Wie hoch ist die durchschnittliche aerodynamische Belastung auf einer Steuerfläche eines Pendlerflugzeugs?

Ich denke, Sie möchten eigentlich nicht die Last wissen, sondern das Scharniermoment von Steuerflächen. Die Aktuatorlast ist das Gelenkmoment dividiert durch die Länge des Ruderhorns. Unten ist eine ziemlich schlechte Skizze für eine typische Querruderanlenkung, aber das Prinzip ist richtig ( Quelle ):

Er zeigt bereits eine beliebte Möglichkeit, Steuerkräfte zu reduzieren: Der Tab, eine kleine Hilfssteuerfläche, die sich gegen die „echte“ Steuerfläche bewegt. Dies verringert die Effektivität ein wenig, erzwingt jedoch eine Menge. Hier wird die Auslenkung der Lasche durch eine Feder in ihrem Gestänge gesteuert, was eine clevere Möglichkeit darstellt, ihre Auslenkung so einzustellen, dass die Betätigungskräfte über die Geschwindigkeit konstanter werden.

Eine andere Möglichkeit, die Steuerkräfte zu reduzieren, ist ein Horn: Eine Verlängerung der Oberfläche vor seiner Scharnierlinie, sodass die aerodynamischen Belastungen hier die auf der Oberfläche hinter der Scharnierlinie ausgleichen. Das Bild unten zeigt das linke Querruder des ATR-72 , das durch mechanisches Gestänge bewegt wird ( Quelle )

Auf diese Weise werden die Hublasten auf der Steuerfläche größtenteils vom Scharnier getragen und nur die Betätigungslasten müssen von der Steuerstange oder dem Aktuator getragen werden. Wenn Sie denken, dass Sie all diese raffinierten Tricks nicht brauchen, werden Ihr Aktuator und Ihr Hydrauliksystem viel schwerer als nötig.

Warum werden zwei unterschiedliche Methoden verwendet? Die Lasche reduziert die Belastungen aus Durchbiegungsänderungen, während das Horn auch diejenigen aus Anstellwinkeländerungen reduziert. Bei richtiger Dimensionierung treiben beide zusammen das Scharniermoment nahe Null.

Warum erkläre ich das alles? Es zeigt, dass es auf Ihre Frage keine einfache Antwort gibt. Vielmehr müssen Sie genau angeben, wie Ihre Steuerfläche aussieht und bewegt wird, und erst dann können Sie mit der Berechnung der Aktuatorlasten beginnen. Ich möchte auch zeigen, dass ein Unterschallflugzeug für 10 - 20 Passagiere mit manueller Steuerung perfekt fliegbar ist. Die ATR-72 benötigt Hydraulik nur für die Landeklappen, die Spoiler, die Bremsen und das Fahrwerk. Das Vermeiden von Hydraulik für primäre Flugsteuerungen ermöglicht es auch, mit einfacher Redundanz in seinem Hydrauliksystem davonzukommen .

Wie Sie angemerkt haben, sind bei der Dimensionierung von Stellantrieben viele komplexe Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Größe der Steuerfläche, der gewünschte Ablenkwinkel, der tatsächliche Ablenkwinkel, Scharniermomente, Grenzschichteffekte usw. Sie können eine grobe Annäherung erhalten Kraft auf die Oberfläche, aber beginnend mit der einfachen Definition

Wobei P der dynamische Druck, q und A die exponierte Steuerfläche ist. Auflösen nach Kraft ergibt:

Wobei A der Steuerflächenbereich ist und dessen Multiplikation mit dem Sinus des Ablenkwinkels die exponierte Fläche ergibt.

Für ein leichtes Transportflugzeug, beispielsweise eine Beech 1900 (19 Personen), hat der Aufzug eine Fläche von 19,3 Quadratfuß. Unter Verwendung der obigen Logik würde diese Oberfläche, wenn sie bei Reisegeschwindigkeit um 5 Grad abgelenkt wird, eine Kraft von ungefähr 421 lbf spüren. Ihre Stellantriebsdimensionierung muss letztendlich die oben genannten Parameter (und mehr) berücksichtigen, aber hoffentlich ist dies ein informativer Ausgangspunkt.