Привод перекладки стабилизатора Boeing-737

[lx-photos.livejournal.com]

Как ни крути, а стабилизатор самолёту нужен.
Для некоторых любителей авиации дальнейшее будет откровением, но я всё же скажу.

Так вот - Стабилизатор дует вниз!

Итак.
Как ни странно, но подъёмная сила стабилизатора направлена вниз.
Крыла - вверх, а стабилизатора - вниз.
Это сделано для балансировки самолёта.
Потому что подъёмная сила (ПС) крыла приложена сзади центра масс. И она направлена вверх, а потому создаёт пикирующий момент.

Поэтому стабилизатор - как маленькое перевёрнутое крыло - имея более выгнутую поверхность снизу, создаёт силу, направленную вниз, и в полёте компенсирует пикирующий момент от крыла своим кабрирующим моментом.
Именно поэтому на больших самолётах размещают в стабилизаторе дополнительный топливный бак и создают этой массой силу, частично разгружающую стабилизатор и бесплатно помогающую балансировать самолёт в продольном направлении (на небольших самолётах вроде Boeing-737 и Airbus-320 таких баков обычно нет).
Также для разгрузки стабилизатора могут служить и двигатели, расположенные в хвостовой части.
Но тут есть одна опасность. Так как масса этих двигателей не зависит от аэродинамики, а значит, и скорости полёта, то при уменьшении скорости они будут тянуть хвост вниз, но крыло тянуть вверх не будет. А это чревато превышением безопасного угла атаки, невозможностью разгона самолёта и критической потерей скорости со сваливанием в плоский штопор. Что и произошло на Ту-154 в 2006 году под Донецком. Поэтому иметь стабилизирующее воздействие от аэродинамических сил полезнее: при его потере у самолёта с самым распространённым расположением двигателей - на пилонах спереди крыла - сама собой возникает сила, опускающая нос и разгоняющая скорость.

Однако мы отвлеклись.
У нас имеется стабилизированный самолёт, да?
Почему бы так и не летать с жёстко закреплённым стабилизатором, изредка толкая штурвал или немножко подтягивая на посадке?
Потому что есть ещё несколько причин.
Так как всем нам хочется летать быстро, то для этого нужно тонкое (сверху вниз) и узкое (спереди назад) крыло.
Но нам также хочется приземляться не на сверхсветовой скорости, а медленно и вальяжно. А для этого нужно толстое, широкое и кривое крыло.
Поэтому придумали закрылки - это часть крыла, выдвигающаяся назад и вниз, увеличивая площадь крыла и его кривизну спереди назад. Они позволяют увеличить подъёмную силу на малых скоростях полёта.

Всем хороши закрылки. Захотел - вывалил. Захотел - убрал.
Но.
При выпуске закрылков центр давления крыла смещается заметно назад. И неподвижный стабилизатор не может уже сбалансировать самолёт.
Поэтому пришлось делать стабилизатор поворотным.

По рисунку - стабилизатор крепится шарнирно в двух задних точках к фюзеляжу.
А передняя точка крепления может перемещаться вверх и вниз.

Перемещается стабилизатор обычно винтовым подъёмником.

Установлен он в негерметичной части фюзеляжа, сзади гермошпангоута, которым заканчивается салон.
Приводится на 737 он тросовой проводкой, тянущейся через весь аэроплан к кабине пилотов.


Пилоты управляют стабилизатором, нажимая клавиши на рогах штурвала.
Также стабилизатор приводится в действие автоматически при сильном отклонении штурвала на пикирование или кабрирование. Когда система понимает, что запаса управления рулём высоты не хватает для выполнения нужного манёвра.


Схемка привода стабилизатора.

В приводе есть электромагнитные муфты, фиксирующие последнее положение привода, и расцепляющиеся для его вращения при подаче питания. Они, и система управления вообще, питаются постоянным 28 В. Моторы - от переменки.

Индикация положения стабилизатора для пилотов есть на стойке управления - это шкалы по бокам, где зелёным обозначена зона взлётного диапазона положений.

Справа внизу фотки видны два тумблера.
Они нормально замкнуты во включенном положении и предохранены от размыкания упорами.
Эти тумблеры позволяют отключить управление стабилизатором в нештатной ситуации. Левый - от пилотов, правый - от автопилота. Например, если залипнет тумблер на рогах пилота, и стабилизатор будет перемещаться в одну сторону безостановочно.

Для резервного управления стабилизатором по бокам стойки управления есть два барабана - возле колена КВС и 2П.
На барабанах есть откидывающаяся ручка,

за которую можно вручную вращать барабан .
Далее вниз от барабанов проходит цепь, и дальше оно переходит в тросы, идущие назад.
Всё это хозяйство жёстко связано, так что при любом вращении винта привода движение передаётся на барабаны, и в кабине срузу видно перемещение стабилизатора.

Как уже сказано, пилоты перемещают стабилизатор с рогов штурвалов.
На внешнем роге (том, что ближе к борту) есть два тумблера.

Одновременное их нажатие приводит к срабатыванию электродвигателя на приводе стабилизатора, двигатель вращает винт, а уж по нему через шариковый подшипник ездит стабилизатор, изменяя угол установки.
Для предохранения система не будет перемещать стабилизатор, если штурвал упёрт в одну сторону, а тумблеры замкнуты на перемещение стабилизатора в другую. Забывание этого нюанса пилотами в стрессовой ситуации, кажется, способствовало развитию опасных положений в нескольких катастрофах.

На шпангоуте фюзеляжа, к которому закреплён привод, также прикреплены концевики разных систем, которым важны дискретные сигналы о положении стабилизатора.

Доступ в отсек стабилизатора есть через лючок в задней нижней части фюзеляжа, перед отсеком ВСУ.


Залезнув, обнаруживаем полусферический задний гермошпангоут, а также кучу лишних тросов и трубок.


Сзади отсека, вплотную к отсеку ВСУ, находится предмет нашего сегодняшнего вожделения.

Как видно, привод стабилизатора имеет снизу барабан с тросами. Но него наматываются и сматываются тросы при вращении.
Слева по фоткам есть электромотор привода пилотами. Он трёхфазно-переменен и имеет две скорости вращения - при выпущенных закрылках скорость большая, при убранных - маленькая. Считается, что закрылки выпускаются в близости земли, когда скорость самолёта меньше, и для перебалансировки его нужно быстрое перемещение стабилизатора на бОльшие углы.

Справа по фотке на приводе есть электромотор автопилота.
Когда автопилот включен, то система стремится уменьшить использование руля высоты (РВ) для управления тангажом, и после его отклонения автопилотом она через некоторое время перемещает стабилизатор целиком, компенсируя отклонение РВ. Некоторые считают, что это снижает сопротивление самолёта, так как для такого же изменения пикирующего момента не нужно вытарчивать рули высоты в поток, а достаточно немножко повернуть весь стабилизатор.

Концевики на железном Боинге выполнены так же кондово.


Они находятся на двух планках, и приводятся через елозящую по ним раму с плоскостями разных уровней.


Ролики у них выточены из цельного куска текстолита.


На поверхностях художественно наляпана консистентная смазка, которой щедро смазывается винт и которая не менее щедро изо всяких мест потом вылазит.


Вот, собственно, и всё.

... а чего я вообще туда полез?
А это нам просто выдали работу по проверке состояния некоторых разъёмов на самолёте.

Разъёмы оказались в порядке.


Как-то так, да.

А, ещё видео.

Как-то медленно он тут едет.

Фотографии в альбоме «737 Stab trim actuator», автор Lx-photos на Яндекс.Фотках

Comments

[aso.livejournal.com]

На начальном этапе развития авиации именно так и делали.

Однако, возникла следующая проблема. Чтобы самолет был устойчив по углу тангажа , необходимо, чтобы угол атаки переднего крыла был больше ( по модулю) угла атаки заднего крыла (по модулю).

Именно что не "по модулю" - а "просто".
Т.е. угол атаки может быть и отрицательным (хотя, впрочем - отсчитываться он должен от угла "нулевой подъёмной силы").

За передним крылом серьезный скос потока. Для того, чтобы создать хоть сколько-нибудь существенную подъемную силу на заднем крыле надо сделать что-то из 3 вариантов.

Дело вовсе не в этом.

1) Увеличить установочный угол атаки заднего крыла в "классической схеме" . Массово применялось, но самолет в результате оказывался неустойчив.

В противоречите своему первоначальному тезису.
"Эффективный угол атаки" (отсчитываемый от угла нулевой подъёмной силы) - у стабилизаторадолжен быть меньше.

2) Существенно увеличить площадь заднего крыла. Называется схема "тандем".

На самом деле схема тандем предполагает положительную подъёмную силу на обоих крыльях - в отличие от "классической" схемы.

Недостаток - переднее крыло довольно массивное, заднее крыло в этой схеме будет довольно массивным, и эти массы далеко разнесены от ц.т. Будет очень большой момент инерции, самолет будет плохо управляемым.

Ну, бывают схемы тандема с неравными крыльями - или с крыльями и стабилизатором.

3) Управление и небольшую подъемную силу вынести на маленькое крыло спереди, которое создаст сравнительно небольшой скос потока, а созданием основной подъемной силы и стабилизацией озадачить большое заднее крыло. Схема "утка".

На самом деле "классическая" схема утка - это есть тандем со значительно уменьшенным передним крылом.
Обе поверхности создают подъёмную силу - а устойчивость обеспечивается их взаимодействием.

Вполне имеет право быть устойчивой по тангажу. Хотя, усточивость в этой схеме даже в лучшем случае получается весьма хреновой.

Вот толька сказочек нинада - в реале это просто гораздо боле сложная схема, и нюансов там надо учитывать значительно больше.
Но, тем не менее - МиГ-8 "Сапожок", к примеру оказался вполне безопасным самолётом и не имел ни одной аварии.

В связи с этой хреновостью, довольно часто на устойчивоссть вообще "забивают", и делают самолеты схемы "утка" аэродинамически неустойчивыми

Э-ээ, и у ВариВиггена или ВариИзи тоже? 0_0
На самом деле - забивают на "противоштопорность", и устойчивость обеспечивают самим стреловидным крылом, как на бесхвостке - а ПГО юзают только для управления.
Обеспечив, предварительно - отсутствие у него срыва.

С другой стороны, очень хороший, устойчивый по тангажу (углу атаки, перегрузке), а также весьма маневренный самолет получится, если небольшому заднему крылу задать нулевой установочный угол. Из-за скоса потока за передним крылом такое заднее крыло будет тянуть вниз.

Это всё фигня.
Если ЦТ находится впереди точки приложения подъёмной силы крыла, то крыло создат отрицательный момент (на пикирование) - а стаб должен создавать положительный (на карбирование). Как легко догадаться, карбирование создаётся при подъёмной силе, приложенной к хвосту и направленной вниз, к земле.
При этом при однонаправленном изменении угла тангажа (например, его увеличении) - положительный угол атаки крыла будет увеличиваться, а отрицательный стабилизатора - уменьшяться по абсолютному значению.