Duck (design aerodinamic). Desene și descrieri ale aeronavei „Quickie” Avioane tandem și canard

Cum să evitați pierderile de echilibrare? Răspunsul este simplu: configurația aerodinamică a unei aeronave stabile static trebuie să excludă echilibrarea cu portanță negativă pe coada orizontală. În principiu, acest lucru poate fi realizat folosind schema clasică, dar cea mai simplă soluție este aranjarea aeronavei conform schemei „canard”, care asigură controlul pasului fără pierderea forței de ridicare pentru trim (Fig. 3). Cu toate acestea, canardurile nu sunt folosite practic în aviația de transport și, apropo, pe bună dreptate. Să explicăm de ce.

După cum arată teoria și practica, avioanele canard au un dezavantaj serios - o gamă mică de viteze de zbor. Designul canard este ales pentru o aeronavă care trebuie să aibă o viteză de zbor mai mare în comparație cu o aeronavă configurată după designul clasic, cu condiția ca centralele acestor aeronave să fie egale. Acest efect se realizează datorită faptului că pe canard este posibilă reducerea la limită a rezistenței la frecarea aerului prin reducerea suprafeței spălate a aeronavei.

Pe de altă parte, la aterizare, „rața” nu realizează coeficientul maxim de portanță al aripii sale. Acest lucru se explică prin faptul că, în comparație cu designul aerodinamic clasic, cu aceleași distanțe interfocale ale aripii și ale corpului principal, aria relativă a părții principale, precum și cu valori absolute egale ale marjele de stabilitate longitudinală statică, schema „canard” are un braț de echilibrare mai mic al părții principale. Această circumstanță nu permite canardului să concureze cu designul aerodinamic clasic în modurile de decolare și aterizare.

Această problemă poate fi rezolvată într-un singur fel: creșterea coeficientului maxim de ridicare al PGO ( ) la valori care asigură echilibrarea canard la vitezele de aterizare ale aeronavelor clasice. Aerodinamica modernă a dat deja „rațe” profile de sarcină mare cu valori Su max = 2, care a făcut posibilă crearea unui PGO cu . Dar, în ciuda acestui fapt, toate canardele moderne au viteze de aterizare mai mari în comparație cu modelele clasice.

De asemenea, caracteristicile perturbatoare ale „rațelor” nu rezistă criticilor. La aterizarea în condiții de activitate termică ridicată, turbulențe sau forfecarea vântului, PGO, asigură echilibrarea la maximul admisibil Su aeronave, poate avea . În aceste condiții, cu o creștere bruscă a unghiului de atac al aeronavei, PGO va ajunge la un flux supercritic, ceea ce va duce la o scădere a portanței sale, iar unghiul de atac al aeronavei va începe să scadă. Întreruperea profundă a fluxului de la PGO care are loc în acest caz pune aeronava într-un mod de scufundare bruscă necontrolată, care în cele mai multe cazuri duce la dezastru. Acest comportament al „rațelor” la unghiuri critice de atac nu permite utilizarea acestui design aerodinamic în aeronave ultra-ușoare și de transport.

Pentru o „răță standard” cu o zonă de coadă orizontală (aripa frontală) în 15...20% din suprafața aripii principale și un braț de împenaj egal cu 2,5...3 V Cach (media coarda aerodinamică a aripii), centrul de greutate ar trebui să fie situat în intervalul de la -10 la -20% VSAKH. Într-un caz mai general, atunci când aripa față diferă ca parametri de coada unui „canard standard” sau a unui „tandem”, pentru a determina alinierea necesară, este convențional să aduceți acest aranjament la o aerodinamică normală mai familiară. proiectare cu o aripă convențională echivalentă (vezi Fig. .).

Alinierea, ca și în cazul schemei normale, ar trebui să se situeze în intervalul 15...25% din VEKV (coarda aripii echivalente convenționale), care este după cum urmează:

În acest caz, distanța până la vârful coardei echivalente este egală cu:

Unde K este un coeficient care ia în considerare diferența dintre unghiurile de instalare a aripilor, teșirea și decelerația debitului în spatele aripii din față, este egal cu:

Vă rugăm să rețineți că formulele empirice și recomandările pentru determinarea alinierii sunt destul de aproximative, deoarece influența reciprocă a aripilor, teșiturile și decelerația fluxului din spatele aripii din față sunt dificil de calculat, aceasta poate fi determinată cu precizie doar prin suflare. Pentru aviatorii amatori, recomandăm utilizarea modelelor zburătoare, inclusiv modele cu cordon, pentru a testa experimental alinierea unei aeronave cu un design neobișnuit. În practica de fabricație a aeronavelor, această metodă este uneori utilizată. Și în orice caz, pentru o aeronavă construită de amatori, alinierea determinată de formule ar trebui clarificată atunci când se efectuează taxiuri și apropieri de mare viteză.

pe baza de materiale: SEREZNOV, V. KONDRATIEV "IN THE SKY TUSHINA - SLA" "Modelist-Constructor" 1988, Nr.3

Pe baza materialului din revista „Modelist-Constructor” din vremurile URSS

Fragment din cea de-a 3-a ediție a directorului „Who’s Who in Robotics”

În primul deceniu al secolului XX. Încă nu știau cum ar trebui proiectat avionul. Și adesea, la aeronavele din acele vremuri, coada orizontală era plasată în fața aripii de pe fuselajul din față. Astfel de aeronave au început să fie numite „rățe”, deoarece partea din față a fuselajului lor în zbor semăna cu o rață zburătoare cu gâtul întins. Acest nume este atribuit aeronavelor în care coada orizontală este situată în fața aripii. Producătorii de avioane au revenit la designul canard atunci când au început să proiecteze avioane supersonice pentru a elimina reducerea suspensiei generale pe care avioanele convenționale au experimentat-o ​​din coadă. Iar un model de aeronavă cu zbor liber, realizat după designul „rață”, poate fi mai bine adaptat la plutire.

Aeronava acrobatică model „UII-GBird” cu motor de 2,5 cm³, având un design „duck”. Coada orizontală cu liftul este atașată de aripa sa acrobatică pe două grinzi. Motorul cu o elice de tragere este situat în nasul fuzelajului scurt. Lupta roții din față este montată direct în spatele motorului. Structurile trenului de aterizare principal sunt situate la punctele de atașare a grinzilor. Pe marginea de fugă a aripii sunt două aripioare, deviate asimetric, așa cum se arată în desen.

Munca minuțioasă de selectare a poziției centrului de greutate a dat roade și a dus la succes în competiții. În timpul testării modelului, a fost dezvăluit un alt avantaj semnificativ al schemei „rață”. Dacă motorul s-a oprit brusc în timpul manevrelor acrobatice, după ce a pierdut controlul, a intrat într-o scufundare și apoi, fără intervenția modelatorului, a ieșit din el și a aterizat în siguranță. Acest lucru se explică prin faptul că, atunci când se scufundă fără control, momentul greutății liftului în jurul axei suspensiei sale rabatabile determină volanul să se devieze în jos cu marginea de fugă. Ca urmare, apare un moment care face ca „rața” să iasă din scufundare și apoi o aterizare lină.

Un model de cordon canard construit și testat cu succes de modelatori de avioane japonezi.

La proiectarea oricărui model canard, pentru a asigura un zbor stabil, este foarte important să selectați corect centrul de greutate față de marginea anterioară a coardei aripii. Distanța de la vârful coardei aripii până la centrul de greutate al modelului, necesară pentru zborul stabil, este determinată de formula: X = 70Lgo x Sgo/Scr - 0,1b, unde: Sgo - aria lui​​ coada orizontală în decimetri pătrați, Sc - aria aripii în decimetri pătrați, Lth este brațul coadă orizontal, adică distanța de la vârful coardei stabilizatorului până la vârful coardei aripii, în decimetri, b este coarda aripii în mm.

Această formulă este dată pentru cazul în care pe model este utilizat un șurub de împingere. De exemplu, pentru un model cu Sgo = 10,5 dm²; Lgo = 6,3 dm; Skr= 31,9 dm²; X = 126 mm. Dacă pe un model realizat după schema „rață” se folosește un șurub de tragere, plasat în fața aripii, atunci X se găsește folosind o formulă și mai simplă: X = 70Lgo x Sgo/Scr

În Statele Unite, sunt testate două modele experimentale ale avionului de vânătoare F-16XL, create pe baza avionului de vânătoare-bombardament F-16. Dacă s-a raportat anterior că centrala electrică a noului luptător a rămas aceeași, acum, potrivit presei străine, este planificată utilizarea unui motor F-101DFE mai puternic, creat pe baza motorului F-101 al lui. bombardier strategic B-1. În comparație cu modelul de bază, aria aripii noului avion a fost semnificativ crescută (s-a ridicat la 60 m2), lungimea fuselajului a crescut cu 1,4 m. Datorită unor astfel de modificări în design, capacitatea de combustibil a crescut cu 80 %.

Se speră că avionul de luptă F-16XL va fi capabil să efectueze zboruri pe termen lung la viteză supersonică de croazieră. Pentru decolare și aterizare, va fi nevoie de o pistă mai mică de 600 m lungime.

Avionica aeronavei este planificată să includă o stație radar AN/APG-66 modernizată, o stație electronică de suprimare AN/ALQ-165, sistemul electro-optic Lantirn și un nou computer digital pentru sistemul de control al armelor. Revista „Echipamente și arme” din vremurile URSS

Istoria acestui proiect datează de la începutul anilor 80. La uzina experimentală de construcție de mașini numită după V. M. Myasishchev, s-au efectuat lucrări de proiectare și cercetare pentru a dezvolta conceptul unui nou sistem de transport aerian greu.

La începutul anilor 80 ai secolului trecut, lucrări similare au fost efectuate în mai multe birouri de proiectare a aviației și, desigur, în centrul științific al aviației interne TsAGI.

Conceptul de avion de transport greu dezvoltat la TsAGI este destul de cunoscut în cercurile aviației, autorul dezvoltării a fost șeful cercetării de proiectare, Yu.

Modelul demonstrativ al sistemului de transport TsAGI a fost demonstrat în mod repetat la expozițiile internaționale de aviație.

Dezvoltarea designului EMZ poartă numele. V. M. Myasishchev au fost realizate în cadrul subiectului, care a primit indexul „52”. Ele au fost realizate sub conducerea designerului șef al EMZ V. A. Fedotov, liderul tematic la etapa inițială a fost designerul șef adjunct R. A. Izmailov. Designerul principal pe această temă și, în esență, autorul conceptului a fost V. F. Spivak.

Conceptul Proiectului 52 prevedea crearea unei aeronave de transport unificate cu capacități de transport unice. Obiectivul principal al proiectului a fost asigurarea lansării aeriene a unei aeronave reutilizabile cu răspuns rapid aerospațial. Nu ar fi fezabil din punct de vedere economic să se creeze o astfel de aeronavă unică cu o greutate la decolare de 800 de tone pentru o singură sarcină. Prin urmare, de la bun început, conceptul proiectului „52” prevedea utilizarea acestei aeronave pentru operațiuni de transport unice, inclusiv transportul de echipamente militare și unități militare, mărfuri industriale dincolo de dimensiuni și greutate mari.

Conceptul de design al lui „52” s-a bazat pe principiul „sarcină externă”. Numai acest principiu face posibilă plasarea încărcăturilor cu formă și dimensiune complet diferite. În acest caz, fuzelajul aeronavei degenerează practic ca mijloc de acomodare a sarcinii, prin urmare, prin menținerea dimensiunii minime necesare a fuselajului, ar fi posibilă reducerea semnificativă a greutății structurii aeronavei. Atât, s-ar părea o idee foarte simplă pe baza căreia se construiește întregul proiect.

În acest articol nu vom lua în considerare proiectul „52” în detaliu. Pe cei interesați îi vom trimite la publicația în mai multe volume „Enciclopedia ilustrată a avioanelor EMZ numită după. V.M. Myasishchev”, unde dezvoltarea proiectului este descrisă suficient de detaliat.

Autorul acestor rânduri a trebuit să participe direct la aceste lucrări, iar în acest articol aș vrea să vorbesc despre acele proiecte, sau mai corect, idei care au fost luate în considerare și în procesul de dezvoltare a conceptului, dar nu au fost dezvoltate și nu au fost elaborate suficient de detaliat.

Însăși ideea de a crea un avion de transport super-greu nu a apărut de la sine. Ministerul Industriei Aviației (MAP) a stabilit sarcina specifică de a transporta mărfuri mari în interesul economiei naționale a țării.

URSS, cu teritoriile sale vaste și cu marile sale centre industriale împrăștiate în toată țara, avea nevoie de o soluție la această problemă, deoarece este evident că este mai rentabilă din punct de vedere economic să transporti unități gata făcute și asamblate.

Reactoarele nucleare, convectoarele de producție metalurgică, rezervoarele de gaz și coloanele de distilare de producție chimică și multe alte încărcături, toate acestea, atunci când sunt transportate asamblate „pe calea aerului”, ar putea fi puse în funcțiune destul de repede, ceea ce înseamnă mai puțin timp și, în consecință, costuri mai mici.

Orice operațiune de transport „la sol” este un întreg eveniment pentru multe servicii de transport. Studiu detaliat al traseului, demolarea podurilor și pasajelor supraterane, liniile electrice dacă interferează cu transportul și așa mai departe... Acestea sunt calendarul, acestea sunt costurile, în unele cazuri aceasta este pur și simplu o problemă insolubilă.

Pentru transport, au fost destinate mărfuri cu o greutate de la 200 la 500 de tone, cu dimensiuni de gabarit cuprinse între 3 și 8 m în diametru și de la 12 m la 50 m în lungime. Este clar că, desigur, nu toată încărcătura propusă ar putea să fie transportat pe calea aerului, dar proiectul „52” ar putea transporta cea mai mare parte a încărcăturii dacă ar fi implementat.

Așa că a apărut ideea nu numai de a reduce dimensiunea fuselajului la minimum posibil, ci de a-l abandona cu totul. De ce nu faceți „funcționează” încărcătura transportată? Această idee a fost determinată de faptul că multe mărfuri destinate transportului arătau ca niște corpuri cilindrice alungite, adică arătau ca un fragment din fuzelaj.

Desigur, încărcătura în sine, materialul din care a fost făcută și designul său trebuiau să satisfacă condițiile de rezistență atunci când o instalați pe un avion. Includerea mărfurilor în circuitul de putere al aeronavei a promis un câștig semnificativ în eficiența greutății aeronavei și, în consecință, a crescut eficiența transportului acesteia.

Cum poate fi inclusă încărcătura transportată în schema de putere a unei aeronave de transport? Este foarte simplu, trebuie să faci marfa transportată înaripată! Există un astfel de design aerodinamic al aeronavei numit „tandem”. În această schemă, sistemul de susținere al aeronavei constă dintr-o pereche de aripi dispuse în tandem una în spatele celeilalte, cu distanță longitudinală. Marfa transportată este situată între aripi tocmai în centrul de greutate al întregului sistem de susținere al aeronavei, totul este foarte simplu, deși se știe ce mare problemă pune rezolvarea problemei de centrare a unei sarcini grele.

Schema tandem are o suprafață puțin mai mare a sistemului portant al aeronavei în comparație cu schema clasică, dar această schemă se dovedește a fi cea mai potrivită pentru sarcinile de transport de mărfuri.

Ambele aripi produc portanță fără a pierde portanța față de ornamentele longitudinale inerente unui design clasic de aeronave. Profilarea optimă a ambelor aripi și degradarea unghiurilor lor de instalare fac posibilă reducerea la minimum a impactului negativ al interferenței aripilor și, prin urmare, reducerea pierderilor aerodinamice.

Una dintre variantele aeronavei tandem a constat din două secțiuni independente cu o aripă cu drepturi depline, cu mecanizarea marginilor de față și de fugă. Aripa secțiunii din față este realizată conform unui design cu aripi joase pentru a reduce efectul teșirii curgerii asupra aripii din spate. Motoarele centralei electrice sunt instalate pe stâlpi verticali deasupra aripii secțiunii din față. Suspensia motorului stâlp este considerată a fi destul de universală, permițând ca numărul necesar de motoare să fie variat în timpul procesului de dezvoltare.

Amplasarea motoarelor deasupra suprafeței superioare a aripii a făcut posibilă utilizarea efectului de creștere a forței de ridicare a aripii din cauza jetului care sufla peste motoare (efectul Coanda). Datorită încărcării mai mari pe aripa din față, aripa din față a fost realizată cu o suprafață ceva mai mică în comparație cu aripa din spate.

Secțiunea frontală este echipată cu propriul șasiu - cel principal, constând din două suporturi principale cu patru roți și două suporturi sub aripi cu două roți. Distanța dintre trenul de aterizare principal și sub aripă de-a lungul axei longitudinale a aeronavei a asigurat stabilitatea longitudinală a secțiunii frontale la aerodrom în poziția dezamorsată.

Pe partea de sus a secțiunii frontale din spatele cockpitului se află o cabină vitrată orientată spre spate pentru operatorii de încărcătură, care monitorizează starea încărcăturii și a sistemelor de asigurare a încărcăturii în timpul zborului.

Secțiunea din spate a aeronavei tandem este similară cu cea din față. Aripa secțiunii din spate este deasupra capului, cu o deschidere ceva mai mare. Pe aripa din spate sunt instalate șaibe verticale. Datorita umarului mic efectiv, coada verticala este formata dintr-o suprafata mare, cu doua aripioare.

Secțiunea din spate a aeronavei tandem nu are motoare, trenul de aterizare este proiectat similar cu secțiunea frontală. Datorită poziționării înalte a aripii pe secțiunea din spate, trenul de aterizare sub aripă este atașat de șaibe verticale de coadă.

O caracteristică importantă a schemei „tandem” este, de asemenea, că atunci când aeronava decolează de pe pistă, aeronava decolează în paralel, practic fără unghi de inclinare, această caracteristică a „tandemului” este ideală pentru transportul de marfă lungă; explozia unei aeronave la decolare cu o marfă lungă atârnată în exterior devine problematică pentru o aeronavă clasică.

Pentru asigurarea diferitelor sarcini au fost prevăzute ferme inelare de tranziție, adaptate sarcinii specifice.

Pentru a crește eficiența transportului aeronavei tandem, a fost planificată și utilizarea unui modul de pasageri închis între secțiunile din față și din spate ale aeronavei.

Designul în buclă deschisă a aeronavei tandem a făcut posibilă adaptarea aeronavei la sarcini de lungimi diferite, ceea ce a făcut din aeronava un vehicul de transport eficient. În cazul unei aeronave goale, ambele tronsoane au fost îmbinate folosind ferme inele de legătură.

Designul unei aeronave tandem cu un fuselaj în ferme arăta mai puțin radical.

În principiu, ideea conceptului a rămas aceeași, dar fuselajul a fost încă păstrat, deși într-o formă oarecum exotică - două grinzi de fuselaj sub formă de ferme spațiale. O caracteristică specială a acestui proiect de aeronave tandem a fost că aripa din spate cu trenul de aterizare și unitățile de fixare a încărcăturii se puteau deplasa de-a lungul fermelor până la poziția dorită, în funcție de dimensiunea încărcăturii transportate și de alinierea acesteia. În toate celelalte privințe, conceptul a repetat prima schemă. Neajunsurile acestei scheme erau clar vizibile, dar singurul lucru pozitiv a fost că căutarea unor idei productive ulterioare se afla prin aceste scheme.

Schema „tandem” nu s-a epuizat încă, poate că va găsi o aplicație demnă în viitorul foarte apropiat, vom vedea.

Sursă. V. Pogodin Valery Pogodin. Tandem - un cuvânt nou în aviație? Wings of the Motherland 5/2004

Idei de la cititorii noștri

YUAN-2 "Sky Dweller" la spectacolul aerian MAKS-2007

YaptsrnatiZnar

Această aeronavă nu va fi încă la MAKS 2009 - designul este îmbunătățit, iar următoarea sa versiune este creată în mare parte din părți și componente ale celei anterioare. Dar la ultimul MAKS, ultra-ușorul YuAN-2 a stârnit un mare interes, în ciuda faptului că aspectul său a fost stricat de numeroase teste. Pentru că acesta nu este doar un alt SLA. Aeronava are un design aerodinamic - așa-numitul „vane canard” - care, fără exagerare, poate fi numit revoluționar. În acest articol, autorul ideii și șeful construcției de avioane experimentale, tânărul designer de avioane Alexey Yurkonenko, fundamentează avantajele noii scheme. În opinia sa, este ideal pentru aeronavele nemanevrabile, iar în această categorie - foarte largă, de altfel - poate deveni baza unei noi direcții în dezvoltarea producției mondiale de avioane.

Utilizarea tehnologiilor moderne de proiectare a aeronavelor a condus la un rezultat care, la prima vedere, este paradoxal: procesul de îmbunătățire a performanței aeronavelor a „pierdut din avânt”. S-au găsit noi profile aerodinamice, s-a optimizat mecanizarea aripilor și s-au formulat principii de construire a structurilor raționale ale constantelor aviației.

rucțiile, dinamica gazelor a motoarelor a fost îmbunătățită... Ce urmează, a ajuns într-adevăr dezvoltarea aeronavei la concluzia ei logică?

Ei bine, evoluția aeronavei în cadrul schemei aerodinamice normale, sau clasice, încetinește cu adevărat La expozițiile și saloanele de aviație, spectatorul de masă găsește o varietate uriașă și colorată; experienţă

același specialist vede aeronave fundamental identice, care diferă doar prin caracteristicile operaționale și tehnologice, dar având deficiențe conceptuale comune,

„CLASICI”: PRO ȘI CONTRA

Să reamintim că termenul „proiectare aerodinamică a aeronavei*” se referă la o metodă de asigurare a stabilității statice și controlabilității aeronavei în canalul de pas 1.

Principala și, poate, singura proprietate pozitivă a designului aerodinamic clasic este că coada orizontală (HO) situată în spatele aripii face posibilă asigurarea stabilității statice longitudinale la unghiuri mari de atac ale aeronavei, fără dificultăți speciale.

Principalul dezavantaj al designului aerodinamic clasic este prezența așa-numitelor pierderi de echilibrare, care apar ca urmare a necesității de a asigura o marjă de stabilitate statică longitudinală a aeronavei (Fig. I). Astfel, forța de sustentație rezultată a aeronavei se dovedește a fi mai mică decât forța de sustentație a aripii cu valoarea forței de ridicare negative a aeronavei.

Valoarea maximă a pierderilor de echilibrare apare în modurile de decolare și aterizare cu dispozitivele de ridicare ridicată a aripii extinse, când forța de ridicare a aripii și, în consecință, momentul de scufundare cauzat de aceasta (vezi Fig. 1) au o valoare maximă. Există, de exemplu, aeronave de pasageri în care, cu mecanizarea complet extinsă, forța negativă de ridicare a aeronavei este egală cu 25% din greutatea lor. Aceasta înseamnă că aripa a fost supradimensionată cu aproximativ aceeași cantitate, iar toți indicatorii economici și operaționali ai unei astfel de aeronave, ca să spunem ușor, sunt departe de a fi valori optime.

DESIGN AERODINAMIC „RATĂ”

Cum să evitați aceste pierderi? Răspunsul este simplu: configurația aerodinamică a unei aeronave stabile static trebuie să excludă echilibrarea cu o forță de susținere negativă pe orizontală.

„Înclinarea este mișcarea unghiulară a aeronavei în raport cu axa transversală de inerție. Unghiul de pas este unghiul dintre axa longitudinală a aeronavei și planul orizontal.

1 Unghiul de atac al unei aeronave este unghiul dintre direcția vitezei curgerii care se apropie și axa cmpoume.tbHuu longitudinală a aeronavei.

 

Ar putea fi util să citiți: