Вопрос о расположении хвостовой балки СЛА

[Илья Иванович]

Здравствуйте. Представлено два похожих самолёта. Eurofly Minifox и Huntair Pathfinder Mk1.
Вопрос: На что влияет расположение хвоста, какие плюсы и минусы у таких расположений и как решить какое расположение нужно выбрать?

 

[Rusa53]

Балка сверху лучше на тянущей схеме. Балка снизу лучше для толкающей схемы, не ограничен диаметр винта
.

 

[Денис]

Здравствуйте. Представлено два похожих самолёта. Eurofly Minifox и Huntair Pathfinder Mk1.
Вопрос: На что влияет расположение хвоста, какие плюсы и минусы у таких расположений и как решить какое расположение нужно выбрать?

Посмотреть вложение 592233

Посмотреть вложение 592234

Ни на что не влияет.
Два самых главных требования, это обеспечить достаточный взлётно-посадочный угол и правильное взаимное расположение крыла и стабилизатора.

 

[Viterr]

Плюсы обеих схем;
1. Комфорт для пилота из за отсутствия обдува лица. Выхлопные газы и другие жидкости с двигателя не попадают на пилота.
2. Сосредоточенность основных масс вблизи центра тяжести аппарата. Отсюда меньшие потери на балансировку. Меньше потребные площади хвостового оперения.
Минусы Minifox;
1. Значительное затенение винта крылом, пилотом и элементами конструкции. Отсюда большая потребная мощность двигателя.
2. Наличие пикирующего момента от тяги винта требующего дополнительной компенсации горизонтальным оперением.
3. Уязвимость элементов конструкции и систем управления в случае разрушения винта.
4. Большая уязвимость самого винта от камней летящих от носового колеса а также предметов могущих вылететь от небрежности пилота в плоскость винта.
5. Отсутствие визуального контроля за работой силовой установки.
6. В случае аварии кинетическая энергия массы силовой установки усугубляет последствия аварии для пилота. Пилот первым принимает на себя удар.
Минусы Pathfinder;
1. Затенение винта пилотом и элементами конструкции. Отсюда большая потребная мощность двигателя.
2. Ускорение потока под крылом отсосом винта уменьшает подъёмную силу крыла в площади охватываемой диаметром винта.
Все четыре пункта что и Minifox. 3 4 5 6.
7. Невозможность применить винт большого диаметра по сравнению с другими конструкциями.

 

[Денис]

Плюсы обеих схем:
2. Сосредоточенность основных масс вблизи центра тяжести аппарата. Отсюда меньшие потери на балансировку. Меньше потребные площади хвостового оперения.

Площадь оперения и потери на балансировку вообще не связаны с расположением двигателя!

Минусы Minifox;
2. Наличие пикирующего момента от тяги винта требующего дополнительной компенсации горизонтальным оперением.

Не на столько уж этот момент велик, чтобы быть сколь нибудь заметным.

5. Отсутствие визуального контроля за работой силовой установки.

За чем там следить визуально?

 

[Viterr]

В данном случае связаны. Масса двигателя в общей массе аппарата имеет значительное место. Чем дальше от центра тяжести вы расположите значительные массы тем большую инерцию они будут иметь. При полёте в неспокойной атмосфере их придётся чем то компенсировать.

Велик момент или нет зависит от плеча между вектором тяги и центром тяжести аппарата. Помножьте вектор на плечо и получите этот момент. А от того где этот вектор проходит, сверху или с низу от ЦТ, будет возникать либо кабрирующий либо пикирующий момент.

В самодеятельной авиации, к которой себя относят все здесь собравшиеся нельзя со стопроцентной вероятностью утверждать о надежности летательного аппарата. Поэтому любая течь масла, топлива, либо охлаждающей жидкости, вполне возможна. Двигатель является источником повышенной вибрации. Нередки случаи откручивания тех или иных болтов, гаек, хомутов и т. д. Вовремя обнаруженное нарушение визуально, может предотвратить авиационный инцидент либо катастрофу.

Я озвучил своё видение на вопросы заданные автором темы. Кто не согласен может и дальше вступать в полемику. Продолжать её не буду. Очень не люблю кому то что то доказывать. Топик стартер услышит мой ответ и задумается. Возможно для себя сделает какие то выводы и примет правильное решение в своих поставленных задачах.

 

[daredevil]

Насколько я понимаю, эти схемы отличаются в первую очередь высотой расположения винта.

Преимущества более высокого расположения:
1) Винт благоприятнее интерферирует с крылом, не создавая в районе центроплана "обратную циркуляцию";
2) Положение оси винта ближе к центру давления, что позволяет уменьшить расход рулей при переходе от моторного полёта к планированию;
3) Меньше шансов поймать винтом камень.

Преимущества более низкого:
1) Диск винта меньше затеняется закрылками (если они есть);
2) Положение оси винта ближе к ЦТ, что уменьшает пикирующий/кабрирующий момент при изменении тяги;
3) Определённая свобода при выборе положения ВМГ вдоль продольной оси. Можно целиком разместить винт под крылом и сделать компактную и жёсткую конструкцию с малым продольным моментом инерции, а можно вынести дальше назад и минимизировать затенение винта;
4) Более низкий ЦТ;
5) При жёсткой посадке траектория двигателя более предсказуемая: он находится практически на оси первичного замедляющего усилия и пытается смять жёсткую тележку, а не ломает кабан.

Поскольку от камней можно защититься щитками, а более низкий ЦТ, кроме уменьшения вероятности капотирования, способен снизить балансировочное сопротивление* - ИМХО схема "нижний винт, верхняя балка" почти вчистую выигрывает у альтернативной. Если только не предполагается строить гидроплан!

* - у высокоплана сила тяжести участвует в балансировке; паралёту как "предельному высокоплану" оперение вообще не нужно.

 

[Денис]

В данном случае связаны. Масса двигателя в общей массе аппарата имеет значительное место. Чем дальше от центра тяжести вы расположите значительные массы тем большую инерцию они будут иметь. При полёте в неспокойной атмосфере их придётся чем то компенсировать.

Те массы, которые расположены тем дальше от центра тяжести, с обратнойстороны стороны от этого самого центра тяжести имеют агрегаты их уравновешивающие и поэтому при полёта в неспокойной атмосфере никакой дополнительной компенсации не требуется.

Велик момент или нет зависит от плеча между вектором тяги и центром тяжести аппарата.

Не центром тяжести, а центром давления.
И плечо это при прохождении вектора тяги в районе крыла имеет очень незначительное плечо, которое для такого маленького самолётика требует не более 2-3 дополнительных кг на оперении.

В самодеятельной авиации, к которой себя относят все здесь собравшиеся нельзя со стопроцентной вероятностью утверждать о надежности летательного аппарата. Поэтому любая течь масла, топлива, либо охлаждающей жидкости, вполне возможна.

При этом чаще всего двигатели располагаемые спереди, капотируются и если из них что-то течёт, то этого всё равно не видно...

Кто не согласен может и дальше вступать в полемику.

Может.

Продолжать её не буду.

И это правильно.

 

[daredevil]

Поправлюсь насчёт "верхняя балка вчистую выигрывает". Большинство ультралайтов-пушеров таки выполнены с нижней балкой. Диаметр винта решает. Особенно изощряться приходится в случае более тяжёлых машин. Хорошая иллюстрация проблемы - двухместный CFM Strike. Некоторые ставят на него 4-лопастную экзотику - т.е. диаметра 1,32 м не хватает - при том, что ради этих 1,32 пришлось делать парасоль.

Но если хватает диаметра 1,2 м - см. выше аргументы в пользу верхней балки.

 

[Gleb Sonic]

компромисс

 

[Georgiy]

Я вот до сих пор не понимаю, в чем смысл конструкции хвостовой фермы у классического Квиксильвера, зачем такая ферма, где пилот сидит, верхние стержни ферм на не подкрепленные подкосами пролеты крыла подходят.
И еще не понимаю философию крепления хвостового оперения на нижней балке Авиатики. И у Минифокса также - стабилизатор высоко поднят на киле. Там задний лонжерон киля, между стабилизатором и нижней трубой, видимо, большую нагрузку воспринимает при боковой силе на вертикальное оперение.

 

[daredevil]

верхние стержни ферм на не подкрепленные подкосами пролеты крыла подходят

А там почти нет вертикальных нагрузок, хвост не нагружает крыло на кручение. Вертикальные усилия от ГО воспринимаются подкосами хвостовой фермы (а у ранних версий - только расчалками, красота!)

не понимаю философию крепления хвостового оперения на нижней балке Авиатики

Сделать трубки, вставляемые в балку, перпендикулярными этой балке - вот, вроде, и вся философия.

И у Минифокса также - стабилизатор высоко поднят на киле. Там задний лонжерон киля, между стабилизатором и нижней трубой, видимо, большую нагрузку воспринимает при боковой силе на вертикальное оперение.

Наоборот, подкосы стаба разгружают киль, который полноценная консоль только от верхнего шарнира РН до крепления стаба, а не до самой балки.

 

[Georgiy]

а у ранних версий - только расчалками, красота!

Ой спасибо за фото Квиксильвера с тросиками вместо нижних хвостовых ферм! Теперь понятна философия нагромождений подкосов в хвостой ферме. Без нижних стержней оно выглядет логичным, но на практике оказалось не жестким наверное! (Сначала подумалось - до чего неудачная фото Вами выложена - нижние трубы фермы не видны на фоне теней... потом понял - их там нет!)
Вот про хвостовое оперение с поднятым стабилизатором - как на Авиатике - не могу понять логику конструктора. Если стержни делаются - то лучше соединять их как в ферме (шарнирно, чтобы стержни работали на растяжение и сжатие, или условно шарнирно - жестко закреплены концы, но "треугольники фермы замкнуты").
Представим, что пролеты лонжеронов киля (труб) от нижней трубы до стабилизатора шарнирно прикреплены - тогда набок упадет киль и подкосы к стабилизатору не помогут.
А в Авиатике передняя трубка от нижней балки-трубы до стабилизатора - по всей видимости на шарнирах прикреплена. Значит такой же вертикальный пролет задней тоненькой трубки на изгиб будет работать - надо ее особо на прочность рассчитывать. И жесткость на кручение оперения относительно нижней трубы-балки - проверять.

 

[Рой]

Расположение и тип хвостовой балки во многом следствие расположения оперения и двигателя. На легких самолётах встречается и отличное от классического оперение, и отказ от одной балки.

 

[samodelkin_33rus]

А в Авиатике передняя трубка от нижней балки-трубы до стабилизатора - по всей видимости на шарнирах прикреплена. Значит такой же вертикальный пролет задней тоненькой трубки на изгиб будет работать - надо ее особо на прочность рассчитывать. И жесткость на кручение оперения относительно нижней трубы-балки - проверять.

Беда этого форума , что многие делают выводы не ознакомившись с конструкцией . Передняя трубка на Авиатике проходит насквозь через основную балку как и задняя вертикальная трубка , и крепится в стаканах приклепанных к нижней части трубы -балки . Образуя очень жесткую связь на кручение . На шарнирах крепится стабилизатор подкреплённый с низу трубкой подкосом и расчаленный сверху тросом дополнительно . С прочностью на Авиатике всё в порядке . А расположение стабилизатора , тут конструктор видимо руководствовался классическим вариантом расчета планера . Хотя когда Геннадий Семочкин на своем биплане расположил стабилизатор с верху на киле , то писал что это только улучшило поведение самолета в горизонтальном полете и улучшило продольную устойчивость , так как стабилизатор оказался практически в середине потока от винта .

 

[Alex_520]

А как он себя показал в безмоторном полёте?

 

[samodelkin_33rus]

Нормально , позволяет держаться в воздухе , соблюдая нормальную скорость захода на посадку . В моём случае 80км/ч . В случае Геннадия это надо спрашивать у него . Или почитать ветку по Авиатике .

 

[daredevil]

тогда набок упадет киль и подкосы к стабилизатору не помогут

С учётом того, что условный шарнир находится сверху балки, а подкосы на минифоксе идут к её нижней части - думаю, таки помогут. Чтобы киль наклонился - стабилизатор должен перекоситься относительно него.

Без нижних стержней оно выглядет логичным, но на практике оказалось не жестким наверное!

Похоже, так оно и было. "На тонкого" спроектирован квиксильвер и к нему добавляли и добавляют. У современного двухместного к основанию верхней "вилки" уже идут и контрподкос, и расчалка - и всё ещё это выглядит как попытка пофиксить, а не сделать по уму, жёстко.

 

[Georgiy]

Беда этого форума , что многие делают выводы не ознакомившись с конструкцией . Передняя трубка на Авиатике проходит насквозь через основную балку как и задняя вертикальная трубка , и крепится в стаканах приклепанных к нижней части трубы -балки . Образуя очень жесткую связь на кручение . На шарнирах крепится стабилизатор подкреплённый с низу трубкой подкосом и расчаленный сверху тросом дополнительно . С прочностью на Авиатике всё в порядке .

В #11 ответе написал, что не понимаю философию крепления оперения Авиатики. И поэтому не претендую на окончательные выводы.
Я наоборот восхищаюсь элегантностью оперения Авиатики! И считаю, что наоборот достоинство форума, что я, не специалист по Авиатике получил моментальный ответ от Вас, разбирающегося в этом вопросе.
Но все равно, вопросы остались:
1) Почему снизу подкосы, а не тросики, как и сверху укрепляют задний лонжерон стабилизатора?
2) Передняя стойка к стабилизатору как закреплена - ушковым болтом с поперечной горизонтальной осью?
3) Начерчу и посмотрю кинематику, но в первом приближении - тоненькая трубка заднего лонжерона киля, хоть и заделана в нижнюю трубу, но при боковой силе на вертикальном оперении - будет работать на изгиб (особенно пролет над нижней большой трубой и стабилизатором) не смотря на подкосы и расчалки. Значит, прочности этой трубки - проектанты, вероятно уделили отдельное внимание.
Между нижней точкой подкоса и лонжероном стабилизатора - тоненькая трубка. Но, я понимаю - прочная! Если бы крепление стабилизатора было бы на верху большой трубы, как в фюзеляжных самолетах - тогда бы была чистая ферма, при боковой силе на вертикальное оперение, не было бы изгибающих усилий на лонжеронах оперения, кроме как от распределенных аэродинамических сил на вертикальное оперение.

 

[Georgiy]

С учётом того, что условный шарнир находится сверху балки, а подкосы на минифоксе идут к её нижней части - думаю, таки помогут. Чтобы киль наклонился - стабилизатор должен перекоситься относительно него.

Где ж помогут? Наклонился киль, перекосился стабилизатор. Мне кажется - крепление стабилизатора к килю - можно шарнирным принимать вообще! На Драгонфлае, они шарнирные в принципе. Но, правда в Драгонфлае, к верху мачты на киле идут тросы от крыла. Такие же тросы и на Птенце в клубе Арго в Петербурге установлены, которые жесткость оперению придают.