История данного проекта берет свое начало с начала 80-х годов. На экспериментальном машиностроительном заводе имени В. М. Мясищева проводились проектно-поисковые работы по разработке концепции новой авиационной транспортной системы большой грузоподъемности.
В начале 80-х годов прошлого века аналогичные работы проводились в нескольких авиационных конструкторских бюро и конечно же в научном центре отечественной авиации ЦАГИ.
О концепции тяжелого транспортного самолета, разработанного в ЦАГИ достаточно известно в авиационных кругах, автором разработки был руководитель проектных исследований Ю. П. Журихин.
Демонстрационная модель транспортной системы ЦАГИ неоднократно демонстрировалась на международных авиационных выставках.
Проектные разработки ЭМЗ им. В. М. Мясищева проводились в рамках темы, получившей индекс «52». Они проводились под руководством главного конструктора ЭМЗ В. А. Федотова, руководителем темы на начальном этапе был заместитель главного конструктора Р. А. Измайлов. Ведущим конструктором по теме и по сути автором концепции был В. Ф. Спивак.
Концепция проекта «52» предусматривала создание унифицированного транспортного самолета с уникальными транспортными возможностями. Главной задачей проекта было обеспечение воздушного старта многоразового воздушно-космического самолета быстрого реагирования. Экономически было бы нецелесообразно создавать такой уникальный самолет со взлетной массой 800 т только для одной задачи. Поэтому с самого начала концепция проекта «52» предусматривала использование данного самолета и для уникальных транспортных операций в том числе для транспортировки военной техники и войсковых соединений, промышленных грузов сверх больших размеров и веса.
В основу проектной концепции «52» был положен принцип «нагрузка снаружи». Только этот принцип позволяет разместить совершенно разнородные по своим формам и габаритам нагрузки. В этом случае фюзеляж самолета практически вырождается как средство размещения нагрузки, поэтому сохранив минимально необходимый размер фюзеляжа можно было бы за счет этого значительно снизить массу конструкции самолета. Вот и все, казалось бы очень простая идея на основе которой и строится весь проект.
В данной статье мы не будем подробно рассматривать проект «52». интересующихся отошлем к многотомному изданию «Иллюстрированная энциклопедия самолетов ЭМЗ им. В.М. Мясищева», где достаточно подробно описана разработка проекта.
Автору этих строк пришлось непосредственно участвовать в данных работах, и в этой статье хотелось бы рассказать о тех проектах, или правильнее сказать идеях, которые также рассматривались в процессе проработки концепции, но не получили развития и не были проработаны достаточно подробно.
Сама идея создания супертяжелого транспортного самолета не возникла сама по себе. Министерством авиационной промышленности (МАП) ставилась конкретная задача транспортировки крупногабаритных грузов в интересах народного хозяйства страны.
СССР с его огромными территориями и разбросанными по всей стране крупными промышленными центрами нуждался в решении данной проблемы, ведь очевидно, что экономически выгоднее перевозить уже готовые и собранные агрегаты.
Атомные реакторы, конвекторы металлургического производства, газгольдеры и ректификационные колонны химического производства и многие другие грузы все они при транспортировке в сборе «по воздуху» могли быть достаточно быстро введены в строй, а это значит меньшие сроки и соответственно меньшие затраты.
Любая транспортная операция «по земле» это целое событие для многих транспортных служб. Детальная проработка маршрута, снос мостов и эстакад, линий электропередач если они мешают транспортировке и так далее... Это сроки, это затраты, это в некоторых случаях просто неразрешимая проблема.
Для транспортировки предназначались грузы массой от 200 до 500 т, с габаритными размерами диаметром от 3-х до 8 м, длинной от 12 м до 50 м. Совершенно ясно, что конечно же не все из предлагаемых грузов могли быть транспортированы по воздуху, однако проект «52» большую часть грузов смог бы перевезти будь он реализован.
Так возникла идея не просто уменьшить размер фюзеляжа до минимально возможного, а вообще отказаться от него. Почему бы не заставить «работать» сам перевозимый груз? На эту идею натолкнуло то, что многие грузы, предназначенные для транспортировки выглядели как вытянутые цилиндрические тела, то есть были похожи на фрагмент фюзеляжа.
Конечно сам груз, материал из которого он был изготовлен и его конструктивное исполнение должны были удовлетворять условиям прочности при установке его на самолете. Включение груза в силовую схему самолета обещало существенный выигрыш в весовой отдаче самолета и соответственно повышало его транспортную эффективность.
Каким же образом можно включить в силовую схему транспортного самолета сам перевозимый груз? Очень просто, нужно сделать перевозимый груз крылатым! Есть такая аэродинамическая схема самолета называемая «тандем». В данной схеме несущая система самолета состоит из пары крыльев, расположенных тандемно друг за другом с продольным разносом. Перевозимый груз располагается между крыльями как раз в центре тяжести всей несущей системы самолета, все очень просто, хотя хорошо известно какую большую проблему представляет решение проблемы центровки тяжелого груза.
Тандемная схема имеет несколько большую площадь несущей системы самолета по сравнению с классической схемой, однако данная схема оказывается наиболее приемлемой для задач транспортировки грузов.
Оба крыла создают подъемную силу не теряя при этом подъемную силу на продольную балансировку, присущую классической схеме самолета. Оптимальная профилировка обоих крыльев и деградация их углов установки позволяют минимизировать отрицательное влияние интерференции крыльев и значит снизить аэродинамические потери.
Один из вариантов самолета-тандема представлял собой две независимые секции, имеющие полноценное крыло с механизацией передней и задней кромок. Крыло передней секции выполнено по низкопланной схеме, для уменьшения влияния скоса потока на заднее крыло. Сверху крыла передней секции на вертикальных пилонах установлены двигатели силовой установки. Пилонная подвеска двигателей считается достаточно универсальной, позволяющей в процессе разработки варьировать необходимое количество двигателей.
Расположение двигателей над верхней поверхностью крыла позволяло использовать эффект повышения подъемной силы крыла за счет обдувки струей двигателей (эффект Коанда). Вследствие большей нагруженности переднего крыла, переднее крыло было выполнено несколько меньшей площади по сравнению с задним крылом.
Передняя секция оборудована своим шасси - основным, состоящим из двух четырех колесных основных опор и двух двухколесных подкрыльных опор. Разнос основных и подкрыльных опор шасси вдоль продольной оси самолета обеспечило продольную устойчивость передней секции на аэродроме в отстыкованном положении.
Сверху передней секции за кабиной экипажа располагается лицом назад остекление кабины операторов нагрузки, которые следят в процессе полета за состоянием груза и систем крепления перевозимой нагрузки.
Задняя секция самолета-тандема аналогична передней. Крыло задней секции верхнерасположенное, несколько большего размаха. На заднем крыле установлены шайбы вертикального оперения. Вследствие малого эффективного плеча вертикальное оперение выполнено большой площади, двухкилевым.
Задняя секция самолета-тандема не имеет двигателей, шасси выполнено аналогично передней секции. Из-за высокого расположения крыла на задней секции, подкрыльные шасси крепятся к шайбам вертикального оперения.
Важной особенностью схемы «тандем» является также то, что при отрыве самолета от взлетной полосы самолет взлетает плоско-параллельно, практически без угла тангажа, эта особенность «тандема» как нельзя лучше подходит при транспортировке длинных грузов, так как подрыв самолета на взлете с длинным грузом на внешней подвеске для самолета классической схемы становится проблематичным.
Для крепления различных грузов предусматривались переходные кольцевые фермы, адаптированные к конкретной нагрузке.
С целью повышения транспортной эффективности самолета-тандема предполагалось использование также пассажирского модуля, замыкаемого между передней и задней секциями самолета.
Размыкаемая схема самолета-тандема позволяла приспосабливать самолет к нагрузке различной длины, это делало самолет эффективным транспортным средством. В случае перегона самолета порожняком, обе секции стыковались посредством стыковочных кольцевых ферм.
Менее радикальной выглядела схема самолета-тандема с ферменным фюзеляжем.
Принципиально идея концепции сохранялась прежней, однако фюзеляж все-таки сохранялся, правда, в несколько экзотическом виде - две фюзеляжные балки в виде пространственных ферм. Особенностью данной схемы самолета-тандема было то, что заднее крыло со своими опорами шасси и узлами крепления грузов могло перемещаться вдоль ферм до нужного положения в зависимости от размеров перевозимого груза и его центровки. Во всем остальном концепция повторяла первую схему. Совершенно очевидно были видны недостатки данной схемы, но положительным было уже только то, что поиск дальнейших продуктивных идей лежал через эти схемы.
Схема «тандем» еще не исчерпала себя, быть может она найдет себе достойное применение в самом ближайшем будущем, поживем увидим.
Источник. В. Погодин Валерий Погодин. Тандем - новое слово в авиации? Крылья Родины 5/2004
Я отношусь к той категории моделистов, которым интересно самим сконструировать и построить самолет, а потом получать удовольствие от управления им. Но главное удовольствие - от результата творческого поиска.
Отлетав несколько сезонов на самодельном Diamant-е с OS MAX 50, стало немного скучно. Было понятно, что может самолет, и что могу я. Конечно, можно было заняться оттачиванием навыков 3D пилотажа, но душа просила чего-то необычного. Хотелось построить самолет, которого нет ни у кого, и который обладал бы уникальными, присущими только ему, пилотажными возможностями.
Попытка 1
Посмотрел, как летают радио бойцовки, появилась идея построить фанфлай типа "летающее крыло". Сказано-сделано. Начерчен чертеж, проработана компоновка, и вот самолет готов.
- Размах: 1450 мм
- Длинна: 1000 мм
- Вес: 2000 г
- Двигатель: OS MAX 50
Выезжаю на поле и понимаю, что ничего интересного я не построил. Да, летит, да, крутит какие-то фигуры. Но ничего интересного, все как обычно, даже немного скучно.
Проанализировав ситуацию, понимаю, что так и должно было быть… Классическая схема и схема "летающее крыло" отработаны до мелочей, и ничего нового предложить не могут. Начался творческий застой…
Находясь в кризисе, листаю старые журналы и натыкаюсь на модель схемы "Утка". Это уже становится интересно.
Идея
Схема утка обладает одной интересной особенностью. Рулевые поверхности расположены перед и за центром тяжести. Соответственно если смикшировать руль высоты с элеронами и сделать это как на кордовой пилотажке, то разворачивающий момент от рулей высоты будет приложен спереди и сзади центра тяжести. Это в свою очередь позволит выполнять петли очень малого радиуса. Также было известно из большой авиации то, что эта схема очень стабильно ведет себя на срывных режимах. Вот только толкающий винт расположенный сзади не способствовал выполнению 3D пилотажа.
Вывод напрашивался сам собой, двигатель надо поставить спереди, но тогда возникали проблемы с центровкой. Так как основное крыло расположено сзади (в отличие от классической схемы, где стабилизатор не несет вес самолета, у схемы утка он создает подъемную силу), а центр тяжести находится в пределах 10-20% САХ, сбалансировать эту конструкцию не было возможности. Опять тупик.… Листая дальше журналы, нахожу старый номер "Крылья Родины", в котором рассказывается о самолетах особых схем, и в их числе приведена схема "Тандем". А самое интересное в том, что там даны формулы расчета положения центра тяжести. Выдержку из этой статьи я и привожу.
Выдержка из статьи в журнале "Крылья родины" за февраль 1989 года.
При полете на больших углах атаки перед сваливанием срыв потока должен наступать в первую очередь на переднем крыле. В противном случае самолет при сваливании будет резко задирать нос, и переходить в штопор. Это явление называется "подхватом" и считается совершенно недопустимым. Способ борьбы с "подхватом" на "утке" и "тандеме" найден давно: необходимо увеличить угол установки переднего крыла по отношению к заднему, причем разница в углах установки должна составлять 2-3 градуса.
Правильно спроектированный самолет автоматически опускает нос, переходит на меньшие углы атаки и набирает скорость, тем самым реализуется идея создания несваливаемого самолета. У "стандартной утки" (площадь горизонтального оперения 15-20% от площади крыла и плечом оперения, равным 2.5-3 САХ) центр тяжести должен располагаться в пределах от 10 до 20% САХ. У тандема центровка должна быть в пределах 15-20% В экв (хорды эквивалентного крыла) смотри рисунок. Хорда эквивалентного крыла определяется следующим образом:
В экв = (S п +S з)/(l п 2 +l з 2) 1/2
При этом расстояние до носика эквивалентной хорды равняется:
Х экв = L/(1+S п /S з *К)-(S п +S з)/(4*(l п 2 +l з 2) 1/2)
Где К – коэффициент, учитывающий разность углов установки крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом, равняется:
К = (1+0,07*Q)/((0.9+0.2*(H/L))*(1-0.02*(S п /S з)))
В приведенных формулах:
- S п - площадь переднего крыла.
- S з - площадь заднего крыла.
- L - аэродинамическое плечо тандема.
- l п - размах переднего крыла.
- l з - размах заднего крыла.
- Q - превышение угла установки переднего крыла над задним.
- H - расстояние по высоте между осью переднего и заднего крыльев.
Окончательный вариант
Теперь общая идея сформировалась. Двигатель ставим спереди, крылья делаем одинаковыми, а приемник и аккумулятор сдвигаем в хвост самолета.
Привод элеронов на переднем и заднем крыльях раздельный. Всего используется 6 рулевых машинок.
Сразу строить самолет под 50-ый мотор было страшно. Оставался непонятным целый круг вопросов: на каком крыле делать элероны, а на каком руль высоты или на том и другом; какие углы атаки должны быть у крыльев; насколько крылья должны быть разнесены друг от друга; и, вообще, будет ли это летать?
Но творческий зуд захватил разум, и все сомнения были отброшены. Строю "Тандем" под 25-ый мотор. На нем и проверю, как это летит…
Попытка 2
Модель прорисована, начерчена и построена. Получилось следующее.
- Размах обоих крыльев: 1000 мм
- Длинна: 1150 мм
- Хорда крыла с элероном: 220 мм
- Расстояние между крыльями: 200 мм
Переднее крыло ставилось ниже оси двигателя на 20 мм, заднее выше на 20 мм. Крылья были абсолютно одинаковыми и взаимно заменяемыми, только на одном крыле были сделаны элероны, а на другом руль высоты.
Полет
Первый полет только добавил уверенности в правильности направления поиска. Модель была абсолютно предсказуема и адекватна в воздухе, стабильна на малых скоростях и самопроизвольно не валилась в штопор. Схема с рулем высоты на переднем крыле показала себя с лучшей стороны по отношению к схеме, когда руль высоты находился на заднем крыле. Это обусловлено тем, что на малых скоростях он выполнял роль закрылков, увеличивая подъемную силу на переднем крыле.
Решено! Изучаю поведение этой модели в воздухе и начинаю строить модель под 61 мотор. Пока строится большой самолет, летаем на маленьком. В процессе полетов находим еще одну интересную особенность модели. Она могла остановиться и стоять в воздухе против ветра. При перетягивании ручки на себя на малом газу она проявляла склонность к парашютированию.
Получилось следующее:
- Размах: 1400 мм
- Длинна: 1570 мм
- Хорда с элероном: 300 мм
- Расстояние между крыльев: 275 мм
Первый полет осуществляю с элеронами на заднем крыле и рулем высоты спереди.
Впечатления:
Устойчив, стабилен на всех скоростях, весьма предсказуем. Однако в полете большой модели открылась одна особенность. Самолет очень чутко реагирует на руль высоты. То есть, вывел его в горизонтальный полет, оттримировал на среднем газу - летит ровно и устойчиво, но стоит тронуть ручку высоты, и он резко, но на небольшой угол, меняет направление полета. Не то чтобы это напрягало или было опасно, просто надо учесть, что модель очень чутко реагирует на руль высоты.
Для учебного самолета это конечно неприемлемо, но ведь у нас FAN рассчитанный на продвинутого пилота.
Теперь пробую смикшировать руль высоты и элероны. То есть, когда тяну ручку на себя на переднем крыле, оба элерона идут вниз, а на заднем вверх. А вот, когда даю крен, элероны работают параллельно на обоих крыльях.
Неустойчивое поведение модели в горизонтальном полете, скорее всего, было связано с неправильными углами установки крыльев. К сожалению, изменить их без существенной переделки не было возможности.
Модель окончательно настроена, пробую, что она может в воздухе.
- Убираю газ. Тяну ручку на себя (зажатые расходы). Модель сбавляет скорость почти до остановки, потом плавно клюет носом, разгоняется и повторяет то же самое. Никакой тенденции к штопору. То есть, если специально не срывать поток с крыла, то срыв происходит очень плавно и тут же с набором скорости восстанавливается.
- Убираю газ. Тяну ручку на себя (полные расходы). Модель останавливается в воздухе и, сохраняя горизонтальное положение, начинает, как парашют опускаться вниз. Фигура "парашют". Даю ручку от себя – она переворачивается на спину и продолжает свой спуск вертикально вниз (просто чума какая-то). Фигура "перевертыш". То есть модель способна управляться рулями в режиме 100% срыва потока с несущих плоскостей!
- Расходы на максимум – кручу петлю. Правда, петлей это нельзя назвать. Скорее это классический "водопад" из 3D комплекса. Модель крутится вокруг фонаря, при этом медленно снижаясь. Причем работать газом не требуется. И очень легко меняется направление вращения при перекладке рулей. Фигура "шейкер".
- Делаю "парашют" и отклоняю руль поворота. Получаю очень медленный плоский штопор - фигура "сухой лист".
- Такая фигура как "хариер" переходит в разряд детских.
- "Квадратная петля" получается именно квадратной, поскольку радиусы поворота на углах почти не читаются.
Описывать фигуры можно еще очень долго. Скажу только одно. Этот самолет может больше, чем я, и способен научить продвинутого пилота еще нескольким новым фигурам недоступным на обычной технике. И особенно хочется отметить прогнозируемость и стабильность самолета, что бы вы с ним не вытворяли.
Кажется, я получил то, что ХОТЕЛ!
Попытка 4
Хоть второй и третий самолеты показали отличные летные данные, но остался еще один очень важный вопрос: какие оптимальные углы атаки у крыльев? Для решения этой задачи было решено построить модель под 50-ый мотор, с возможностью изменять угол атаки крыльев на земле. К тому же, модель №3 была разбита из-за отказа аппаратуры.
Также было решено поставить переднее крыло выше оси двигателя, а заднее ниже (на предыдущей модели было наоборот, просто хотелось проверить - скажу сразу, каких либо изменений в поведении модели я не заметил.) и сделать небольшой скос по передней кромке, переднее крыло получило неявно выраженное положительное "V", а заднее отрицательное "V". Это должно было придать стабильности на малых скоростях в прямом и обратном пилотаже соответственно.
Подробно останавливаться на описании конструкции и процессе изготовления не буду. Она ничем не отличается от обычного Фанфлая и понятна из фотографий.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У «стандартной утки» с площадью горизонтального оперения (переднего крыла) в пределах 15...20% площади основного крыла и плечом оперения, равным 2,5...3 В Сах (средней аэродинамической хорды крыла), центр тяжести должен располагаться в пределах от - 10 до - 20%ВСАХ. В более общем случае, когда переднее крыло по параметрам отличается от оперения «стандартной утки», или у «тандема» для определения требуемой центровки удобно услов« но привести эту компоновку к более привычной для понимания нормальной аэродинамической схеме с условным эквивалентным крылом (см. рис.).
Центровка, как и в случае нормальной схемы, должна лежать в пределах 15...25% ВЭКВ (хорды условного эквивалентного крыла), которая находится следующим образом:
При этом расстояние до носка эквивалентной хорды равняется:
Где К - коэффициент, учитывающий разность углов установки крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом, равняется:
Учтите, что эмпирические формулы и рекомендации по определению центровки достаточно приблизительны, поскольку взаимное влияние крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом рассчитать трудно, точно это определяется только по продувкам. Авиаторам-любителям для экспериментальной проверки центровки самолета необычной схемы рекомендуем пользоваться летающими, в том числе и кордовыми, моделями. В практике авиастроения такой метод иногда применяется. И в любом случае для самолета любительской постройки центровку, определенную по формулам, следует уточнить при выполнении скоростных рулежек и подлетов.
по материалам: СЕРЬЕЗНОВ, В. КОНДРАТЬЕВ "В НЕБЕ ТУШИНА - СЛА" "Моделист-Конструктор" 1988, №3
САМОЛЕТЫ СХЕМЫ "УТКА"
Так как первый взлетевший летательный аппарат тяжелее воздуха-самолет братьев Райт "Флайер" (1903 год) - построен по схеме, которая сегодня известна под названием "утка", представляется логичным начать повествование о летательных аппаратах нетрадиционных схем с самолетов этого класса.
ОШИБОЧНЫЙ ТЕРМИН
Во-первых, термин "утка" - ошибочный. Под "уткой" в авиации общепринято понимать самолет, горизонтальное оперение которого-стабилизатор и рули высоты-расположено перед крылом, а не позади него. Этот термин может быть с таким же успехом применен и к дирижаблям, и к планерам. В частности, первые модели жестких дирижаблей Цеппелина оснащались расположенными впереди горизонтальными поверхностями управления в дополнение к традиционным хвостовым.
Обычно термин "утка" подразумевает расположение в передней части летательного аппарата основных, а не вспомогательных средств аэродинамического управления.
Этот термин появился впервые во Франции; его происхождение, вероятно, связано с тем, что крыло летящей утки находится ближе к ее хвосту, чем к голове, а вовсе не потому, что эта птица управляет своим полетом с помощью специального органа, расположенного перед крылом. Летательные аппараты этой схемы получили довольно широкое распространение.
Многие самолеты схемы "утка" можно рассматривать как самолеты с тандемными крыльями, переднее крыло которых относительно мало. В этом случае переднее горизонтальное оперение (ПГО), состоящее обычно из неподвижных (стабилизаторы) и подвижных (рули высоты) поверхностей, несет значительную часть аэродинамической нагрузки.
В последние годы термин "утка" стал применяться для описания самолетов, оснащенных вспомогательными поверхностями аэродинамического управления, установленными на носовой части, вообще говоря, самолетов довольно традиционных схем (а также некоторых самолетов с треугольным крылом), для обеспечения балансировки летательного аппарата или управления обтекающим его потоком, а не для осуществления основного управления или создания части суммарной подъемной силы, как это бывает на классической "утке".
ПОЧЕМУ ПЕРЕДНЕЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ОПЕРЕНИЕ?
До того, как братья Райт непосредственно приступили к созданию самолета, они
Во-первых, братья Райт прекрасно понимали функции "горизонтального руля" при управлении
положением самолета в пространстве и считали, что расположенное впереди оперение будет выполнять
такие функции более эффективно, чем хвостовое. В этом они оказались правы, но недостатков такого
технического решения они, конечно же, не знали.
Второй основной причиной их выбора было место проведения первых полетов, которые выполнялись с песчаной площадки, и поэтому отсутствовала возможность использования шасси колесного типа. И созданные ранее планеры, и первый "Флайер" оснащались полозковым шасси, при котором фюзеляж самолета располагался очень близко к земле. В то же время братья Райт понимали необходимость большого угла атаки при взлете и посадке. Низкосидящая машина типа "Флайера" наверняка цепляла бы хвостовым оперением за землю, если бы оно было выбрано; поэтому конструкторы отказались от такого решения. Они установили в хвостовой части своего летательного аппарата вертикальный киль. Балки, поддерживающие киль, оснащались шарнирами и с помощью тросовой проводки могли отклоняться вверх, не оказывая влияния на управляемость самолета, так как киль не отклонялся относительно набегающего потока.
ДОСТОИНСТВА
В современном понимании главным преимуществом аэродинамической схемы "утка" считается повышение маневренности самолета, что привлекает к этой схеме создателей военной техники. Более высокие маневренные качества самолетов такой схемы оказались очень полезными в совершенствовании характеристик некоторых из созданных в последнее время ультралегких летательных аппаратов.
Еще одним преимуществом самолетов: схемы "утка" считается то, что практически всегда можно построить такой летательный аппарат с естественной противоштопорной защитой: срыв воздушного потока на ПГО происходит раньше, чем на крыле, создающем большую часть подъемной силы, поэтому нос самолета в этом случае слегка опускается, и машина возвращается в нормальный полет.
НЕДОСТАТКИ
Существенным недостатком чсхемы "утка" является то, что летательным аппаратам этой схемы присуща продольная неустойчивость. Вместо того чтобы демпфировать движения самолета относительно поперечной оси (по тангажу), как это делает, например, оперение стрелы, воздействие воздушного потока на переднее горизонтальное оперение усиливает соответствующие возмущения.
В своих записках О. Райт отмечал, что устойчивость "утки" по тангажу определяется мастерством летчика. Опыт первых полетов показал, что в том случае, когда на переднем горизонтальном оперении создается значительная подъемная сила, она оказывает существенное влияние на балансировку самолета.
Срыв потока на ПГО вызывает примерно такое же воздействие на балансировку летательного аппарата, как, например, складывание пары ножек стола-две другие ножки продолжают поддерживать противоположный конец, и стол падает в ту сторону, где опора отсутствует.
Поэтому противоштопорные достоинства самолетов схемы "утка" довольно скоро поблекли.
Самолеты этой схемы практически полностью исчезли из практики авиастроения вплоть до того, как в начале второй мировой войны начали проводиться углубленные исследования "утки", нацеленные на поиск возможных путей повышения характеристик маневренности самолетов.
Однако и в этот период развития авиации не удалось реализовать достоинства этой схемы. Лишь в последние годы было создано несколько очень удачных самолетов схемы "утка", которые продемонстрировали преимущества этой схемы в некоторых специфических условиях применения авиационной техники.
Однако на этих самолетах уже применялись специальные средства предотвращения мощного срыва потока с ПГО. Это достигается путем увеличения критического угла атаки за счет выдува п отока на ПГО, использования аэродинамических профилей с различными несущими свойствами или применения ПГО в качестве лишь балансировочной поверхности (в этом случае ПГО не создает сколь-нибудь заметного вклада в подъемную силу), например, на самолетах с близким к треугольному крылом большой площади или самоле-тах-"бесхвостках" с крылом прямой стреловидности.
По схеме "утка" построены некоторые из современных ракет, но системы управления этих ракет обычно работают с использованием бортовых ЭВМ и автоматических средств повышения устойчивости, которые вырабатывают и осуществляют балансировочные команды, предотвращающие нарастание возмущений в канале тангажа.
Следует отметить, что все самолеты схемы "утка", реализованные в соответствии с техническим уровнем, достигнутым до 1960-х гг., стали сущим несчастьем. Как бы предвидя это, братья Райт уже в 1909 году (когда они стали использовать колесное шасси, позволяющее приподнять самолет от земли и обеспечить набор угла атаки на разоеге) отказались от ПГО и установили рули высоты в хвостовой части аппарата около руля направления.
Наиболее широкое распространение схема "утка" получила в области ультралегких летательных
аппаратов. Этот класс современных летательных аппаратов проделал своеобразный путь назад к
полетам того типа, которые выполняли братья Райт и которые характеризуются весьма ограниченным
скоростным диапазоном, ограниченной маневренностью и сравнительно небольшой полезной нагрузкой.
В период с 1980 по 1983 гг., вероятно, было спроектировано и построено больше самолетов
этой схемы, чем за всю предыдущую историю авиации.
Утка (аэродинамическая схема)
Rutan Model 61 Long-EZ. Пример самолёта построенного по аэродинамической схеме «утка».
«Утка» - аэродинамическая схема, при которой у летательного аппарата (ЛА) органы продольного управления расположены впереди крыла. Названа так, потому что один из первых самолёты, сделанных по этой схеме - «14-бис » Сантос-Дюмона - напомнил очевидцам утку: вынесенные вперед плоскости управления без хвоста сзади.
Преимущества
Классическая аэродинамическая схема ЛА имеет недостаток, называемый «потерями на балансировку». Это означает, что подьемная сила горизонтального оперения (ГО) на ЛА с классической схемой направлена вниз. Следовательно, крылу приходится создавать дополнительную подьемную силу (по сути, подьемная сила ГО складывается с весом ЛА).
Схема «утка» обеспечивает управление по тангажу без потерь подъемной силы на балансировку, т.к. подъемная сила ПГО совпадает по направлению с подъемной силой основного крыла. Поэтому ЛА, построенные по этой схеме, имеют лучшие характеристики грузоподьемности на единицу площади крыла.
Тем не менее, «утки» практически не используются в чистом виде из-за присущих им серьёзных недостатков.
Недостатки
Самолеты, построенные по аэродинамической схеме "Утка" имеют серьёзный недостаток, который называется «тенденция к клевку». «Клевок» наблюдается на больших углах атаки, близким к критическому. Из-за скоса потока за передним горизонтальным оперением (ПГО) угол атаки на крыле меньше, чем на ПГО. В результате по мере увеличения угла атаки срыв потока начинается сначала на ПГО. Это уменьшает подъемную силу на ПГО, что сопровождается самопроизвольным опусканием носа самолета - «клевком», - особенно опасным на взлете и посадке.
Пилоты, обученные летать на самолетах с классической аэродинамической схемой, при полетах на "утке" жалуются на ограничение обзора, создаваемого ПГО.
Также расположенное спереди подвижное горизонтальное оперение способствует увеличению эффективной площади рассеяния (ЭПР) самолета, а потому считается нежелательным для истребителей пятого поколения (примеры: американский F-22 Raptor и российский ПАК ФА) и разрабатываемого перспективного дальнего бомбардировщика (ПАК ДА), выполненных с соблюдением технологий радиолокационной малозаметности .
Биплан-тандем - «утка» с близкорасположенным передним крылом - схема, в которой основное крыло расположено в зоне скоса потока от переднего горизонтального оперения (ПГО). По такой схеме сбалансированы Saab JAS 39 Gripen и МиГ 1.44 .
Также различные разновидности схемы «утка» используются для многих управляемых ракет.
Литература
- Лётные испытания самолётов, Москва, Машиностроение, 1996 (К. К. Васильченко, В. А. Леонов, И. М. Пашковский, Б. К. Поплавский)
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Утка (аэродинамическая схема)" в других словарях:
Самолёта. А. с. характеризует геометрические и конструктивные особенности самолёта. Известно большое число признаков, по которым характеризуют А. с., но в основном их принято различать: по взаимному расположению крыла и горизонтального оперения… … Энциклопедия техники
аэродинамическая схема Энциклопедия «Авиация»
аэродинамическая схема - Рис. 1. Аэродинамические схемы самолёта. аэродинамическая схема самолёта. А. с. характеризует геометрические и конструктивные особенности самолёта. Известно большое число признаков, по которым характеризуют А. с., но в основном их принято… … Энциклопедия «Авиация»
