Horizontalni rep

Horizontalni rep aviona P-51, prikazan je u roze boji.

Horizontalni rep, poznat i kao horizontalni stabilizator, mala je aerodinamička uzgonska površina, a nalazi se na završnom delu trupa, iza glavne uzgonske površine, to jest krila letelice. Nisu svi aviona sa fiksnim krilom sa horizontalnim repom, ima ih i sa kanardom. Postoje i avioni bez ijednog i drugog, to je koncepcija „leteće krilo“. Namena horizontolnog repa je obezbeđenje stabilnosti i upravljivosti letelice. Stabilnošću doprnosi preko prirasta korektivnog prirasta uzgona, koji je izazvan odstupanjem letelice od ravnotežnog režima leta. Ta korekcija prirasta uzgona vraća letelicu prema prethodnom stanju (položaju). Pri želji izmene položaja letelice (manevru), otklonom celog ili dela horizontalnog repa (krmila), generiše se prirast uzgona na njemu, koji vrši prinudu za zauzimanje novog željenog položaja.

Tipovi horizontalnog repa

Horizontalni rep se sastoji od fiksnog stabilizatora i pokretnog krmila.

• Broj mogućnost je stim aerodinamičkim površinama - od 0 do 3 (bez repa, kanard, na repu trupa),
• Po visini mogu biti postavljene površine - najviše, srednje i nisko na trupu.
• Fiksna površina, stabilizator i pokretno krmilo, ili jedinstven, kombinovan u celoobrtni (J-22 orao).

Neke lokacije ugradnje su dobile i posebne nazive:

• Unakrsni, srednje postavljen vertikalni rep (Si hok, Karavela SE-210)
• T-rep, visoko postavljen vertikalni rep (Gloster jevelin, Boing 727)

Postavljen na trup	Krst	T-rep	Celoobrtni horizontalni rep

Izbor tipa horizontalnog repa zavisi od koncepcije, namene i kriterijuma optimizacije projekta kompletne letelice. Zahteva se efikasan horizontalni rep, male mase, malog otpora, pogodan za ispunjenje uslova krutosti i čvrstoće i jednostavan za proizvodnju. Na izbor po visini, dominantno utiču međuuticaji trupa i krila ispre. Za krozvučne i nadzvučne brzine je obavezan celoobrtni, zbog velikog pomeranja centra potiska (pa i velike promene šarnirnog momenta) u funkciji promene Mahovog broja.

Uravnoteženje aviona horizontalnim repom.

Korišćene oznake

$\ m$	[kg]	masa
$\ g$	[m/s2]	ubrzanje zemljine teže (gravitacija)
$\,M$	[–]	Mahov broj
$\,R_{z}$	[N]	Uzgon aviona na određenom napadnom uglu
$\,{R_{z}}_{r}$	[N]	Ravnotežni uzgon aviona
$\,{\Delta }{{R_{z}}_{H}}$	[N]	Prirast generisanog uzgona horizontalnog repa
$\,X_{a}$	[m]	Rastojanje uzgona $\,R_{z}$ i težišta aviona
$\,L_{H}$	[m]	Rastojanje uzgona na horizontalnom repu i težišta aviona

Ranoteža u uzdužnom kretanju

$\,mg=\,{R_{z}}_{r}=\,R_{z}-\,{\Delta }{{R_{z}}_{H}};\qquad \,{\Delta }{{R_{z}}_{H}}\cdot \,L_{H}=\,R_{z}\cdot \,X_{a}$

Stabilnost

Krilo sa konvencionalnim aeroprofilom daje negativan doprinos uzdužnoj stabilnosti. To znači da svaki poremećaj (kao što je neka intervencija pilota, ili uzburkana atmosfera), podiže ili spušta nosni deo aviona dodatno generiše porast uzgona koji vrši prinudi za produbljavanje toga podizanja ili spuštanje „nosa“. Sa tim poremećajima, prisustvo horizontalnog repa i prirast uzgona na njemu, koji deluje na značajnom kraku od težišta aviona, stvara suprotni moment suprostavljanja tome poremećaju. Taj moment deluje tako što spušta „nos“, ako ga poemećaj podiže i obrnuto, podiže ga ako ga poremećaj spušta. Na taj način horizontalni rep letelice poseduje stabilizirajući doprinos u njenom celom sklopu. Ovakvo razmatranje je u domenu teorije uzdužne statičke stabičlnosti letelice.

Horizontalni rep (celoobrtni), na avionu Erbas A320 familija.

Prigušenje

Uzdužna statička stabilnost leteli jeste neophodan ali nije dovoljan uslov za ispunjenje zahteva stabilnosti i upravljivosti za klasični avion. Međuti, u ovom procesu poremećaja i uravnotežavanja letelice u okruženju fluida ista osciluje (sve dok se eventualno ne smiri), pri tome usled njenog lučnog kretanja i horizontalni rep dobija lučnu komponentu, pri tome isti izaziva prigušenje. Ovo je izazvano relativnom komponentom strujanja vazduha na horizontalni rep, dok avion rotira oko svoje poprečne ose, koja prolazi kroz težište, u pravcu raznmaha krila. Na primer, kada avion osciluje, ali je trenutno usklađen sa željom pilota što se tiče opšteg režima leta, horizontalni rep i dalje je izložen relativnoj komponenti vazdušnog strujanja, u smislu suprostavljanja tim oscilacijama. Učešće horizontalnog repa u doprinosu prigušenja izražava se kao ive u aerodinamici pomoću bezdimenzionih koeficijenata, a u ovom sluju, tako zvanih derivativa stabilnosti.

Uzgon

U zavisnosti od projekta vazduhoplova i režima letenja, njegov horizontalni rep može da stvori pozitivan (dejstvo nagore) ili negativan uzgon (dejstvo nadole). Pretpostavlja se da je to uvek dejstvo nadole i da je to deo neto uzgona na stabilnom avionu, ali to nije istina.

Na nekim pionirskim projektima, kao što su Bleri XI, težište je između centra potiska krila i horizontalnog repa, koji takođe generiše pozitivni uzgon. Međutim, ova konfiguracija je nestabilna i takvi projekti su imali ozbiljne probleme u upravljanju. Zahtevi za stabilnost, nisu se potpuno shvatili sve do neposredno pre Prvog svetskog rata, kada se pomeranjem težišta unapred pomeranjem tegova sve do postizanja da na horizontalnom repu nastane nulta ravnotežna sila, što je dovelo do stabilnijeg ponašanja letelice. Kasniji tipovi aviona koji su imali pozitivni ravnotežni uzgon horizontalnog repa, uključujući Čarlsa Lindberga avion i Sopvit kamel. Ovi avioni su imali reputaciju da su teški za letenje. Ali sa pažljivim otklanjanjem horizontalnog repa može se stabilizirati. Primer je nemački avion na raketni pogon Bahem Ba 349, koji se uravnotežavao sa otklonom repa i uspevao se stabilisati i upravljati u letu.

Kasnije se kod modernih konvencionalnih aviona, standardizovano da se težište postavlja ispred aerodinamičkog centra aviona. U tome slučaju, pri prirastu uzgona usled poremećaja aviona, krilo se rotira, odnosno ceo avion, oko težišta u smeru smanjenja napadnog ugla i generisanje pada uzgona usled prirasta suprostavljajućeg momenta horizontalnog repa $\Delta {{R_{z}}_{H}}\cdot \,L_{H}$. Taj proces vraća odnosno stabilizuje avion oko nominalnog stanja (vidi šemu desno iznad.). Nedostatak je porast otpora, u ovom procesu uravnoteženja. Zapravo, generisani prirast uzgona na horizontalnom repu se uduzima od uzgona aviona, te isti mora preći na veći napadni ugao da bi zadržao isti ravnotežni, za uravnoteženje težine. To izaziva veći indukovani otpor i na krilu i na horizontalnom repu, pa i ukupni celog aviona.

Veštačka stabilnost

Kod savremenih aviona, primenjuju se električne komande leta, u okviru kojih su digitalni moćni računari, s kojima se modeliraju karakteristike stabilnosti i upravljivosti prema zadatom u definisanom softveru. Ti avioni se namerno projektuju statički nestabilni ili na nekim režimima leta blago stabilni, s čime se ne pojavljuje parazitni otpor pri njihovom uravnoteženju.

Jedan je od prvih primera je pojava američkog aviona F-16. Kasniji svi avioni 4. i 5. generacije, sa horizontalnim repom, primeri su za taj prilaz.

Udarni talasi

Glavni članci: Aerodinamika i Mahov broj

Udarni talas iznad krila se kreće unazad kako brzina aviona približava brzini zvuka.

U krozvučnoj oblasti brzina, aerodinamički centar aviona se pomera unazad, pa rezerva statičke uzdužne stabilnosti raste. Ovo izaziva težnju aviona da se naginje „nosom“ nadole. Pojavljuju se lokalni udarni talasi, režim leta je u kompresibilnom fluidu. Za uravnoteženje aviona u tome slučaju potrebna je veća sila na horizontalnom repu nadole. Za to nije dovoljno efikasna horizontalna krma, pogotovo što je i ona izložena lošem opstrujavanju odcepljene struje vazduha, pa se za avione s tim brzinama prelazi na projekat sa celoobtnim horizontalnim repom. U početku su avioni sa klasičnim horizontalnim repom, koji su postizali te krozvučne brzine u obrušavanju, imali na brzinomeru ograničavajuću „crvenu crtu“, za upozorenje pilota da ne sme prekoračiti limitiranu brzinu. Tipičan primer je američki avion F-84, koji je dugo bio i u operativnoj upotrebi u RV i PVO. Bilo je više katastrofa zbog prekoračenja limitirane brzine leta.

Upravljanje

Na horizontalnom repu postoji način (sredstvo), kojim je omogućeno pilotu da upravlja s njegovim uzgonom, u funkciji upravljanja avionom. Rezultat izmene uzgona horizontalnog repa je podizanje ili spuštanje „nosa“ aviona, s čim se menja režim leta aviona. Promena uzgona konvencionalnog horizontalnog repa se generiše otklonom njegovog obrtnog dela u predelu izlazne ivice, a taj de njegove površine se naziva horizontalna krma. U krozvučnom i nadzvučnom letu, to je rešenje problematično, te se isključivo koristi celoobrtni horizontalni rep.

Vidi još

• Vertikalni rep
• Krilo
• Kanard
• Trup (avion)