los ángulos de desviación del timón, sino también de la presión de la velocidad. Más perfecto es un servocompensador de resorte, en el que, debido a la inclusión de resortes con precarga en la cinemática de control, los ángulos de desviación son proporcionales a los esfuerzos de dirección, lo que mejor se adapta al propósito del servocompensador: reducir estos esfuerzos.
Cualquier modo de vuelo de aeronave en estado estable, por regla general, se realiza con timones desviados, lo que garantiza el equilibrio - equilibrio - de la aeronave en relación con su centro de masa. Las fuerzas que surgen en este caso en los controles de la cabina se denominan comúnmente equilibrio. Para no cansar al piloto en vano y salvarlo de estos esfuerzos innecesarios, se instala un trimmer en cada superficie de control , que le permite eliminar por completo los esfuerzos de equilibrio.
El trimmer es estructuralmente completamente idéntico al servo compensador y también está suspendido de manera articulada en la sección trasera del volante, pero, a diferencia del servo compensador, tiene un control manual o electromecánico adicional. El piloto, desviando el trimmer en la dirección opuesta a la desviación del timón, logra el equilibrio del timón en un ángulo de desviación dado con cero esfuerzo en la palanca de mando. En algunos casos, se utiliza una superficie combinada trimmer-servocompensador que, cuando se enciende el accionamiento, funciona como un trimmer, y cuando se apaga, realiza las funciones de un servocompensador.
Debe agregarse que la recortadora solo se puede usar en sistemas de control en los que las fuerzas en las palancas de comando están directamente relacionadas con el momento de bisagra del volante: sistemas de control mecánicos sin refuerzo o sistemas con refuerzos reversibles. En los sistemas con impulsores irreversibles (impulsores hidráulicos), las fuerzas naturales en las superficies de control son muy pequeñas y, para simular el "control mecánico" para el piloto, se crean adicionalmente mediante mecanismos de carga de resorte y no dependen del momento de bisagra del volante. En este caso, los trimmers no están instalados en los timones, y las fuerzas de equilibrio se eliminan mediante dispositivos especiales: mecanismos de efecto de trimado instalados en el cableado de control.
Un estabilizador ajustable puede servir como otro medio para equilibrar una aeronave en un modo de vuelo constante. Por lo general, un estabilizador de este tipo se monta de manera pivotante en los puntos de anclaje traseros y los nodos delanteros se conectan a una unidad de potencia que, al mover la punta del estabilizador hacia arriba o hacia abajo, cambia el ángulo de su instalación en vuelo. Al seleccionar el ángulo de instalación deseado, el piloto puede equilibrar la aeronave con un momento de bisagra cero en el elevador. El mismo estabilizador también proporciona la eficiencia requerida del control longitudinal de la aeronave durante el despegue y el aterrizaje.
La causa del aleteo de flexión del alerón y del timón de flexión es su desequilibrio de masa en relación con el eje de la bisagra . Normalmente, el centro de masa de las superficies de control se encuentra detrás del eje de rotación. Como resultado, durante las vibraciones de flexión de las superficies de apoyo, las fuerzas de inercia aplicadas en el centro de masa de los timones, debido a deformaciones y holguras en el cableado de control, desvían los timones en un cierto ángulo, lo que conduce a la aparición de adicional fuerzas aerodinámicas que aumentan las deformaciones por flexión de las superficies de apoyo. Con un aumento en la velocidad, las fuerzas de balanceo aumentan y, a una velocidad llamada velocidad crítica de aleteo, la estructura se destruye.
Un medio radical de eliminar este tipo de aleteo es instalar pesos de equilibrio en la punta de los timones y alerones para mover su centro de masa hacia adelante.
El equilibrio del peso al 100% de los timones, en el que el centro de masa se encuentra en el eje de rotación del timón, garantiza la eliminación completa de la causa de la aparición y desarrollo del aleteo.
Los órganos del plumaje en vuelo se ven afectados por fuerzas aerodinámicas distribuidas , cuya magnitud y ley de distribución están establecidas por estándares de fuerza o determinadas por purgas . Las fuerzas de inercia de masa del plumaje, debido a su pequeñez, suelen despreciarse. Considerando el trabajo de los elementos de empenaje en la percepción de cargas externas, por analogía con el ala, se debe distinguir entre el trabajo de potencia general de las unidades de empenaje como vigas, en cuyas secciones hay fuerzas cortantes, momentos de flexión y torsión, y el trabajo local de la carga de aire atribuible a cada sección de la piel con elementos de refuerzo.
Varias unidades de plumaje difieren entre sí en el propósito y los métodos de fijación, lo que introduce sus propias características en el trabajo de potencia y afecta la elección de sus esquemas de potencia estructural. La eficiencia requerida del empenaje está asegurada por la elección correcta de la forma y ubicación de sus superficies, así como los valores numéricos de los parámetros de estas superficies. Para evitar el sombreado, los elementos del plumaje no deben caer en la estela del ala, las góndolas y otras unidades de la aeronave. El uso de sistemas de vuelo por computadora no tiene menos efecto en la eficiencia del plumaje. Por ejemplo, antes de la llegada de las computadoras a bordo de los aviones lo suficientemente avanzadas , la cola en V casi nunca se usaba debido a su complejidad en el control.
Se logra un inicio más tardío de una crisis de olas en el plumaje mediante ángulos de barrido aumentados en comparación con el ala y espesores relativos más pequeños. El aleteo y el golpeteo pueden evitarse mediante medidas conocidas para eliminar estos fenómenos aeroelásticos.