Possibilities of improvement of directional control effectiveness of light gydroplane at high-angle-of-attack flight conditions

Several alternative modifications of original design solution of an inverted “V”-tail control surfaces of a light gyroplane are presented. The aim of the modification is improvement of high-angleof attack directional controllability of the aircraft. The proposed modifications of the all-flying control surfaces include adjustable symmetric inclination of tail surfaces, split-surface version (stabilizer+rudder), split-surface version with additional, central element and more traditional, “H” configuration with one horizontal and two vertical surfaces. All the proposed modifications retain the second function of the tail surfaces – rear undercarriage. Adjusting the symmetric inclination of the tail surfaces allows for maintaining high values of the yaw control derivative up to the value of the fuselage angle of attack of 30°. Potentially unfavourable side-effect of this solution may be the change of pitching moment during such manoeuvre. For this reason this solution should be applied with the split control surface version (stabilizer+rudder) with additional mechanism adjusting the symmetric rudder deflection to the new elevator inclination in order to keep pitching moment constant. The other two options - additional third control surface in the symmetry plane with rudder and more classical “H” configuration of control surfaces are simpler in operation and safer, particularly the “H” configuration with retains high effectiveness of directional control at high fuselage angle of attack, up to 30°. The version with inverted “V” tailplanes and additional, central control surface has limited effectiveness at high angles of attack, due to geometrical and design constrains, limiting the size of the central control surface.

---

W pracy przedstawiono kilka alternatywnych modyfikacji wersji wyjściowej usterzenia lekkiego wiatrakowca, płytowego w układzie odwróconego “V”. Celem modyfikacji jest poprawa sterowności kierunkowej wiatrakowca na dużych kątach natarcia. Proponowane modyfikacje usterzenia płytowego obejmują przestawialne symetryczne zaklinowanie powierzchni sterowych, wprowadzenie podziału na statecznik i ster, dodanie do wersji usterzenia dzielonego trzeciego, centralnego elementu a także bardziej tradycyjnego układu “H” z jednym, dzielonym usterzeniem poziomym i dwoma dzielonymi powierzchniami pionowymi. Wszystkie proponowane modyfikacje zachowują drugą funkcję usterzenia – funkcję tylnego podwozia. Zmiana symetrycznego zaklinowania powierzchni sterowych pozwala na zachowanie wysokich wartości pochodnej momentu odchylającego względem kąta wychylenia steru do wartości kąta natarcia kadłuba równego 30°. Potencjalnym efektem szkodliwym tego rozwiązania może być zmiana momentu pochylającego w czasie operacji zmiany zaklinowania steru. Z tego powodu takie rozwiązanie powinno być zastosowane z usterzeniem dzielonym na statecznik i ster razem z dodatkowym mechanizmem dopasowującym symetryczne wychylenie steru do nowego kąta zaklinowania statecznika w celu utrzymywania stałego momentu pochylającego. Pozostałe dwa warianty - dodatkowa trzecia powierzchnia sterowa w płaszczyźnie symetrii i klasyczne usterzenie w układzie “H” są prostsze w działaniu i bezpieczniejsze, szczególnie układ “H” który utrzymuje wysoką sterowność kierunkową na dużych kątach natarcia kadłuba, do 30°. Wersja z dwoma powierzchniami w układzie odwróconego “V” i dodatkową, centralną powierzchnią sterową ma ograniczoną skuteczność na dużych kątach natarcia z powodu ograniczeń geometrycznych i konstrukcyjnych, limitujących rozmiar dodatkowej, centralnej powierzchni.