Ogon

Jednostka ogonowa to zestaw nieruchomych i ruchomych płaszczyzn, które zapewniają stabilność i kontrolę w pochyleniu (głębokości) i odchyleniu (kierunku) samolotu.
Historycznie rzecz biorąc, pierwszą empennage, która została wymyślona przez człowieka, jest ta, która stabilizuje strzałę łukową (słowo empennage pochodzi od penne, co oznacza „duże pióro”); w rzeczywistości strzała bez ogona ma tendencję do przeszkadzania trajektorii, co poważnie ogranicza jej zasięg, a tym samym skuteczność. (rysunek strzałki obok)

Skład i działanie

Konwencjonalna jednostka ogonowa składa się z zestawu płatów ustawionych tak, aby mieć niewielki lub żaden przypadek, gdy statek powietrzny jest w stabilnym locie przelotowym . W przypadku zachwiania tej równowagi, kąt padania wywołany ruchem wytwarza siłę, a tym samym moment wokół środka mas, który przywraca samolot z powrotem do pozycji neutralnej. Aby zwiększyć moment, płaty stabilizatora znajdują się jak najdalej od środka mas i najczęściej na ogonie kadłuba. Wielkość tych elementów jest uwarunkowany obecnością czynniki destabilizujące (awarię silnika do statku powietrznego z wielu silników wysokiej nadmiernego windy , dużej środka do grawitacyjnego zasięgu ) oraz stopień stabilności poszukiwane. Powierzchnia jednostki ogonowej jest stosunkowo duża jak na samolot do transportu pasażerów; stosunkowo niski jak na samolot myśliwski, aby nie utrudniać manewrowości samolotu.

Stabilizujący odchylenia uzyskuje się pionową powierzchnią, zwane statecznik pionowy i dryf .

Stabilizację nachylenia uzyskuje się za pomocą poziomej powierzchni, zwanej statecznikiem poziomym. Ponieważ wyważenie samolotu można modyfikować w zależności od obciążenia i zużycia paliwa, ta pozioma powierzchnia ma część ruchomą (ster) lub jest całkowicie ruchoma, aby zapewnić moment kompensacyjny. Dlatego w locie ustabilizowanym kąt natarcia może być nieznacznie dodatni lub ujemny, aby utrzymać samolot w pozycji poziomej.

Każda z tych powierzchni ma również ruchome części do dobrowolnego modyfikowania równowagi odchylenia, ster sterujący skrętem i równowagę skoku, windę do kontrolowania wznoszenia lub opadania.

Oprócz „klasycznych” aranżacji znajdziemy również:

• ogony złożone z pochyłych powierzchni, ogonowe w kształcie litery V , zapewniające jednocześnie równowagę i kontrolę w obu płaszczyznach;
• w pełni mobilne jednostki ogonowe;
• samolot bez jednostki sterowej, którego stabilizację i sterowanie uzyskuje się poprzez ruchome powierzchnie umieszczone na skrzydle, powierzchnie sterowe przed skrzydłem lub tylko przez określony silnik.

Ogon pionowy

Pojedynczy dryf

Stabilizator pionowy składa się zasadniczo z części stałej i części ruchomej:

• stała pionowa płetwa ,
• steru (lub kierownicy kierunku).

Istnieją „jednoczęściowe” stabilizatory pionowe (obraca się cała powierzchnia); taki układ występuje w lekkich samolotach (Jodel, Luciole, Volksplane).

Multi-drift

W niektórych samolotach pionowy ogon może być podwójny lub potrójny, zazwyczaj wielosilnikowy ze śmigłami.

Samolot dwukrotnie dźwigar jak Lockheed P-38 są na ogół bidérives. Efektywne wydłużenie statecznika poziomego jest zwiększone przez efekt płyty czołowej żeber. Odgrywa również rolę strukturalną, łącząc dwie belki.

Samolot stealth do użytku wojskowego jako Lockheed Martin F-22 Raptor (USA), Sukhoi T-50 (PAK-FA) (Rosja) lub Chengdu J-20 (Chiny). W chińskim J-20 składają się one z jednej, w pełni ruchomej części i obracają się wokół centralnej osi.

Poziomy ogon

Stabilizator poziomy składa się zasadniczo z części poziomej, która może mieć kilka wariantów:

• pozioma płaszczyzna ustalona z kierownicy telefonu głębokości jest „klasyczny” typ.
• regulowana płaszczyzna pozioma wyposażona w windę. Poziomowanie płaszczyzny poziomej może być regulowana w locie, aby zapewnić właściwą równowagę między szybkością i równowagi ( wykończenia ) warunkach.
• ruchomą płaszczyznę poziomą wyposażoną również w ruchomą klapę podnośnika, przy czym zespół tworzy windę. Dwie powierzchnie obracają się w tym samym kierunku, klapa obraca się bardziej niż przednia część (ogon Airbusa ).
• ruchomą, jednoczęściową płaszczyznę poziomą wyposażoną w małą tylną klapę; dwie powierzchnie obracają się w tym samym kierunku, mała tylna klapka ( języczek ) służy zarówno jako kompensator siły (w celu zmniejszenia sił potrzebnych do poruszania drążkiem w płaszczyźnie poziomej), jak i jako trym steru wysokości.

Rodzaje ogonów

Ogon w kształcie litery T.

Płaszczyznę głębokości można zamontować na górze płetwy:

• redukcja wpływu ziemi (stabilność pochylenia samolotów z efektem ziemi),
• w przypadku szybowców, aby zminimalizować opór i nie złapać roślinności podczas lądowania na wsi.

Przykłady: Douglas DC-9 , Vickers VC-10 , Xian Y-20 ...

Ogon w kształcie litery V.

W niektórych modelach ogon składa się z dwóch ukośnych części, tworząc ogon „motyla”.

Przykłady: Fouga Magister , Beech V-35 , Robin ATL …

Ogon „Pelikan”

Ten eksperymentalny ogon został zaprojektowany przez Ralpha Pelikana, inżyniera w McDonnell .

Składa się z dwóch poziomych powierzchni przedłużonych przez odchylone na zewnątrz stabilizatory, które, podobnie jak w przypadku ogona w kształcie litery V, pozwalają na jednoczesną lub niezależną kontrolę odchylenia i nachylenia.

Ten typ empennage został pierwotnie wybrany przez Boeinga do wyposażenia X-32 .

Inne telefony komórkowe z ogonem

Sterowce

Jako korpus o mniejszym oporze (przy danej objętości), sterowce również doświadczają problemów ze stabilnością aerodynamiczną (ich boczny środek siły nośnej znajduje się przed nosem, a więc bardzo przed środkiem masy). SF Hoerner w swojej książce Drag , SF Hoerner wskazuje, że bierna stabilizacja sterowców przez empennages narzuciłaby zbyt duże powierzchnie usterzenia. Dlatego do takiej stabilizacji pasywnej preferowana jest stabilizacja czynna uzyskiwana za pomocą sterowania powierzchniami sterowymi przez pilota, przy czym sterowanie to jest skuteczne w praktyce przy kątach sterowania powierzchni sterowych mniejszych niż 5 °.

Okręty podwodne

Okręty podwodne mają te same problemy ze stabilnością, co sterowce. Wielcy inżynierowie wojskowi Gustave Zédé i Henri Dupuy de Lôme doszli razem do wniosku, że ze względu na stabilność na drodze (w pochyleniu i odchyleniu) sterowce i okręty podwodne muszą być wyposażone w jednostki ogonowe. Dowodem na to jest elektryczny okręt podwodny Gymnote , zwodowany w 1888 roku.

Jednak na wojskowych okrętach podwodnych potrzeba zredukowania echa sonaru zwracanego przez te empenagi z konieczności ogranicza ich obszar do minimum.

Szybkie łodzie

Ekstremalna prędkość niektórych łodzi biorących udział w zawodach (które są pojazdami półwodnymi, półlotniczymi) powoduje, że są one niestabilne aerodynamicznie ; jeśli kadłub odchyli się zbyt daleko od akwenu, zachowuje się jak skrzydło samolotu podczas startu, więc ich producenci muszą zastosować stabilizatory poziome i pionowe, aby je ustabilizować (patrz zdjęcie po prawej).

Samolot bez ogona

Niektóre samoloty nie mają usterzenia:

Czysto latające skrzydło (bez stabilizatora ani poziomego, ani pionowego) Funkcje stabilizacji i steru na osi przechylenia i odchylenia są przenoszone na skrzydło, którego kształt w planie, profile nośne i stery są odpowiednio modyfikowane. Typ wahadła swobodnego Urządzenia te (zwane skrzydłem delta ) mają silną strzałę, a także małą kieszonkę na kil, pełniącą funkcję stabilizatora. rozwijać. Rakiety Jeśli entuzjaści rakiet mają ogon (zwykle Phillips, to znaczy ustawione + lub x, patrz zdjęcie powyżej minusy), satelity miotające rakiety (często rakiety agencji państwowej) często nie wykazują żadnego ogona. Ponieważ takie urządzenia są niestabilne aerodynamicznie , ich stabilizację i kontrolę trajektorii zapewnia szybka orientacja ciągu ich silników (sterowane dysze lub silniki kierunkowe z ciągiem wektorowym ). Historycznie rzecz biorąc, cztery małe płetwy ogonowe rakiety księżycowej Saturn V były tylko po to, aby spowolnić skręt, który koniecznie musiałby nastąpić po całkowitej awarii silników pierwszego stopnia. Celem tego spowolnienia wzniosu było jedynie wydłużenie czasu potrzebnego na podjęcie decyzji o rezygnacji z misji (i uratowanie załogi poprzez uruchomienie wieży ratowniczej ). Równoważne urządzenie istniało w radzieckiej rakiecie księżycowej N1 , w postaci ogona składającego się z czterech paneli komórkowych .

Samoloty bez statecznika poziomego

Niektóre samoloty nie mają poziomego ogona:

Latające skrzydło Z osiową płetwą kadłuba (prawe skrzydło) lub dwiema płetwami umieszczonymi na końcu skrzydła (skośne skrzydło); Delta Wings W samolotach ze skrzydłem delta bez ogona winda jest zintegrowana ze skrzydłem i nazywana jest windą. Jeśli spełnia również rolę lotki (mieszanie powierzchni sterowych ), nazywamy go sternikiem  ; Samoloty do kaczek Niektóre samoloty mają z przodu płaszczyznę canard , która nie jest ogonem, ale skrzydłem z wiatrem. Funkcję steru wysokości może pełnić klapa umieszczona na płaszczyźnie kaczki, ale faktycznie to tylne skrzydło pełni rolę stabilizatora.

Samoloty „trójpowierzchniowe”

Piaggio P180 Avanti jest konwencjonalnym statku powietrznego (tylny ogon), gdzie znajduje się również płaszczyzny canard z przodu. Takie konfiguracje nazywane są trzema powierzchniami (musimy dodać do nich parę skrzydeł głównych).

Materiał i dekoracja jednostek ogonowych

Płaszczyzny można zindywidualizować za pomocą poszczególnych grafik, w szczególności na pionowych powierzchniach jednostek ogonowych.

Awaria podczas lotu

Awarie ogona pionowego doprowadziły do ​​utraty kontroli i wypadku:

• Japan Airlines lot 123 (520 zabitych, 1985), pęknięcie z powodu eksplozji nieprawidłowo nitowanej ściany ciśnieniowej;
• American Airlines lot 587 (265 zmarłych, 2001), zerwanie ze względu na powtarzające się i zbyt brutalnych działań dryf przez pilota.

Uwagi i odniesienia

Uwagi

1. Na przykład na modelu rzutek.
2. Pilotowanie to termin używany w dziedzinie rakiet na oznaczenie działań mających na celu kontrolowanie ich niestabilności aerodynamicznej.
3. W przypadku nadmiaru maszyna wpada w pętlę powietrzną, która kończy się często dramatycznym zderzeniem.

Bibliografia

1. Leksykograficzne i etymologiczne definicje „empennage” (czyli B) skomputeryzowanego skarbca języka francuskiego na stronie internetowej National Center for Textual and Lexical Resources .
2. (w) Evan Hadingham, „  Winner Take All (Wszystkie gryzienia paznokci, drugie zgadywanie i czysta inżynieria w walce o lepsze zbudowanie JSF)  ” , magazyn Air & Space , Smithsonian Institution ,1 st styczeń 2003, s.  2 i 3 ( czytaj online , sprawdzono 5 maja 2008 ).
3. Hoerner 1965 .
4. Hoerner 1992 .
5. SF Hoerner i HV Borst 1985 , s.  19-24.
6. Str. 48 i 49 w Encyklopedii francuskich okrętów podwodnych, narodziny nowej broni, Éditions SPE Barthélémy

Załączniki

Bibliografia

• SF Hoerner , Resistance to Advancement in fluid , Paryż, Gauthier-Villars,1965( OCLC  727875556 , ASIN  B07B4HR4HP ). . 
• (en) SF Hoerner , Opór dynamiczny płynów: informacje teoretyczne, eksperymentalne i statystyczne ,1992( OCLC  228216619 ). . 
• (en) SF Hoerner i HV Borst, Fluid-Dynamic Lift, praktyczne informacje na temat aerodynamic and hydrodynamic lift , Liselotte A. Hoerner ed.,1985( [1] ). . 

Powiązane artykuły

• Rektor (długopis)
• Fin (ogon)