ТРИММИРУЕМЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР
TRIMMED HORIZONTAL STABILISER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к триммируемому горизонтальному стабилизатору, соответствующему преамбуле формулы изобретения.
Уровень техники
Как известно, горизонтальные стабилизаторы используются для стабилизации пространственного положения воздушного судна (самолета) и для управления самолетом относительно поперечной оси, при этом последнее осуществляется при содействии руля высоты, который предусматривается на горизонтальном стабилизаторе. Кроме того, руль высоты подвергается балансировочной перекладке, чтобы задать самолету требуемое пространственное положение, соответствующее углу тангажа для взлета, полета с набором высоты, крейсерского полета, захода на посадку и посадки, а также, например, для быстрого снижения в аварийной ситуации. В современных конструкциях гражданских и транспортных самолетов горизонтальный стабилизатор располагают в хвостовой части фюзеляжа самолета.
Чтобы задавать угол тангажа, как описывалось выше, горизонтальный стабилизатор можно перекладывать (триммировать) таким образом, чтобы он создавал положительную или отрицательную аэродинамическую силу, или был нейтрален. С этой целью стандартные горизонтальные стабилизаторы выполняют с возможностью перемещения вокруг оси, которая параллельна поперечной оси самолета, так что они могут быть переложены в заданном диапазоне углов, например, от +3° до -15°. В этом случае положительные значения углов, такие как +3°, означают перекладку горизонтального стабилизатора (если смотреть сверху, то в продольном направлении (X) по самолету), которая связана с увеличением положительной подъемной силы, создаваемой горизонтальным стабилизатором, и таким образом связана с разворотом самолета относительно поперечной оси, приводящим к уменьшению угла тангажа, в то время как углы с отрицательным знаком, такие как
-15°, означают перекладку горизонтального стабилизатора вниз, так чтобы горизонтальный стабилизатор создавал отрицательную аэродинамическую силу, приводящую к увеличению угла тангажа самолета. В случае стандартных горизонтальных стабилизаторов величину и направление создаваемой аэродинамической силы, т.е. положительной или отрицательной подъемной силы, изменяют, изменяя угол атаки горизонтального стабилизатора. В случае горизонтальных стабилизаторов традиционной конструкции их триммирование обычно выполняют посредством привода вала, который воздействует на заднюю сторону горизонтального стабилизатора, который смонтирован на шарнирах, так что может поворачиваться вокруг поперечной оси самолета и своей передней стороны.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного триммируемого горизонтального стабилизатора.
Поставленная задача решается триммируемым горизонтальным стабилизатором, отличительные признаки которого изложены в п.1 формулы изобретения.
Соответствующие изобретению оптимальные варианты осуществления и модификации триммируемого горизонтального стабилизатора охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
В изобретении предлагается триммируемый горизонтальный стабилизатор, который примыкает к фюзеляжу воздушного судна, имеет заданный аэродинамический профиль, и погранично с которым расположен подвижный руль высоты. Согласно изобретению, горизонтальный стабилизатор содержит несущую конструкцию, которая проходит в направлении его размаха и жестко соединена с фюзеляжем воздушного судна, а также подвижные области, которые соединены с несущей конструкцией так, что их можно перемещать независимо от руля высоты с целью триммирования горизонтального стабилизатора за счет изменения его аэродинамического профиля.
В соответствии с одним вариантом осуществления горизонтального стабилизатора указанные подвижные области в направлении продольной оси воздушного судна расположены спереди от несущей конструкции.
В соответствии с другим вариантом осуществления горизонтального стабилизатора указанные подвижные области в направлении продольной оси воздушного судна расположены спереди и сзади от несущей конструкции.
Согласно одному варианту осуществления изобретения несущая конструкция выполнена в виде кессона с поверхностями обшивки, которые образуют части аэродинамического профиля горизонтального стабилизатора на стороне его верхней поверхности и на стороне его нижней поверхности.
В этом случае подвижные области могут быть выполнены в виде щитков, которые шарнирно соединены с несущей конструкцией.
Указанные подвижные области могут иметь жесткие поверхности обшивки.
С другой стороны, подвижные области могут содержать поверхности обшивки, которые сливаются с поверхностями обшивки несущей конструкции, и по своей конструкции могут быть выполнены гибкими, по меньшей мере, на стыке с поверхностями обшивки несущей конструкции.
В соответствии с другим вариантом осуществления горизонтального стабилизатора, подвижные области могут быть выполнены в виде областей с гибко изменяемым профилем и содержать гибкие поверхности обшивки.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, подвижные области могут быть выполнены с возможностью их привода от общего исполнительного механизма.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения подвижные области могут быть выполнены с возможностью их привода от отдельных исполнительных механизмов.
Исполнительные механизмы могут включать в себя несколько блоков привода, которые присоединены между несущей конструкцией и указанными подвижными областями.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения исполнительные механизмы содержат вращающиеся валы, которые связывают блоки привода с центральным устройством привода, которое предусматривается в фюзеляже воздушного судна.
С другой стороны, блоки привода могут быть связаны с индивидуальными устройствами привода, предусмотренными в руле высоты.
Руль высоты может быть предусмотрен на задней стороне подвижной области горизонтального стабилизатора, расположенной сзади от несущей конструкции.
С другой стороны, руль высоты может быть предусмотрен на задней стороне несущей конструкции горизонтального стабилизатора.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения несущая конструкция проходит до наружного конца горизонтального стабилизатора в направлении его размаха.
Согласно одному варианту осуществления изобретения на наружных концах горизонтального стабилизатора установлены вертикальные стабилизаторы, которые жестко соединены с фюзеляжем посредством несущей конструкции.
Краткое описание чертежей
Один пример осуществления триммируемого горизонтального стабилизатора, соответствующего настоящему изобретению, будет рассмотрен ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 представлено перспективное изображение современного самолета для местных авиалиний с горизонтальным стабилизатором, имеющим конструкцию, соответствующую одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2a) и b) приведена схематическая иллюстрация части горизонтального стабилизатора, соответствующего настоящему изобретению, при этом стабилизатор для пояснения его основных компонентов показан в двух конфигурациях с различным триммированием; для пояснения принципа действия изображено, что триммируемые области заходят в центр фюзеляжа настолько, насколько туда заходит нетриммируемая несущая конструкция;
на фиг.3a и b) соответственно на видах сбоку и сверху показана та часть горизонтального стабилизатора, какая показана на фиг.2, в целях пояснения исполнительных механизмов, используемых для перемещения подвижных областей;
на каждой из фиг.4a) и b) изображено увеличенное поперечное сечение триммируемого горизонтального стабилизатора в соответствии с примером осуществления изобретения, при этом стабилизатор снова показан в двух конфигурациях с различным триммированием.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан воздушный лайнер перспективной конструкции с двигателями, размещенными на верхней поверхности горизонтального стабилизатора 20, что является частью концепции снижения шума. У самолета имеется фюзеляж 10 с основными плоскостями 50 стандартной конструкции, горизонтальный стабилизатор 20 и вертикальные стабилизаторы 40. Вертикальные стабилизаторы 40 расположены на наружных концах горизонтального стабилизатора 20.
На фиг.2a) и b) показана левая часть горизонтального стабилизатора 20 из фиг.1, соответствующая примеру варианта осуществления настоящего изобретения, в двух конфигурациях, с различной перекладкой. Горизонтальный стабилизатор 20 имеет аэродинамический профиль, который в целях балансировки самолета можно изменять, так чтобы горизонтальный стабилизатор 20 мог создавать аэродинамические силы переменной величины, и выборочно мог обеспечивать положительную аэродинамическую (подъемную) силу, отрицательную аэродинамическую силу или мог оставаться нейтральным. На фиг.2a) и b) показаны две конфигурации аэродинамического профиля горизонтального стабилизатора 20, которые соответствуют углам перекладки стандартного горизонтального стабилизатора -10° и +10°.
Горизонтальный стабилизатор 20 имеет силовую несущую конструкцию 22, которая проходит в направлении его размаха, в показанном примере по форме представляет собой кессон, и жестко соединена с фюзеляжем 10 самолета. У данного кессона с верхней стороны и с нижней стороны имеются соответствующие поверхности 26 и 27 обшивки, которые образуют часть аэродинамического профиля горизонтального стабилизатора 20.
Спереди и сзади от несущей конструкции 22 в направлении X продольной оси самолета предусмотрены области 23, 24, которые образуют часть аэродинамического профиля и которые можно перемещать в целях ранее упомянутого изменения аэродинамического профиля. Данные подвижные области 23, 24 связаны с несущей конструкцией 22 так, что они могут перемещаться, или их можно перемещать независимо от руля высоты 21, который в представленном примере установлен с задней стороны подвижной области 24, которая в свою очередь расположена сзади от несущей конструкции 22. В целях рассмотрения принципа действия, на фигуре показано, что перекладываемые области 23, 24 заходят в центр фюзеляжа настолько, насколько и неперекладываемая несущая конструкция, хотя фактически они заканчиваются на наружной обшивке фюзеляжа 10. Руль высоты также мог быть построен иным образом, например, он мог быть прикреплен непосредственно к несущей конструкции 22.
В представленном примере осуществления изобретения подвижные области 23, 24 выполнены в форме щитков, у которых имеются жесткие поверхности 25, 28 обшивки и которые соединены с несущей конструкцией 22 шарнирами известным способом.
На фиг.4a) и b) снова показан горизонтальный стабилизатор 20 в поперечном сечении и в увеличенном виде, причем в данном случае горизонтальный стабилизатор 20 показан в двух конфигурациях аэродинамического профиля, которые соответствуют углам перекладки стандартного горизонтального стабилизатора -5° и +5°.
В конфигурациях, показанных на фиг.2a) и фиг.4a), горизонтальный стабилизатор 20 переложен так, что создает отрицательную аэродинамическую силу, то есть разворачивает самолет вокруг поперечной оси в сторону увеличения угла тангажа. С этой целью каждая из двух подвижных областей 23, 24 перемещена вверх так, что аэродинамический профиль горизонтального стабилизатора 20 имеет большую кривизну нижней поверхности и меньшую кривизну верхней поверхности, где он фактически образует прямую линию. Как известно, при этом изменяется разность давлений аэродинамических сил, действующих на верхнюю и нижнюю поверхности горизонтального стабилизатора 20, и появляется отрицательная результирующая сила, так как нижняя поверхность является стороной пониженного давления.
В отличие от этого случая, на фиг.2b) и фиг.4b) показана конфигурация горизонтального стабилизатора 20, при которой каждая из двух подвижных областей 23, 24 перемещена вниз так, что аэродинамический профиль имеет большую кривизну верхней поверхности и меньшую кривизну нижней поверхности, то есть верхняя поверхность является стороной пониженного давления, что приводит к появлению положительной аэродинамической подъемной силы, которая действует на горизонтальный стабилизатор 20, и разворачивает самолет вокруг поперечной оси в сторону уменьшения угла тангажа.
Вместо того, чтобы подвижным областям 23, 24 придавать вид щитков с жесткими поверхностями 25, 28, указанные поверхности 25, 28 подвижных областей 23, 24 можно выполнить слитно с поверхностями 26, 27 обшивки несущей конструкции 22 или можно соединить с поверхностями 26, 27, при этом их конструкция может быть гибкой, по меньшей мере, в месте стыка или соединения с поверхностями 26, 27 обшивки несущей конструкции 22.
Кроме того, подвижные области 23, 24 можно выполнить в форме областей по существу гибкого переменного профиля, у которых соответственно имеются гибкие поверхности 25, 28 обшивки, которые либо сливаются с жесткими поверхностями несущей конструкции 22 кессонного типа, либо соединяются с ними, либо же все поверхности 25, 26, 27, 28 обшивки можно выполнить целиком гибкими.
На фиг.3a) и 3b) соответственно приведены вид сбоку и вид сверху деталей исполнительных механизмов, которые предусмотрены для перемещения подвижных областей 23, 24 в целях триммирования горизонтального стабилизатора 20. Подвижные области 23, 24 можно приводить в действие общим исполнительным механизмом или отдельными исполнительными механизмами. В показанном примере осуществления исполнительные механизмы представлены несколькими блоками 31, 32, 33 привода, которые присоединены между несущей конструкцией 22 и подвижными областями 23, 24. В представленном примере осуществления исполнительные механизмы содержат вращающиеся валы 34, 35, 36, которые связывают блоки 31, 32, 33 привода с центральным устройством привода, предусмотренном в фюзеляже 10.
Как показано на фиг.3a) и 3b), когда устанавливается один исполнительный механизм, предназначенный для совместного перемещения областей 23, 24, то предусматривается единый центральный вращающийся вал 34, соединенный с центральным устройством привода, которое установлено в фюзеляже 10, чтобы совместно перемещать подвижные области 23, 24.
В ином варианте, можно также предусмотреть два вращающихся вала 35, 36, которые, с одной стороны, соединяются с исполнительными механизмами, которые в каждом случае предусматриваются отдельно для подвижных областей 23, 24, а, с другой стороны, с одним или двумя центральными устройствами привода, каждое из которых устанавливается в фюзеляже 10 самолета. В еще одном варианте, блоки 31, 32, 33 привода подвижных областей 23, 24 могут быть связаны с индивидуальными механизмами привода и могут приводиться в движение этими механизмами, при этом указанные механизмы привода размещают в самом руле высоты.
Как показано на фиг.1-4, в представленном примере осуществления изобретения вертикальные стабилизаторы 40 установлены на каждом из концов горизонтального стабилизатора 20, и жестко соединены с фюзеляжем 10 посредством несущей конструкции. С этой целью несущая конструкция 22 проходит до наружного конца горизонтального стабилизатора 20 с каждой стороны, в направлении его размаха.
В показанном примере осуществления изобретения двигатели 60 самолета размещены на верхней поверхности горизонтального стабилизатора 20, в хвостовой части фюзеляжа 10, и акустически экранированы преимущественно в направлении земли за счет их положения относительно горизонтального стабилизатора 20, вертикальных стабилизаторов 40 и фюзеляжа 10. Такое построение делает возможным значительное снижение шума, создаваемого двигателями 60.
Несущая конструкция 22, которая обеспечивает прочное и надежное соединение вертикальных стабилизаторов 40 с фюзеляжем 10, позволяет надежно поглощать все усилия и моменты, которые возникают в области горизонтального стабилизатора 20, и, в частности, на вертикальных стабилизаторах 40.
Одно из основных преимуществ триммируемого горизонтального стабилизатора, соответствующего настоящему изобретению, состоит в том, что поворотный привод, образуемый вращающимися валами 34, 35, 36 для подвижных областей 23, 24, дает возможность уменьшить физическую высоту конструкции фюзеляжа по сравнению с традиционным линейным приводом, при котором весь диапазон перемещения должен укладываться в размер фюзеляжа.
Перечень позиционных обозначений
10 фюзеляж
20 горизонтальный стабилизатор
21 руль высоты
22 несущая конструкция
23 передняя подвижная область
24 задняя подвижная область
25 поверхность обшивки
26 поверхность обшивки
27 поверхность обшивки
28 поверхность обшивки
31 блок привода
32 блок привода
33 блок привода
34 вращающийся вал
35 вращающийся вал
36 вращающийся вал
40 вертикальный стабилизатор
50 основная плоскость
60 двигатели.