ГЛАВНАЯ АВТО-МОТО -РАДИО- ОРГТЕХ ДЕНЬГИ ИДЕЙКА ДЛЯ ТЕЛА ДЛЯ ДЕЛА ДЛЯ ДОМА ВСЯЧИНА
 

 

СЛА со смешанной способом продольной устойчивости.

Современные СЛА классической схемы достаточно доведены до совершенства и искать что либо новое достаточно сложно. Появляющиеся экспериментальные "Утки", "Летающие крылья", "Обратные стреловидности", "Шасси на воздушной подушки" и т.д. оказываются не столь жизнеспособными и не получают широкого распространения, не смотря на то, что некоторые из них дают небольшие преимущества в лётных данных перед обычной схемой. Авиетка тридцатых годов за семьдесят лет эволюции не перетерпела принципиальных изменений. СЛА, построенные по классическим схемам летают великолепно, с высокой степенью надёжности при достаточной простоте конструкции.

Предлагаю не много отойти от принятых стереотипов и вот почему.

Рекордный самолет "Вояджер" Берта Рутана облетел вокруг земли без дозаправки, был выполнен по схеме "Утка". Его же тандем "Квики" при 18л.с. развивает скорость более 180 км\ч и скороподъемность более 3м\с. А известные "Утки" "Вари Эзе" и "Лонг Эзе" так же имеют очень высокие лётные данные. И дело не только в современных материалах и двигателях, но ещё и в более продвинутой аэродинамической компоновки.

Самолет братьев Райт тоже имел схему "Утка".

В природе разновидность утки - "тандем" встречается тоже часто. Стрекозы, способные планировать, обеспечивают продольную устойчивость впереди и сзади расположенными крыльями. Бабочка представляет собой смесь летающего крыла и тандема, тоже способна планировать. Саранча - чистый тип тандем в планировании.

Схема "Утка" и её разновидность "Тандем" в идеале обеспечивают улучшение всех аэродинамических показателей на 15% - 25% относительно классической схемы при прочих равных условиях. Всё дело в том, что у неё все плоскости несущие. У классической схемы стабилизатор с рулём  высоты имеют отрицательную подъемную силу. Площадь стабилизатора составляет 18% - 25% от площади крыла, вот вам и соответствующие проценты потерь. У схемы "Утка" стабилизатор находится впереди основного крыла и работает как крыло, создавая дополнительную подъемную силу, тем самым разгружая крыло. Конструкция в целом получается легче и более летучей. Штопорные характеристики "Уток" на порядок лучше всех других схем. Пилоты говорят, выходит из штопора, как пробка из бутылки с шампанским.

Почему же такая хорошая утиная концепция не получает широкого распространения. Всё дело в низкой продольной устойчивости большинства компоновок "Уток" и чувствительности к положению центра тяжести некоторых компоновок. Начинают увеличивать продольную устойчивость, усложняется схема, утяжеляется конструкция и все преимущества сводятся к нулю. Да и опыта по созданию таких схем не достаточно. Авиация дело рискованное, за всё платиться жизнью людей, шаг влево, шаг вправо и ни чего не выйдет. Вот и прогрессирует классика.

В своё время я строил СЛА по схеме "Утка". Конструкция была такая: Крылья - Элерон от АН-2. Размах 9 метров, стреловидность 14 град., удлинение 14. ПГО (переднее горизонтальное оперение) размах 3 метра, прямоугольное в плане, площадь 1,5 м.кв., удлинение 10, профиль 21%, вынос на 2,2 метра вперёд от крыла. Двигатель ИЖ-Планета 3, форсированный, лошадей 20 точно давал. Вес пустого - 90 кг, взлетный 160 кг. Конструкция цельнометаллическая. Был выполнен по всем правилам и требованиям схемы "Утка". Высоко так и не полетел, не хватало продольной устойчивости. Вел себя так. При среднем газе постепенно набирал скорость. Скорость росла и росла, пока аппарат не взбухал, практически летел, колёса отрывались от земли. Как только происходил отрыв, ощущалась нехватка продольной устойчивости аппарата, дальнейший взлёт приходилось приостанавливать. И это на среднем газе 20 сильного двигателя! Попытки взлететь на полном газе заканчивались отрывом от земли, появлением продольных колебаний, касанием земли ПГО, моментальная поломка ПГО и прекращение взлёта.

После разбора полётов стало ясно, что надо, чтобы утка полетела. Здесь надо преодолеть несколько не совместимых противоречий. И так начнем с того, что продольная устойчивость "Утки" обеспечивается парой несущих плоскостей, крылом и ПГО. Необходимо, что бы при увеличении угла атаки подъемная сила на крыле росла быстрее, чем на ПГО. Возникает момент, стремящийся возвратить аппарат в исходные углы атаки. Угол атаки увеличивается, на крыле появляется прирост подъемной силы больший, чем прирост подъемной силы на ПГО. Крыло расположено сзади ПГО, с большей возникшей подъемной силой оно возвратит аппарат в исходное состояние. Назовем прирост подъемной силы по углу атаки производной Су или "Су. Чем больше разница "Су крыла и "Су ПГО, тем больше продольная устойчивость.

Схема расположения несущих плоскостей "Утки".

 

От чего зависит "Су несущей плоскости.

1. Удлинение плоскости. Чем больше удлинение, тем больше "Су.

2. Форма плоскости. Чем меньше сужение, тем больше "Су.

3. Профиль плоскости. Чем толще и тупее профиль, тем меньше "Су. Так же смотрите по характеристикам профилей. В их данных данный коэффициент почти всегда указывается.

4 .Гладкость поверхности плоскости. Чем она шероховатее, тем меньше "Су.

Наибольшее значение имеют удлинение и профиль. Чуть меньшее сужение и самое маленькое шероховатость.

Значит удлинение крыла надо увеличивать, профиль утоньшать, сужение уменьшать. А ПГО ровно наоборот.

Так же оказывает влияние перемещение центра давления (ЦД) по хорде, при изменении угла атаки. Надо применять профили с малым или даже обратным перемещением ЦД. Это в основном S - образные профили, широко применяемые на "летающем крыле". Но их применение не лучшим образом сказывается на лётных данных из за низких аэродинамических характеристик. По этому надо искать компромиссные профили, удовлетворяющие потребности низкого перемещения ЦД и высоких аэродинамических данных. Это касается всех несущих плоскостей схемы "Утка" Подбор нужных профилей на "утках" и "тандемах" значительно более важен, чем на классических схемах. Это в итоге определит во многом параметры устойчивости. Для уменьшения паразитного влияния перемещения ЦД, несущие плоскости нужно разносить подальше друг от друга, а их ширину (САХ) делать меньше. Плюс ко всему аэродинамическое затенение несущих плоскостей чем либо нежелательно. Для этого при любых углах атаки крыло не должно попадать в тень от ПГО, а стабилизатор, если он имеется, в тень от крыла и ПГО. Обдув двигателем тоже не желателен, он меняет соотношение подъемных сил.

Необычная опасность "утки" в вероятных глубоких "клевках" и возможности "подхвата". "Клевки" получаются так. При снижении скорости и увеличении угла атаки, на ПГО происходит срыв потока раньше, чем на крыле. Если этот срыв происходит резко и на всей поверхности ПГО одновременно, самолет опускает нос и переходит в пикирование. Такое пикирование может продолжаться довольно долго и на больших отвесных углах. Бороться с этим явлением можно по разному. Применять профили для ПГО с очень мягкими Это в основном толстые тупые профили. При увеличении угла атаки срыв будет происходить постепенно и самолет медленно упустит нос, не переходя в пикирование. Угол атаки уменьшиться, что предотвратит срыв потока. Берт Рутан пошел своим путем. Он делает ПГО прямоугольным с большим удлинением. Срыв у такого ПГО происходит сначала в центральной части и постепенно распространяется к концам плоскости. По этому подьёмная сила резко не теряется, что и предотвращает "клевок". Самолет в крайнем случае переходит в небольшое частое кабрирование.

 Подхват тоже очень опасен. Происходит "подхват" в том случае, если срыв потока на крыле происходит раньше, чем на ПГО. Самолет резко задирает нос, теряет скорость, после чего падает. По этому установочные углы ПГО должны быть больше угла крыла н 3 - 6 градусов ( в зависимости от применяемых профилей и геометрии плоскостей). В любом случае абсолютно необходимо, чтобы срыв потока на ПГО происходил немного раньше, чем на крыле. 

У классической утки площадь ПГО составляет 20% - 25% площади крыла. Меньшие значения не рекомендуются, большие возможны. Вынос вперед от крыла на 2,0-4,1 САХ. Центр тяжести рассчитывается из площадей плоскостей, плеч и моментов по механической схеме. На плоскостях учитывается положение ЦД. ЦТ находится в центре равновесия подъемных сил и моментов несущих плоскостей.

 

 

 

Положение центра тяжести выходит из условия F1 х A = F2 x B

 

Выполнив все эти требования, получиться безопасная схема с достаточным уровнем устойчивости. Прочие виды устойчивости, путевая и поперечная рассчитываются так же как у классической схемы.

Это был краткий экскурс в теорию схем "Утка". Об этом написано много статей в "Моделист - Конструктор" и других изданиях. Но достаточно важные нюансы либо описаны слабо, либо вообще не описаны. Здесь они представлены в более полном объеме.

 Уже лет десять собираюсь создать вот такой аппарат, но ни как денег и времени не хватает. Хочу поделится ходом мысли.

 

Как видите, представлена смешанная схема, "утка" с классической. Вызвана тем, что для обеспечения продольной устойчивости, стабилизатор все-таки не обходим. На рисунке представлены виды на вскидку, без подробного описания размеров и пропорции пожалуй не особо соблюдены. Эта схема для простого ознакомления.

Система продольной устойчивости образуется взаимодействием трех плоскостей, двух несущих и одной стабилизирующей. Пара ПГО - крыло обеспечивают 70% необходимой устойчивости. Остальные 30% дополняются стабилизатором, работающим как у обычной схемы. По этому площадь и плечо стабилизатора значительно уменьшены. Стабилизатор работает с парой ПГО - крыло как с образным одним  крылом. При этом рассчитывается центр подъемной силы ПГО - крыло и приравнивается к центру давления. Центр тяжести самолёта располагается впереди нового ЦД на расстоянии 3% - 7% САХ  ПГО - крыло. Точное значение ЦТ не знаю, лучше поэксперементировать на моделях.

Все плоскости расположены так, что при любых рабочих углах атаки ( от 0 до 20 град.) они не затеняют друг друга. Установочный угол ПГО на 4 град. больше угла крыла. Профиль ПГО 22%, тупоносый. Удлинение ПГО = 5, Сужение = 3. Площадь ПГО =30% от площади крыла.

Крыло. Удлинение 9 - 12. Профиль 15%, какой нибудь тупоносый, сужение 1,1 - 1,8. V - образность 2 град.

Стабилизатор. Площадь 12% площади ПГО - крыло. удлинение 10 - 14. Плечо 2- 2,5 САХ ПГО - крыло (Как у классической схемы).

Обратите внимание на необычно большое удлинение стабилизатора. По задумке стабилизатор в принципе на высоте может иметь нулевую или положительную подъемную силу. По условию устойчивости схемы "Утка", задняя плоскость должна иметь большее удлинение и желательно меньшее сужение, чем впереди лежащая.

Роль руля высоты может выполнять как ПГО, так и сам руль высоты на стабилизаторе. Или вместе одновременно. Это надо выяснить экспериментально. Взаимодействием регулируемого ПГО - руль высоты можно корректировать центр тяжести, если он изменился. Если центр тяжести ушел вперед, увеличите отклонение ПГО. Если на крыле применить закрылки, то образуется система из трех регулируемых элементов. Но это уже слишком сложно для ознакомительного описания на вскидку.

Где расположить двигатель. Возможны различные варианты. Один сзади, толкающий и схема "рама" на киль и стабилизатор. Один сзади толкающий и балка на киль и стабилизатор. Два сзади, толкающие на крыльях. Впереди один двигатель никак не вписывается. Ведь нежелательно, что бы был обдув плоскостей, резко меняется распределение сил по плоскостям, а это не допустимо. У тандема это не столь критично. Выход - два двигателя спереди в свободных зонах. Заднее расположение двигателя возможно, но надо, что бы он был очень легким. При заднем расположении двигателя трудно обеспечить правильное расположение ЦТ. 

Преимущества двух двигательной компоновки.

- Высокий КПД винтов. На известном  французском "Кри - Кри" два двигателя по 10 л.с. Без редуктора КПД винта составляет 83%. На одном мощном двигателе для сохранения КПД винта надо ставить редектор.

- Более высокая безопасность. При отказе одного двигателя, часто можно продолжать полёт на другом.

- Более простая возможность расположить два двигателя так, что бы они не были затенены или не обдували лишние части самолёта.

Я остановился на переднем расположении двух двигателей, как у "Кри - Кри", расположив их так, что бы в опасной плоскости вращения не находилось ПГО и ноги полота. Плоскость вращения винта не много дальше ног и не доходит до ПГО.

ПГО будет образовывать экран на взлёте и посадке, так как расположена не высоко от земли. В этом есть и преимущества и недостатки. При наборе высоты несколько изменяется соотношение подъемных сил, которое видимо надо будет корректировать.

Полагаю, что данная схема прибавит во всех лётных данных 15%-20%, относительно классической схемы, далеко оставит позади летающие крылья 

Жду Ваших комментариев и предложений.

 

Влад. Волгоград 2000г.

 

около политическое и прочее техническое бредово -аналитическое

Инвестиции в экономику Волгограда или город глазами аборигена
Бизнес изнутри. Обобщение пути к "диким денегам"
 
страна выгодных уродов
ПОПОЛНЕНИЕ СЛЕДУЕТ
СМОТРИ РЕКЛАМУ
 
 
 
 
 
 
Кое какие ссылки

пока нет

 
 
 
ГЛАВНАЯ АВТО-МОТО -РАДИО- ОРГТЕХ ДЕНЬГИ ИДЕЙКА ДЛЯ ТЕЛА ДЛЯ ДЕЛА ДЛЯ ДОМА ВСЯЧИНА
Используются технологии uCoz