ЦПГО
ЦПГО (акроним от Цельноповоротное горизонтальное оперение) или управляемый стабилизатор — полностью отклоняемая поверхность горизонтального оперения летательного аппарата. Данное решение применяется на сверхзвуковых летательных аппаратах и вызвано резким снижением эффективности рулей высоты на сверхзвуковых скоростях полёта.
История
В 1942 году был построен самолет БИ-1 с ЖРД. Он имел прямое трапециевидное крыло и оперение. Конструкторы предполагали эксплуатацию самолета на скоростях 800—1000 км/ч. Однако в 1943 году в полете на скорости более 800 км/ч самолет перешел в пикирование и разбился, летчик-испытатель Бахчиванджи погиб. Позже это явление было изучено в аэродинамической трубе Т-106 ЦАГИ. Оказалось, что при достижении местного числа Маха = 1 при обтекании профиля возникает скачок, и обтекание меняется. Если на дозвуковых скоростях отклонение руля высоты приводило к изменению давления на всей поверхности горизонтального оперения, то после возникновения скачка — только на поверхности руля. При этом требуется гораздо большая балансировочная сила на горизонтальном оперении, так как положение аэродинамического фокуса меняется на пикирование.
Конструкция
Половины стабилизатора управляются посредством силовых бустеров (гидроусилителей). При синхронном отклонении половин стабилизатор работает в режиме руля высоты. Также часто реализуется возможность отклонения половин стабилизатора дифференциально (это называется в режиме "вилка" или "ножницы"), тогда стабилизатор работает в управлении креном.
Ось вращения управляемого стабилизатора может быть перпендикулярной к плоскости симметрии самолета или располагаться под углом к ней.
Положение оси вращения выбирается так, чтобы усилия от шарнирного момента на до- и сверхзвуковых скоростях полета были минимальными. Крепление управляемого стабилизатора к фюзеляжу выполняется с помощью вала и двух подшипников.
Возможны две схемы крепления:
- схема вала — вал жестко закреплен на управляемом стабилизаторе, а подшипники крепятся на фюзеляже,
- схема оси — ось закреплена неподвижно на фюзеляже, а подшипники установлены на управляемом стабилизаторе.
В схема вала (вал закреплен на стабилизаторе) необходимо обеспечить передачу на вал перерезывающей силы, изгибающего момента и момента кручения, если качалка управления закреплена на валу.
Если качалка управления в схеме вала крепится на корневой усиленной нервюре стабилизатора, то нервюра собирает весь крутящий момент с замкнутого контура стабилизатора. В этом случае крутящий момент на вал не передается. При такой схеме крепления обычно используется лонжеронная схема стабилизатора, так как при кессонной схеме передача изгибающего момента с силовых панелей на вал вызывает конструктивные трудности.
В схеме оси (вал закреплен на фюзеляже) подшипники крепятся на усиленных нервюрах стабилизатора, связанных с его продольными стенками. На внешний подшипник передается вся перерезывающая сила консоли, а изгибающий момент парой сил передается на внешний и внутренний подшипник. Таким образом, на внешнем подшипнике происходит суммирование двух усилий.
В схеме оси достаточно просто обеспечивается передача изгибающего момента и при кессонной или моноблочной конструкциях стабилизатора. В этом случае силовые панели стабилизатора спереди и сзади опираются на продольные стенки, которые у корня сходятся к внутреннему бортовому подшипнику. Соответственно ширина силовых панелей и усилия в них от изгиба стабилизатора меняются от максимальной величины над внешним подшипником до нуля над внутренним подшипником. В результате изгибающий момент кессона стабилизатора уравновешивается реакциями подшипников. Качалка управления в таком стабилизаторе обычно устанавливается на корневой усиленной нервюре стабилизатора. Подобный принцип передачи изгибающего момента можно использовать и при кессонной схеме стабилизатора с подвижным валом. В этом случае внешний конец вала должен опираться на силовую нервюру, связанную со стенками кессона.
