Сбалансированные рули используются как на кораблях [1], так и на самолетах. Оба могут обозначать часть поверхности руля перед шарниром, размещенную для снижения управляющих нагрузок, необходимых для поворота руля. Для самолетов этот метод может быть также применен к рулям высоты и элеронам ; все три поверхности управления самолета также могут быть сбалансированы по массе , главным образом, чтобы избежать аэродинамического флаттера .
Сбалансированный руль — это руль, в котором ось вращения руля находится позади его передней кромки. Это означает, что при повороте руля давление воды, вызванное движением судна по воде, действует на переднюю часть, оказывая силу, которая увеличивает угол отклонения, таким образом противодействуя давлению, действующему на кормовую часть, которое действует, уменьшая угол отклонения. Степень полубаланса является нормальной, чтобы избежать неустойчивости руля, т. е. площадь перед шарниром меньше, чем позади. Это позволяет рулю перемещаться с меньшим усилием, чем это необходимо с несбалансированным рулем. Однако это чаще встречается на небольших судах, поскольку крутящий момент недостаточен для более тяжелых судов. [1]
Сбалансированные рули , вероятно, впервые были использованы в начале XV века на кораблях с сокровищами в Китае династии Мин [2] и были заново изобретены и впервые использованы на современных кораблях Изамбардом Кингдомом Брюнелем на судне SS Great Britain , спущенном на воду в 1843 году [3].
.jpg/1280px-Aileron_horn_of_ATR_72_(left_wing).jpg)
Управление самолетом осложняется его движением в трех измерениях: рысканье , тангаж и крен , а не в одном, но существует схожая потребность в снижении нагрузок, которая решается так же, как на корабле, где некоторая часть поверхности простирается вперед от его шарнира. Это называется аэродинамическим балансом. Кроме того, поскольку поверхности управления самолетом установлены на гибких конструкциях, таких как крылья, они склонны к колебаниям («флаттер»), опасный эффект, который можно устранить, переместив центр тяжести (цт) поверхности управления к линии шарнира. Это называется балансировкой массы. [4]
Принцип используется на рулях направления , рулях высоты и элеронах , с методами, отточенными за эти годы. Две иллюстрации рулей направления самолетов, опубликованные Flight Magazine в 1920 году, [5] иллюстрируют ранние формы, обе с изогнутыми передней и задней кромками . Обе установлены так, что площадь балансировочной поверхности перед шарниром меньше, чем у руля позади. За эти годы были испробованы различные компоновки, как правило, с меньшими площадями баланса/руля. Большинство из них попадают в одну из двух категорий: роговая балансировка , с небольшими расширениями поверхностей управления перед линиями шарнира на их концах, или вставленная балансировка с расширением(ями) поверхности управления в вырезы в их опорной неподвижной поверхности. Элероны Frise используют вариант последнего баланса, при этом нос восходящей поверхности выступает под крылом, но не наоборот, чтобы обеспечить как балансировку, так и асимметричное сопротивление. Сбалансированные элероны Ирвинга не имеют выступов, но используют изменение давления над и под крылом, вызванное отклонением элерона, которое ощущается через зазор шарнира, для содействия движению. [4]
Флаттер возникает, когда поверхность управления смещается от предполагаемого отклонения. Поскольку элероны находятся на длинных узких крыльях, которые могут скручиваться под нагрузкой, они являются поверхностью, наиболее склонной к колебаниям. Если центр тяжести находится позади шарнира, поверхность может двигаться как маятник и подвергаться вынужденному простому гармоническому движению с увеличивающейся амплитудой. Добавление балансировочных грузов, которые делают центр тяжести и линию шарнира совпадающими, решает проблему. Эти грузы могут находиться в носовой части поверхности или более легкие массы, прикрепленные дальше перед шарниром снаружи. [4]
Оскар Паркс Британские линкоры ISBN 0-85052-604-3