A repülőgépek farokfelületei

A repülőgép bot- és lábkormánya, valamint a kormányok által működtetett magassági-, oldal- és csűrőkormánylapoknak a gép mozgására gyakorolt hatását a 12. ábra szemlélteti. A repülőgép repülő tulajdonsága részben az elengedett kormányok mellett fellépő gépmozgások lefolyásán, részben pedig a kormánylapok tulajdonságain múlik. Más szóval a gép mozgása a csűrőkormány – és farokfelületek aerodinamikai tulajdonságától függ.

A gép farokfelületeit e helyen részletezzük. Kevés kivétellel a szokásos kialakítású farokfelület szerkezetek vízszintes és függőleges farokfelületre bonthatók. A farokfelületek azért, mert a szárnyhoz hasonló terhelési körülmények között dolgoznak, szerkezetileg és geometriailag is a szárnyhoz nagymértékben hasonlóak. Méreteiket tekintve egy légi közlekedési gépnél pl. a vízszintes farokfelület nagyobb mint egy sportgép szárnyfelülete. A farokfelületek működésének a repülőgépre gyakorolt hatásának részletes vizsgálatától el kell tekintenünk, de működésük elvét röviden összefoglaljuk.

Kormánylapok hatása a repülőgép mozgására

A vízszintes farokfelület szubszónikus gépeknél általában egy merev – vagy csak korlátozottan elfordítható – vezérsíkból és a kitéríthető magassági kormánylapból áll. A 13. ábra alapján a vízszintes farokfelület – az áramlási irányhoz képest a állásszöggel elhelyezve felhajtóerőt létesít.

A farokfelületek egy metszetében ábrázolva a légerők profil menti eloszlásának jellege a 13. ábra folyamatos vonala szerint alakul (d = 0).

Ha a vezérsíkhoz képest (1) a magassági kormánylapot (2) d _M szöggel valamelyik irányba kitérítjük, megváltoztattuk a profil íveltségét és így a légerő eloszlás a szaggatott vonallal jelzett jelleg szerint módosul.

Vízszintes farokfelület felhajtóereje

Azt látjuk tehát, hogy egy bizonyos d kormánykitérítési szög az egész vízszintes farokfelületen megnöveli a légerőt, vagyis egy kitérítés egyenértékű egy kisebb mértékű a állásszög növeléssel.

Nagyobb (transzónikus, szuperszónikus) repülési sebességeknél a kormány kitérés légerőt növelő hatása csak a magassági kormányon jelentkezik, mert a d kitérés mértékében a kormánylap orr része előtt fellépő lökéshullám korlátozza a kormánylap előtti részek nyomáseloszlásának megváltoztatását. Ezért ezeknél a repülési sebességeknél a teljes vízszintes farokfelületnek egy forgáspont körüli elfordításával lehet a kívánt kormányerőt hatásosan előállítani. Mivel a gép kormányzásához a profil mindkét oldalán egyaránt létesíthető kell legyen ez a légerőhatás, a farokfelületek – mind a vízszintes, mind a függőleges – szimmetrikus (íveltség nélküli) profilokból épülnek fel.

Főleg nagyméretű és/vagy nagysebességű gépéknél a farokfelület vagy kormánylap elfordításához szükséges ún. csuklónyomaték nagy lehet.

Ennek elkerülésére a kormánylapokon aerodinamikai nyomaték kiegyenlítést alkalmaznak. A kormányok méreteitől és a repülési sebességtől függően különféle megoldások alkalmazhatók.

A 14. ábra ezek közül három elterjedten használt megoldás elvi vázlatát mutatja be.

A belső vagy tengelykiegyenlítés (14/a ábra) lényege, hogy a forgástengely a kormánylap orrpontja mögött lényegesen hátrább kerül és így az orr - rész a kitéréssel ellenkező oldalra kibukik a profil körvonalából. Az itt keletkező légerők (szaggatott nyíl) a kitérést segítő nyomatékot adnak.

Az Irving-féle nyomáskiegyenlítés azon alapul, hogy a nyomás mindig a kitérítés felőli oldalon növekszik meg, így az ábra szerinti elrendezéssel a nyomáskülönbségekből a forgástengelyen kitérítést segítő nyomatékot nyerünk.

A trimmelhető Flettner-kormány  képviseli a legelterjedtebb megoldást. A repülőgépvezető a kormánylaptól függetlenül térítheti ki a kiegyenlítő lapot és az így keletkezett légerő segít a kormánylap kitérítésében.

Az említett elfordításokat (a kormánylap d szögű kitérítését és a kiegyenlítő lapok kitérítését) megvalósító bekötő és mozgató elemek szoros szerkezeti (vezérlési) kapcsolatban vannak a repülőgépvezető bot – és lábkormányával.

A 12. ábra ezt a működési kapcsolatot tünteti fel, az áttekinthetőség kedvéért elvi vonalas ábrában. Az ábrán egyrészt a lábkormány és a függőleges farokfelület, másrészt a botkormány és a csűrők, valamint a magassági kormány (vízszintes farokfelület) elvi kapcsolata látható.

Komoly szerkezeti nehézségeket jelent, ha például a vízszintes farokfelületet a függőleges farokfelület tetején kell elhelyezni (T farokfelület).

Ez esetben a vízszintes farokfelületet mozgató vezérlő szerkezetek, berendezések elhelyezését a törzsvég helyett a függőleges farokfelületben kell megoldani. Ez nemcsak a rendelkezésre álló tér miatt jelentős nehézség, de a szükséges bekötési, szerkezeti merevség biztosítása miatt is.

Kormánylapok nyomaték kiegyenlítése

T farokfelület függőleges része. A merev nem elfordítható függőleges vezérsík alsó része a törzshöz kapcsolódik és a felső rész végbordáján láthatók a vízszintes farokfelület bekötésére szolgáló vasalások.

A függőleges tartórész tehát héjszerkezetű doboz. Ennek hátsó falához kapcsolódik – megfelelő csapágybakokkal – az oldalkormánylap. A kormánylap alsó, kilépőél menti részén találjuk a kiegyenlítő lapot (trimmlap) négy helyen csapágyakkal a kormánylaphoz rögzítve.

Kézenfekvő, hogy a tervező ezeket a szerkezeti nehézségeket csak a repülőgép általános kialakítása során felmerülő kényszerítő körülmények miatt vállalja. A farokfelületek elhelyezését főként a hajtóművek száma, helye illetve a farokfelület környékén a szárny és a hajtóművek elhelyezéséből származó áramlási viszonyok (leárnyékolás) határozzák meg.

A farokfelületek és ezek kormánylapjai valamint a szárny és csűrőkormány lapjai között kapcsolt rezgések jelentkezhetnek.

A kapcsolódás kétféle – tehetetlenségi és aerodinamikai – úton jöhet létre és így pl. a kormánylap kezdeti rezgése maga után vonhatja a vezérsík vagy a szárny hajlító rezgését.

A tehetetlenségi kapcsolódás elkerülésére a kormánylapokat a saját forgástengelyükre nézve kiegyensúlyozzák és önlengésszámukat figyelembe véve lengéscsillapítással is ellátják.

„T” farokfelület

forrás