Powierzchnie sterowe - Polski Serwis Naukowy

Powierzchnie sterowe - ruchome elementy zewnętrzne samolotu, pozwalające na sterowanie jego lotem. Zmieniając kierunek przepływu strumienia powietrza zmieniają siły i momenty aerodynamiczne, powodując obrót względem osi wzdłużnej, poprzecznej i pionowej samolotu.

Rys. 1. Sterowanie płatowcem za pomocą drążka sterowego (B) i orczyka (nieoznaczone, pojawiają się pod koniec animacji)

Do głównych powierzchni sterowych należą:

Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.

Statecznik (brzechwa) – nieruchoma powierzchnia usterzenia samolotu, rakiety lub pocisku rakietowego. Wyróżnia się stateczniki poziome i pionowe. Wykorzystywane do stabilizowania lotu.

lotki , mające najczęściej postać wychylnych fragmentów tylnej zewnętrznej części skrzydła (Rys. 1. A, Rys.2. 2 i 3) umożliwiają przechylanie samolotu w lewo lub w prawo, czyli wprowadzanie go w zakręt, lub nawet obracanie się wokół osi podłużnej. Zmiany ich położenia dokonuje się przez wychylenie drążka sterowego w prawo lub lewo, bądź przez skręcenie wolantu w odpowiednim kierunku. Jedna lotka wychyla się w górę, zmniejszając siłę nośną, druga lotka jednocześnie wychyla się w dół, zwiększając siłę nośną. Jeżeli dokonamy przechylenia drążka w lewo, lewa lotka podniesie się a prawa opuści, samolot przechyli się w lewo i zacznie wykonywać zakręt w lewo, najczęściej tak zwany nieskoordynowany zakręt, koordynacja polega na odpowiednim wychyleniu steru kierunku, ale zależy to od typu samolotu i jego właściwości z punktu widzenia reakcji na sterowanie. Podobnie od właściwości danego typu samolotu zależy jego zachowanie po powrocie lotek w położenie neutralne. Wychylenie lotek może również powodować początkowo obrót wokół osi pionowej (odchylenie) w kierunku przeciwnym do pochylenia, takie działanie lotek zachodzi w przypadku niektórych szybowców ze względu na dużą rozpiętość ich skrzydeł.

ster wysokości wychylne fragmenty tylnej części statecznika poziomego znajdującego się w tylnej, ogonowej części kadłuba (bądź w przedniej, układ kaczki, jednak zasada działania jest wtedy odwrotna od opisywanej tutaj)(Rys. 1. C).
Wychylenie steru wysokości może powodować obrót względem osi poprzecznej (pochylanie) i zmianę toru lotu i/lub zmianę kąta natarcia.Podniesienia steru wysokości dokonuje się przez ściągnięcie drążka lub wolantu do siebie, a opuszczenia przez popchnięcie przed siebie. Podniesienie steru wysokości, w układzie klasycznym, powoduje opuszczenie części ogonowej.

ster kierunku to wychylny fragment statecznika pionowego kierunku zwykle w tylnej (ogonowej) części kadłuba samolotu (Rys. 1. D). Wpływa na obrót samolotu względem osi pionowej i wraz z odpowiednio synchronizowanym wychyleniem lotek służy do poprawnego wykonania zakrętu. Do sterowania sterem kierunku służy orczyk lub odpowiednio sprzęgnięte z napędem steru pedały.

Na rysunku 1 duża czerwona strzałka wskazuje, w którą stronę drążek jest aktualnie przechylany. Małe zielone strzałki pokazują sposób wychylenia odpowiednich powierzchni sterowych oraz wskazują kierunek sił działających na linkę. Zagięcia linek należy traktować tak, jakby znajdowały się tam bloczki, pozwalające odpowiednio prowadzić linki. Jest to ilustracja schematyczna ale uniwersalna, taki sposób (za pomocą linek) stosowany jest głównie w lekkich konstrukcjach, w większych ruchy drążka są przekazywane na powierzchnie sterowe za pośrednictwem odpowiednich wzmacniaczy hydraulicznych lub elektromechanicznych. W niektórych samolotach stosowane są już od kilkudziesięciu lat (F-16, samoloty cywilne to Airbusy) systemy sterowania fly by wire, gdzie ruchy joysticka czy wolantu i pedałów stanowią tylko informacje dla komputera, który realizuje intencje pilota zgodnie ze zoptymalizowanymi dla danej sytuacji prawami sterowania.

Owiewka – wyprofilowana osłona aerodynamiczna stosowana w konstrukcji statków powietrznych, samochodów wyścigowych, motocykli itp. Celem stosowania owiewki osłaniającej wystające części pojazdu jest zmniejszenie ich oporu aerodynamicznego lub interferencyjnego.

Drążek sterowy — element sterowniczy zainstalowany w kabinie statku powietrznego, służący do sterowania poprzecznego i podłużnego płatowca. Dolny koniec drążka jest zamocowany przegubowo i połączony cięgnami z powierzchniami sterowymi. Wychylenie drążka do przodu, inaczej od siebie lub do tyłu, czyli na siebie powoduje odpowiedni ruch sterów wysokości zależny od konfiguracji samolotu. W konfiguracji klasycznej ściągnięcie drążka na siebie powoduje uniesienie sterów wysokości, a w konfiguracji kaczki opuszczenie ich, w konsekwencji powodując uniesienie dziobu i przejście maszyny do lotu pionowego maszyny. Odepchnięcie drążka od siebie powoduje reakcję odwrotną. Ruch drążka na boki uruchamia lotki lub klapolotki i prowadzi do przechylenia maszyny na boki w kierunku zgodnym z ruchem drążka.

Opisywane w tym artykule układy i powierzchnie sterujące dotyczą klasycznej konfiguracji samolotów, obiekty o innej konstrukcji mogą zwierać inne elementy sterujące, bądź te same, ale ustawione w innej konfiguracji.

Odmienne zasady dotyczą obiektów z wirnikiem jak śmigłowce, czy wiatrakowce.

Rys. 2. Powierzchnie sterowe skrzydła
1. Winglet
2. Lotki małych prędkości
3. Lotki dużych prędkości
4. Owiewka
5. Klapa noskowa Krügera
6. Skrzela (sloty)
7. Klapy wewnętrzne trójszczelinowe
8. Klapy zewnętrzne trójszczelinowe
9. Spojler
10. Hamulce aerodynamiczne

Osie obrotu a powierzchnie sterowe

Wyróżnia się trzy ruchy obrotowe samolotu, względem trzech wzajemnie prostopadłych osi układu współrzędnych, związanego z samolotem:

Kaczka – układ konstrukcyjny statku powietrznego (samolotu lub szybowca), w którym ster wysokości (zwany canardem) znajduje się w części dziobowej przed skrzydłami. Samolot w układzie kaczki najczęściej wyposażony w śmigło pchające w części ogonowej lub napęd odrzutowy.

Fly-By-Wire (FBW) (ang. Fly By Wire - dosłownie "Latanie poprzez kable") - elektroniczny system sterowania statkiem powietrznym, w którym brak jest mechanicznych połączeń z powierzchniami sterowymi (sterem wysokości, sterem kierunku i lotkami), zaś w przypadku wiropłatów łopatami wirnika nośnego i śmigła ogonowego (sterowanie ogólne i sterowanie okresowe).

przechylenie, czyli ruch wokół osi biegnącej wzdłuż samolotu, uzyskiwany głównie za pomocą lotek; na rysunku 1 jest to pierwsza część animacji (ruch drążka w lewo); przechylenie następuje na skutek zwiększenia siły nośnej na jednym z płatów (lewym lub prawym) a zmniejszenia na przeciwnym; na ruch ten częściowy wpływ ma również ster kierunku.

pochylenie, czyli obrót wokół osi poprzecznej, na rysunku 1 jest to środkowa część animacji, kiedy drążek odchylany jest do tyłu a przez to odchyleniu do góry ulega ster wysokości, w ten sposób część ogonowa ulega obniżeniu, co powoduje ustawienie samolotu w pozycję wznoszenia;

odchylenie, czyli obrót wokół osi pionowej, uzyskiwany przez zmianę położenia steru kierunku, dokonywanej za pomocą orczyka lub pedałów, który pojawia się w ostatniej fazie animacji (rys. 1);. Wciśnięcie prawego pedału orczyka powoduje wychylenie steru kierunku w prawo i odchylenie kursu również w prawo (na rys. 1 ta część została błędnie przedstawiona). Częściowo na ten ruch mają również wpływ lotki.

Te podstawowe zmiany położenia obrazowane są na rysunku 1 przez animowaną miniaturkę samolotu w lewym dolnym rogu. Obroty dokonywane są względem środka ciężkości.

Skrzela (inaczej Sloty) — elementy mechanizacji płata nośnego umieszczone wzdłuż krawędzi natarcia samolotu lub (wyjątkowo) u szybowca, stałe lub ruchome. Sloty mają za zadanie poprawienie własności aerodynamicznych statku powietrznego przy locie z małymi prędkościami i na dużych kątach natarcia poprzez zwiększenie siły nośnej lub opóźnienie oderwania się strug.

Klapa - ruchoma powierzchnia w tylnej części skrzydła samolotu, pozwalająca w razie potrzeby znacznie zwiększyć siłę nośną oraz opór skrzydła. Wykorzystywana zwykle aby umożliwić lot z mniejszą prędkością lub skrócić podejście do lądowania.

Zobacz też

Fly-by-wire

Linki zewnętrzne

http://www.thaitechnics.com/fly/control.html