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»
После переделок самолет показал лучшие результаты. Разбег был 40 м, пробег 30 м, скорость - около 100 км/час, улучшилась устойчивость самолета в воздухе. Однако двигатель был ненадежен, и это ограничивало продолжительность полета до 8 мин и высоту до 100 м.
"Канар-2" . Учтя опыт постройки первого самолета, А. В. Шиуков стал проектировать в 1914 г. второй самолет той же схемы, по имеющий военное назначение, под двигатель "Гном" в 80 л. с. В проекте вертикальное оперение было двойным, разнесенным - для обзора вперед и для удобства установки пулемета и прицела. Начавшаяся постройка самолета проходила успешно, но вскоре она была прекращена, так как в первые дни войны А. В. Шиуков был призван в армию.
Самолет|| Шиукова
Год выпуска||1912
Двигатель, марка||
Мощность||50
Длина самолета, м||7,2
Размах крыла, м||8,2
Площадь крыла, м2||14,2
Масса пустого, кг||270
Масса топлива+ масла, кг||20+10
Масса полной нагрузки, кг||100
Полетная масса, кг||370
Удельная нагрузка на крыло, кг/м2||26
Удельная нагрузка на мощность, кг/лс||7,4
Весовая отдача, %||27
Скорость максимальная у земли, км/ч||100
Недавно французское издание Air&Cosmos опубликовало схемы якобы перспективного российского легкого истребителя пятого поколения, разработкой которого занимается самолетостроительная корпорация «МиГ». Издание также привело краткие характеристики, которыми, по его мнению, будет обладать новый боевой самолет. Мы решили разобраться, почему не стоит доверять французским изображениям российского истребителя, что такое российская школа проектирования боевых самолетов и на какой летательный аппарат все же может быть похожа новая разработка «МиГа».
Схемы перспективного самолета были опубликованы французским журналом 10 февраля 2017 года. Позднее материал с изображением и описанием нового истребителя удалили, однако в сети сохранились скриншот статьи и ее копия. На французской схеме был изображен самолет, выполненный по схеме «бесхвостка с передним горизонтальным оперением (ПГО)». Внешне она практически не отличима от схемы «утка». Самолеты обеих схем лишены хвостового горизонтального оперения и имеют небольшое крыло в носовой части.
На глаз разница заключается лишь в том, что «утка» имеет переднее горизонтальное оперение чуть большей площади. Дело в том, что самолету, выполненному по схеме «бесхвостка с ПГО», переднее горизонтальное оперение необходимо только для стабилизации при маневрировании и при полетах на большой скорости. У «утки» же переднее горизонтальное оперение выполняет функции отсутствующего заднего - выступает в качестве рулей высоты, направляя самолет вверх или вниз.
Новый российский самолет, согласно французской схеме, получит два киля, наклоненных в стороны от продольной оси фюзеляжа. Треугольное в плане крыло истребителя имеет большую площадь. На истребитель предполагается установить два реактивных двигателя. Наконец, на схеме между воздухозаборниками двигателей изображен прямоугольный выступ, вероятно обозначающий внутренний отсек вооружения - авиационных ракет и бомб. Внутреннее размещение оружия должно снизить заметность самолета для радара.
Согласно описанию, опубликованному Air&Cosmos, максимальная взлетная масса нового самолета составит 25 тонн. Истребитель будет оснащен двумя турбореактивными двухконтурными двигателями с форсажной камерой ВК-10 М - такие разрабатывались компанией «Климов» в конце 1990-х годов. Силовые установки способны развивать тягу в десять тонн (около 98 килоньютонов; на самом деле 11,5 тонны, или 112,7 килоньютона). Легкий истребитель сможет развивать скорость от 1,8 до двух чисел Маха (2,2–2,5 тысячи километров в час).
Предполагается, что с подвесными топливными баками новый российский истребитель сможет выполнять полеты на расстояние до четырех тысяч километров. По данным французского издания, прорабатывается и альтернативный вариант истребителя. Он получит один двигатель, вероятно, «изделие 30». Это двигатель второго этапа для перспективного российского тяжелого истребителя Т-50 (ПАК ФА), который будет устанавливаться на эти самолеты с 2025 года.
Предложенное французами описание довольно интересно, но скорее всего к действительности не имеет никакого отношения. Похожие технические характеристики пользователи форума «Стелс машины» обсудили еще в 2008 году, когда тогдашний начальник опытно-конструкторского бюро корпорации «МиГ» Алексей Литвинович объявил, что корпорация в инициативном порядке занимается разработкой аванпроекта легкого истребителя пятого поколения. Причем эти характеристики выдумал один из пользователей форума.
Но дело тут не в форуме и предполагаемых характеристиках, которые может придумать любой человек, немного интересовавшийся истребителями корпорации «МиГ». Дело в том, что по самому своему внешнему виду французский вариант российского истребителя не соответствует, скажем так, традиционным советским и российским боевым самолетам. При этом понятно, что свое предположение о внешнем виде нового самолета французы базировали не на пустом месте.
В 1980-х годах «МиГ» занимался разработкой многофункционального фронтового истребителя пятого поколения - МиГ-МФИ, сегодня также известного по названиям прототипов МиГ 1.42, МиГ 1.44 и МиГ 1.46. Подробнее об истории создания этого самолета и его возможностях можно прочитать в нашем материале «Утка-1 .44». Этот самолет проектировался по схеме «утка», поскольку считалось, что именно такая схема способна обеспечить боевому самолету высокую маневренность на больших скоростях полета.
Проект МиГ 1.44 закрыли в начале 2000-х годов. Вместе с ним под нож пошла и программа разработки тяжелого истребителя пятого поколения с крылом обратной стреловидности С-37 «Беркут», которой занималась компания «Сухой». Вместо двух новых истребителей российские власти решили получить один. Так появился проект Перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации, или проще говоря - ПАК ФА.
В августе 2015 года Сергей Коротков, занимавший тогда пост генерального директора «МиГа», объявил, что корпорация занимается разработкой легкого фронтового истребителя пятого поколения и планирует в ближайшее время представить проект Министерству обороны России. Он также отметил, что в новом проекте планируется использовать часть технологий, разработанных для МиГ-35 . Последний относится к поколению «4++». Это означает, что в нем используется часть технологий пятого поколения.
Можно было бы предположить, что в новом истребителе «МиГ» найдут применение наработки, полученные по проекту МиГ-МФИ. Отчасти это возможно, но с большой долей вероятности преемственность не коснется аэродинамической схемы самолета. Дело в том, что, помимо МиГ 1.44, российская компания проектировала и испытывала самолет схемы «утка» только один раз - в середине 1940-х годов. МиГ-8 был создан в единственном экземпляре и в серию не пошел. Боевые самолеты, выполненные по схеме «утка», на вооружении СССР и России не стояли.
МиГ-8 . Фото: alexandrkandry.narod.ru
С практической точки зрения это означает, что разработка нового самолета по схеме «утка» потребует существенных расходов на проектирование, длительные испытания и доводку конструкции, для проведение которых денег нет. Кроме того, принятие самолета новой схемы на вооружение потребует переподготовки летчиков, поскольку пилотирование «утки» существенно отличается от управления самолетом классической схемы. В частности, «утка» склонна к «клевку», то есть резкому опусканию носа при маневрировании.
Переподготовка части летчиков также потребует дополнительного финансирования. И она же повлечет за собой существенные риски - поскольку машина выполнена по новой схеме, опыта ее эксплуатации у военных нет. Это означает, что пока такой опыт будет копиться, несколько новых истребителей будут потеряны в разного рода авариях. Словом, «утка» - не вариант. Кроме того, с конца 1970-х годов российские авиаконструкторы (да и иностранные тоже), стараются придерживаться конструкции истребителей четвертого поколения.
До 1970-х годов советские истребители в подавляющем большинстве случаев комплектовались одним двигателем, который устанавливался внутри фюзеляжа. При этом воздухозаборник размещался в носовой части. В те времена конструкторы условно делились на два типа: на тех, кто верил, что характеристики самолета определяет двигатель, и на тех, кто утверждал, что характеристики самолета зависят от планера. Оба лагеря сошлись на том, что для уменьшения лобового сопротивления планер истребителя должен быть небольшим, и осевое расположение двигателя позволяло добиться этой цели. Так появились, МиГ-9 , МиГ-15 , МиГ-17 , МиГ-21 , Су-11 , Су-17 и некоторые другие.
К 1970-м несколько советских конструкторских бюро занялись разработкой управляемого ракетного вооружения, способного наводиться на самолеты противника. Кроме того, война во Вьетнаме, в которой использовались истребители-перехватчики на базе МиГ-17 , оснащенные радаром, показала, что лучшая осведомленность о других самолетах в воздухе летчикам только на пользу (тогда обычные истребители радарами не комплектовались).
Лучшим местом для установки радара оказалась носовая часть боевого самолета. Из-за этого пришлось подумать о перенесении воздухозаборника. При проектировании выяснилось, что просто сдвинуть воздухозаборник на самолете нельзя, поскольку нарушается балансировка. Тогда же советские военные высказались в пользу двухдвигательных боевых самолетов, объявив их более надежными, чем однодвигательные. Кроме того, появилось и стало активно развиваться понятие радиолокационной малозаметности.
Словом, с учетом множества факторов и пожеланий военных появилась советская, а затем и российская школа проектирования истребителей четвертого поколения. Ее отличительной, можно сказать, фирменной чертой являются: интегральная компоновка (фюзеляж плавно переходит в крыло), два двигателя в хвостовой части с воздухозаборниками под планером, выдающаяся вперед острая носовая часть, сдвинутое к хвостовой части крыло (для незначительной аэродинамической дестабилизации, повышающей маневренность), два киля.
При ограниченном финансировании еще советские конструкторские бюро Микояна и Гуревича («МиГ») и Сухого старались конкурировать друг с другом. И в этой конкуренции часть решений стороны «подглядывали» друг у друга, а часть и передавали друг другу по распоряжению различных ведомств. Все это привело к тому, что сегодня человек, профессионально авиацией не интересующийся, обычно не может отличить фотографию МиГ-29 в три четверти от фотографии Су-27 , снятой с того же ракурса.
В книге «Генеральный конструктор М. П. Симонов» , вышедшей в 2011 году, говорится о том, как в 1992 году на авиасалоне в британском Фарнборо тогдашний генеральный конструктор «Сухого» Михаил Симонов ответил на предложение американского журналиста объединиться с «МиГом»:
«Приятно и весьма интересно, что американская пресса интересуется жизненно важными для нас вопросами. Однако вынужден сделать одно небольшое замечание. Американцы считают, что мы сделали в свое время Су-24 , конкурируя с General Dynamics и их бомбардировщиком F-111 . Они также убеждены в том, что штурмовик Су-25 мы построили в противовес вашему A-10 . А в случае с Су-27 тут и вообще деваться некуда - конкурировали с вашим F-15 Eagle. Все это - чепуха! Названные самолеты созданы в „ОКБ Сухого“ с одной единственной целью - победить в конкуренции генерального конструктора [„МиГ“ Ростислава] Белякова!»
С появлением первых советских истребителей четвертого поколения МиГ-29 (первый полет 6 октября 1977 года) и Су-27 (первый полет 20 мая 1977 года) они фактически стали эталоном российской фронтовой авиации. За 40 лет своего существования из этих двух боевых самолетов выросло целое семейство истребителей. Современные палубные МиГ-29К /КУБ, фронтовые МиГ-29 М/М2 и МиГ-35 с цифровыми системами управления берут свое начало от самого первого МиГ-29 и внешне не сильно от него отличаются.
Это справедливо и для современных «Сухих». Многофункциональные Су-27 СМ/СМ3, Су-30 , Су-35 , палубные Су-33 и истребители-бомбардировщики Су-34 фактически построены на платформе самого первого Су-27 и тоже внешне от него отличаются незначительно. Поскольку технологии на этих самолетах уже хорошо отработаны, а сами истребители успешно используются военными, не удивительно, что и истребитель Т-50 (ПАК ФА) унаследовал множество черт семейства Су-27 . Естественно, с поправкой на малозаметность.
Когда ПАК ФА впервые показали публике в начале 2010 года, некоторые специалисты описывали его как «плоскую лягушку» и «сплющенный Су-27 ». И действительно, внешний вид носовой части схож с Су-27 , хотя и получил небольшие боковые грани, чтобы лучше отражать в стороны радиолокационное излучение. По высоте самолет стал меньше Су-27 . Еще Т-50 получил крыло большей площади для лучшей маневренности. Кроме того, увеличение площади потребовалось для установки антенн радара.
Увеличения площади крыла потребовало увеличение ширины фюзеляжа, в отсеках которого размещаются ракеты и бомбы, а также авиационная пушка. Для снижения радиолокационной заметности потребовалось несколько «сплющить» воздухозаборники. Словом, в угоду радиолокационной малозаметности конструкторы, если говорить простым языком, взяли отработанную годами схему Су-27 за кончики крыла и растянули. Так и появился ПАК ФА.
Подробности о бортовом оборудовании истребителя не раскрываются. Известно только, что Т-50 обладает «высокой интеллектуализацией борта». По смутным описаниям летчика-испытателя самолета Сергея Богдана и разработчиков, это означает, что бортовые системы истребителя как бы играют роль второго пилота, облегчая пилотирование, особенно при маневрировании на сверхзвуковых скоростях, сглаживая критические ошибки пилотирования и предупреждая летчика об опасностях.
Словом, в случае с ПАК ФА преемственность семейства Су-27 очевидна. Учитывая, что военные не станут финансировать принципиально новые разработки из-за их высокой рискованности, новый легкий истребитель пятого поколения корпорации «МиГ», скорее всего, будет похож на семейство истребителей МиГ-29 . Такое заимствование просто напросто позволит существенно сэкономить на разработке. И в итоге, вероятно, получится, что внешне новый самолет будет напоминать МиГ-29 , который взяли за кончики крыла и растянули.
