Хвостовое оперение вертолета предназначено для обеспечения в горизонтальном полете продольной балансировки, продольной и путевой устойчивости вертолета. Оно состоит из стабилизатора и киля.
Стабилизатор, имеющий достаточно толстый симметричный аэродинамический профиль и трапециевидную форму (в плане), улучшает характеристики продольной балансировки и устойчивости вертолета. Применяют стабилизаторы двух типов: неуправляемые и управляемые.
Управляемый стабилизатор кинематически связан с управлением общим шагом НВ таким образом, что при увеличении общего шага 6 НВ угол установки стабилизатора ест также увеличивается. Продольный момент, создаваемый стабилизатором, возрастает при этом в сторону пикирования, противодействуя приращению кабрирующего момента НВ при увеличении общего шага в поступательном полете.
Размеры, а следовательно, площади горизонтального и вертикального оперений в значительной мере зависят от места их расположения. Стабилизатор на одновинтовых вертолетах, как правило, устанавливают на конце хвостовой балки в одном из трех положений I–III, показанных на рис. 7.5. В положении / на режимах висения и горизонтального полета с малой скоростью стабилизатор полностью находится в зоне обдувки воздушным потоком, создаваемым НВ. При этом на стабилизаторе, как и на крыле, возникает значительный индуктивный скос потока от НВ, вызывающий потери тяги НВ вследствие обдувки стабилизатора на режиме висения и уменьшающий эффективность стабилизатора на малых скоростях горизонтального полета.
Рис. 7.5. Схема возможного расположения стабилизатора на вертолете одновинтовой схемы
В горизонтальном полете помимо индуктивного скоса потока от НВ на стабилизаторе возникает скос потока от фюзеляжа и крыла. В результате значительного в целом суммарного скоса потока угол атаки стабилизатора аст, как правило, оказывается отрицательным, даже если угол установки стабилизатора положительный, φст
> 0°. Вследствие этого стабилизатор создает отрицательную подъемную силу и, соответственно, кабрирующий момент относительно центра масс вертолета. С увеличением горизонтальной скорости полета скос потока от НВ уменьшается, вследствие чего снижается кабрирующий момент, что является одной из причин появления «ложки» – характеристики профильной балансировки вертолетов одновинтовой схемы.
Установка стабилизатора в положение I сказывается особо неблагоприятно при висении вертолета с ветром сзади: ветер отклоняет индуктивный поток НВ вперед и стабилизатор, имеющий отрицательный угол установки, создает пикирующий момент, требующий для балансировки дополнительного отклонения ручки на себя. Поэтому в положении / площадь стабилизатора ограничивается из условия обеспечения требуемого запаса управления при висении вертолета с предельно передней центровкой и ветром сзади, а также вследствие дополнительных потерь силы тяги НВ на обдувку стабилизатора при висении.
При установке в положение // на режиме висения стабилизатор оказывается вне воздушного потока от НВ, и ветер сзади не оказывает на него серьезного влияния. Однако как только вертолет начинает двигаться вперед, воздушный поток от НВ, отклоняясь назад, тотчас попадает на стабилизатор. Возникающий при этом индуктивный скос потока от НВ приводит к возникновению, как и в положении /, мощного кабрирующего момента, для парирования которого требуется значительное отклонение ручки от себя.
Для уменьшения влияния индуктивного скоса потока от НВ на характеристики стабилизатора некоторых вертолетов (UH-60A «Блэк Хоук», АН‑64А «Апач») стабилизатор, установленный в положение //, делают управляемым по скорости полета. На режиме висения и на малых скоростях полета угол его установки φст = 30... 40°. Индуктивный скос потока от НВ не вызывает при этом большого кабрирующего момента. По мере роста скорости полета угол установки стабилизатора автоматически уменьшается до значений, необходимых для обеспечения продольной балансировки вертолета. На режиме авторотации при этом стабилизатор имеет отрицательный угол установки.
Наименьшее влияние индуктивный скос потока от НВ оказывает на стабилизатор, установленный в положение ///. Но такой вариант установки стабилизатора требует, во-первых, дополнительного увеличения массы хвостового оперения, а во-вторых, на режиме горизонтального полета стабилизатор оказывается прямо в следе возмущенного потока от НВ, создающем на стабилизаторе высокий уровень переменных нагрузок.
Площадь стабилизатора SСТ выбирают главным образом из требований к продольной устойчивости вертолета, определяемых приемлемыми значениями производных продольного момента вертолета по углу атаки и угловой скорости тангажа. Поэтому величина SСТ в значительной степени зависит от места расположения стабилизатора, определяющего его удаление от центра масс вертолета. На одновинтовых вертолетах с длинной хвостовой балкой площадь стабилизатора значительно меньше, чем на соосных, и составляет обычно (0,5...1) % площади, ометаемой НВ. На некоторых зарубежных вертолетах (S-76, UH-60A, АН-64А и др.) она достигает значений 1,5...2 %. Компоновка соосного вертолета не позволяет осуществить достаточный вынос стабилизатора, поэтому для обеспечения хорошей продольной устойчивости его площадь увеличивают.