Глава 3. Основные геометрические характеристики и особенности аэродинамической компоновки легких ВС

       Самолеты этого класса имеют прямое или трапециевидное крыло, состоящее из центроплана и отъемных частей (консолей), выполненных с незначительной (меньше 10º) стреловидностью по передней или задней кромке. Крыло установлено под небольшим положительным углом (около 3º) к строительной горизонтали для обеспечения минимального лобового сопротивления при полетных углах атаки, соответствующих горизонтальному (крейсерскому) полету. Крыло имеет механизацию – щиток (ЯК-18Т, ЯК-52), предкрылки (Ан-2), однощелевые закрылки (Cessna 172, Cessna 150, DA-40, DV20, DA42, Ан-2) для улучшения взлетно-посадочных характеристик. Крыло может иметь геометрическую и аэродинамическую крутку и набирается из профилей с относительной толщиной от 9 до 15 % САХ.

       ВС этого класса оснащены поршневыми (роторными, дизельными) двигателями с воздушным винтом фиксированного (Cessna 172, Cessna 150) или изменяемого (ЯК-18Т, ЯК-52, Ан-2, DA40, DA42) шага. Около 30% поверхности крыла обдувается воздушным винтом, что создает дополнительную подъемную силу и улучшает аэродинамические характеристики самолета.

       Горизонтальное оперение (далее- ГО) включает в себя неподвижный стабилизатор, установленный на небольшой отрицательный угол (до -3º) по отношению к продольной оси ВС (или к САХ крыла) для обеспечения грубой балансировки самолета. Руль высоты, также как и руль направления и элероны, приводятся в действие тросами и тягами управления. Вертикальное оперение (далее- ВО) состоит из руля направления (РН) и киля. Стреловидная форма киля обеспечивает увеличение плеча действия боковой силы (расстояния от центра давления ВО до центра масс ВС) по сравнению с прямым килем такой же площади, что улучшает путевую устойчивость, повышая восстанавливающий путевой момент. Для увеличения площади ВО служат форкиль и подфюзеляжные гребни (DA40, DA42). Размеры и углы отклонения рулей обеспечивают возможность балансировки ВС на всех режимах полета.

       Для уменьшения шарнирных моментов руля направления и руля высоты и усилий на педалях и штурвале (ручке) в системе управления самолетом применяется осевая и роговая компенсация, триммеры и сервокомпенсаторы. Для исключения вибраций на рулях и элеронах обеспечивается весовая балансировка поверхностей управления (центры тяжести этих поверхностей расположены впереди осей их вращения). Элероны имеют дифференциальное управление, т.е. их максимальное отклонение вверх больше, чем вниз. Этим достигается уменьшение разворачивающего момента в сторону полукрыла с опущенным элероном при выполнении виражей и разворотов.

       На чертежах ВС приводятся конкретные геометрические величины:

       САХ – средняя аэродинамическая хорда крыла, [м];

       S – площадь крыла, [м²];

       λ – относительное удлинение крыла, ;

       ℓ – размах крыла, [м];

       «V» - угол прямого (или обратного) поперечного V;

       - угол установки стабилизатора;

       λ – угол стреловидности крыла по передней (по задней) кромке;

       D – диаметр воздушного винта.

       Самолет Cessna-172S представляет собой цельнометаллический моноплан с высокорасположенным крылом на подкосах, с низкорасположенным оперением, оснащенный одним поршневым двигателем с двухлопастным винтом фиксированного шага. Высокорасположенное «чистое» крыло улучшает аэродинамические характеристики и характеристики устойчивости ВС. Прямое по передней кромке крыло и низкорасположенное горизонтальное оперение обеспечивают хорошие характеристики ВС при приближении к сваливанию: самолет имеет тенденцию к незначительному крену, приросту продольного момента на пикирование, опусканию носа и самостоятельному выходу из сваливания. Однако недостатком такой аэродинамической схемы является возможность «клевка» (например, при попадании в непреднамеренное обледенение). Наличие неубирающегося шасси и подносов увеличивает лобовое сопротивление самолета и уменьшает аэродинамическое качество ВС до величин 9,31.