Утка (аэродинамическая схема). Чертежи и описания самолёта "Quickie" Расчет продольной самолета схемы тандем

Легкий экспериментальный самолет МиГ-8 «Утка».

Разработчик: ОКБ Микояна, Гуревича
Страна: СССР
Первый полет: 1945 г.

Самолет МиГ-8 был разработан в ОКБ-155 в инициативном порядке с целью проверки устойчивости и управляемости аэродинамической схемы «Утка» в воздухе, изучения работы крыла большой стреловидности и отработки трехколесного шасси с передней опорой.

Работы над экспериментальной машиной начали в феврале 1945 года с проработки компоновки. В проектировании «Утки» активное участие принимали Н.И.Андрианов, Н.З.Матюк, К.В.Пеленберг, Я.И.Селецкий и А.А.Чумаченко. По расчетам МиГ-8 должен был иметь максимальную скорость 240 км/ч, что подтвердила продувка его модели в аэродинамической трубе Т-102 ЦАГИ. Однако вследствие невозможности получения в трубе Т-102 точных характеристик самолета в отношении его поведения на околокритических режимах, специалисты ЦАГИ рекомендовали первые полеты проводить с установленными концевыми фиксированными предкрылками, имеющих размах не менее размаха элеронов. В заключении о возможности первого вылета (в части аэродинамики), составленным инженером лаборатории № 1 ЦАГИ В.Н.Матвеевым, было отмечено, что выход на критические режимы в процессе испытаний самолета следует избегать, так как в отношении штопорных свойств схема «Утка», по его мнению, была очень неблагополучной.

Для определения критической скорости флаттера в ЦАГИ выполнили соответствующий расчет и провели испытание самолета для определения собственных частот колебаний. Расчет проведенный по результатам частотных испытаний дал значение критической скорости равной 328 км/ч, после чего была разрешена эксплуатация самолета МиГ-8 до скорости 270 км/ч по прибору. Статические испытания самолета провели до эксплуатационной нагрузки, составляющей 67% от разрушающей.

Первый вылет на самолете МиГ-8 «Утка» выполнил 13 августа 1945 года летчик-испытатель А.И.Жуков . Ведущим инженером по испытаниям назначили Е.Ф.Нащепыша. полеты выполняли летчики-испытатели А.И.Жуков (ОКБ-155) и А.Н.Гринчик (ЛИИ). Первый этап летных испытаний, на которых главным образом изучали устойчивость и управляемость самолета, проходил в ЛИИ НКАП в период с 28 августа по 11 сентября 1945 года. Для обеспечения большей надежности на самолете были установлены концевые предкрылки с постоянной щелью.

Проведенные испытания на устойчивость показали, что самолет при центровке 28% обладает удовлетворительной продольной устойчивостью, хорошей путевой и излишней поперечной. По рекомендации ЦАГИ для приведения в соответствие путевой и поперечной устойчивости крылу придали обратное поперечное V в 1°, а концевые шайбы развернули на 10° верхними концами внутрь крыла. Кроме того, для уравнивания степени устойчивости с фиксированным и свободным рулем в носок руля высоты поставили груз, создающий постоянное усилие на ручке пилота около 1 кг.

По результатам первого этапа испытаний специалисты ЛИИ также выдали рекомендации по доработке самолета. В связи с этим МиГ-8 в конце 1945 года прибыл на завод № 155. Здесь кили переставили на середину консолей, руль направления оборудовали компенсаторами, а на руле высоты установили управляемый триммер. Кроме того, не передней стойке установили колесо размером 500×150.

14 февраля 1946 года доработанный самолет вывели на заводской аэродром. После контрольного полета, который состоялся 21 февраля, было обнаружено, что температура масла мотора из-за снятых обтекателей не поднимается выше 20°С. В связи с этим на головки цилиндров вновь установили обтекатели. Однако следующий полет, состоявшийся 28 февраля, выявил, что температура масла превысила допустимую. Самолет отправили на доработку, где улучшили обдув цилиндров.

После отладки температурного режима винтомоторной группы 3 марта 1946 года самолет МиГ-8 перегнали с заводского аэродрома в ЛИИ НКАП для продолжения испытаний. В программу второго этапа также включили изучение штопорных свойств самолета. В процессе испытаний крыло вновь подвергли доработке: были установлены законцовки крыла с большим отрицательным углом поперечного V и сняты предкрылки. Опасения в отношении штопорных свойств «Утки» не подтвердились. Самолет входил в преднамеренныи штопор неохотно, и после того как летчик бросал управление «выскакивал» из него «как пробка из воды». Установленный на самолете МиГ-8 толкающий винт дал возможность проверить управляемость на малых скоростях при отсутствии обдува крыла винтом. Кроме того, испытания позволили изучить управляемость самолета на земле, а также вопросы взлета и посадки (заход на второй круг) в условиях отсутствия обдува винтом органов управления. Это в дальнейшем позволило использовать полученные результаты при проектировании истребителей с реактивными двигателями МиГ-9 и МиГ-15 . После испытаний, программа которых полностью была выполнена в мае 1946 года, МиГ-8 «Утка» использовался в качестве связного и транспортного самолета ОКБ. За все время эксплуатации самолета не было ни одной аварии или предпосылки к летному происшествию.

По своей схеме самолет представлял подкосный высокоплан с трехколесным неубирающимся шасси.

Каркас фюзеляжа был выполнен из сосновых брусков и имел фанерную обшивку. В кабине закрытого типа размещались пилот и два пассажира. Входную дверь расположили на левом борту фюзеляжа. Кабина имела хорошее остекление, которое обеспечивало прекрасный обзор вперед и в стороны. Носовая часть фюзеляжа заканчивалась балкой, на которой установили горизонтальное оперение. Хвостовая часть фюзеляжа переходила в моторный отсек, который заканчивался коком винта.

Двухлонжеронное крыло с постоянной относительной толщиной по размаху (12%) имело деревянный набор и полотняную обшивку. Стреловидность крыла в плане 20°, сужение 1, удлинение 6, профиль «Кларк УН». Угол установки крыла 2°. На концах крыла установили шайбы, которые являлись вертикальным оперением. Элероны типа «Фрайз» имели дюралевый каркас и полотняную обшивку.

Общая площадь вертикального оперения 3 м2. Размах горизонтального оперения 3,5 м, площадь — 2,7 м2, угол установки +2°. Профиль оперения NACA-0012. Кили деревянные, рули направления — каркас дюралевый, обшивка полотняная. Стабилизатор деревянный. Каркас руля высоты дюралевый, обшивка полотняная. Управление рулем высоты жесткое, управление рулями направления и элеронами тросовое.

Мотор воздушного охлаждения М-11ФМ мощностью 110 л.с. с двухлопастным деревянным толкающим винтом постоянного шага диаметром 2,35 м, серии 2СМВ-2. Угол установки лопастей винта 24°. Моторама трубчатая сварная. Мотор был полностью закапотирован и имел индивидуальные обдувы для каждого цилиндра. Запуск пневматический. Топливо разместили в двух дюралевых бензобаках установленных в корневой части крыла по одному с каждой стороны. Общая емкость топливных баков 118 л. Маслобак емкостью 18 л находился за пассажирской кабиной.

Стойки шасси металлические сварные. Амортизация воздушно-масляная. Носовая стойка имела масляный демпфер. Колеса основных стоек шасси тормозные размером 500 x 150, носовое колесо — 300 x 150. Колея шасси 2,5 м.

Модификация: МиГ-8
Размах крыла, м: 9,50
Длина самолета, м: 6,80
Высота самолета, м: 2,475
Площадь крыла, м2: 15,00
Масса, кг
-пустого самолета: 746
-нормальная взлетная: 1090
-топлива: 140
Тип двигателя: 1 х ПД М-11ФМ
-мощность, л.с.: 1 х 110
Максимальная скорость, км/ч: 215
Практическая дальность, км: 500
Практический потолок, м: 5200

Первый вариант самолета МиГ-8 «Утка».

Самолет МиГ-8 «Утка». Сверху первый вариант самолета.

Второй вариант самолета МиГ-8 «Утка».

Второй вариант самолета МиГ-8 «Утка».

Второй вариант самолета МиГ-8 «Утка».

Самолет МиГ-8-2 «Утка» в полете.

В архиве размещено описание легкого одноместного самолета оригинальной схемы.
Самолет носит название "Quickie".

Архив представляет собой отсканированную рукопись со схемами в формате Adobe PDF.

Хотя на первый взгляд, этот самолет кажется уж чересчур необычным и может вызвать недоверие, все же, прочитайте следуюший текст.
Это - выдержка из книги В.П.Кондратьева "Самолеты строим сами". Как следует из его слов, самолет построенный по такой схеме обещает очень даже хорошие характеристики.

Достоинства «утки» хорошо известны. Вкратце они сводятся к следующему, в отличие от нормальной схемы, у статически устойчивой «утки» подъемная сила горизонтального балансирующе-го оперения суммируется с подъемной силой крыла. Поэтому при тех же несущих свойствах площадь крыла можно, грубо говоря, уменьшить на величину площади оперения, в результате чего уменьшаются размеры, масса и аэродинамическое сопротивление самолета, а его аэро-динамическое качество растет (рис 97). Еще более выгодным является тандем, который по способу балансировки принципиально не отлича-ется от «утки», но позволяет создать еще более компактную машину. По сути дела, в тандемной компоновке общая несущая площадь разбивается на два равных или приблизительно равных крыла, линейные размеры которых примерно в 1,4 раза меньше аналогичного крыла самолета нормальной схемы.

Отрицательные же свойства «утки» связаны, прежде всего, с влиянием переднего крыла на заднее. Переднее скашивает вниз и подторма-живает воздушный поток, обтекающий заднее крыло, его эффективность падает (рис 98). Оптимальное решение этой проблемы в том, чтобы разнести как можно дальше крылья по длине фюзеляжа и по высоте. Для того чтобы заднее крыло не попадало в вихревой след переднего при полете на больших углах атаки, переднее крыло поднимают выше заднего или опускают его как можно ниже. Так сделано, в частности, на тандеме «Квики». Несоблюдение этого условия приводит к продольной неустойчивости на больших углах атаки.

Следует учитывать и еще одно условие. 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 «подхват» и считается совершенно недопустимым. Способ борьбы с «подхватом» на «утке» найден давно: достаточно увеличить угол установки переднего крыла по отношению к заднему. Разница в углах установки должна составлять 2—3°, что гарантирует срыв потока в первую очередь на переднем крыле. Далее самолет автоматически опускает нос, переходит на мень-шие углы атаки и набирает скорость — таким образом, реализуется идея создания несваливаемого самолета, конечно, при соблюдении требуемой центровки.

..
Самолеты схемы тандем и их аэродинамические особенности :
Затенение заднего крыла передним при полете на больших углах атаки. 1 - малая интерференция в крейсерском полете на малых углах атаки; 2 - сильное затенение заднего крыла на больших углах самолета неудачной схемы, 3 - удачное расположение крыльев с малой интерференцией на больших углах атаки (m - коэффициент продольного момента отрицательный, наклон кривой xapaктepeн для устойчивого самолета, α - угол атаки)

Строительство тандемов носило эпизодический характер до тех пор. пока в 1978 г. все тог же неутомимый Рутан не продемонстрировал на слете конструкторов-любителей США в городе Ошкоше свой вызывающе «непонятный» тандем «Квики». Приступая к разработке этой машины, Рутан ставил задачу создания самолета с высокими летными характеристиками при двигателе минимально возможной мощности. Конечно, наилучшие результаты можно было по-лучить, используя тандемную схему. Действительно, два крыла площадью примерно по 2,5 м^2 позволили сделать самолет минимальных габаритных размеров с наименьшим аэродинамиче-ским сопротивлением и высоким аэродинамиче-ским качеством. При этом двигателя в 18 л. с. хватило для достижения скорости 220 км/ч, скороподъемности 3 м/с, потолка 4600 м. Взлетная масса самолета, изготовленного целиком из пластика, составляет 230 кг. Как и предыдущие творения Рутана, «Квики» был размножен любителями разных стран в десятках экземпляров. Американские авиационные специалисты считают «Квики» «минимальным» самолетом. Он экономичен, дешев и нетрудоемок в постройке. Производственный цикл его изготовления составляет всего 400 человеко-часов. Конструкторы-любители многих стран могут приобрести и чертежи, и набор заготовок, и полностью гото-вый аппарат.

Последователи Рутана нашлись и в нашей стране. На СЛА-84 куйбышевский самодеятельный клуб «Аэропракт», возглавляемый студентом Ю. Яковлевым, представил свой вариант «Квики» —А-8

Хороших самодеятельных клубов в нашей стране уже немало. Куйбышевский — один из самых известных. «Авиация на практике» — так члены клуба расшифровывают название своей «фирмы», созданной в 1974 г. в красном уголке заводского общежития выпускником Харьковского авиационного института Василием Мирошником. Судьба «Аэропракта» складывалась труд-но. Клуб неоднократно закрывался, «разгонялся», менял адреса и руководителей. Однако неудачи и трудности только закаляли молодых энтузи-астов.

За более чем пятнадцатилетнюю историю через «Аэропракт» прошли десятки человек — школьников, студентов, молодых рабочих, ставших впоследствии хорошими инженерами, конструкторами, летчиками. В традициях «Аэропракта» полная свобода технической мысли и демократия. В клубе всегда существовало не-сколько небольших творческих групп, параллельно строивших три-четыре летательных аппарата. А для самых смелых и «бредовых» технических идей всегда существовал лишь один судья — практика и собственный опыт. Именно такая атмосфера творческого сотрудничества н сорев-нования стала постоянным источником энтузи-азма, благодаря которому «Аэропракт» до сих пор существует. Именно такие условия дали возможность наиболее полно проявить талант наших лучших конструкторов-любителей, в том числе Василия Мирошника, Петра Альмурзнна, Михаила Волынца, Игоря Вахрушева, Юрия Яковлева и многих других — постоянных участ-ников и призеров слетов СЛА.

Самолеты, созданные в «Аэропракте», хорошо известны. Для того чтобы лучше представить масштабы деятельности «Аэропракта», достаточ-но лишь напомнить названия аппаратов этого клуба, принимавших участие в слетах СЛА. Сре-ди них — самолеты А-6, А-11М, А-12, гидросамолет А-05, планеры А-7, А-10Б и мотопланер А-10А, имеющие «фирменное» обозначение «А» и построенные в «филиале» «Аэропракта» — СКБ Куйбышевского авиационного института под руководством В. Мирошника. Почти все пере-численные летательные аппараты были призерами слетов.

Наибольший успех выпал на долю тандема А-8 («Аэропракт-8»), построенного студентом Куйбышевского авиационного института Юрием Яковлевым.

Внешне А-8 напоминает «Квики». Но надо отметить, что до тандема Ю. Яковлева у нас в стране об особенностях этой схемы было известно очень мало. Каким должно быть взаимное расположение крыльев и их профиль, где расположить центр тяжести самолета, как поведет себя машина при полете на больших углах атаки? На все эти вопросы можно было ответить, лишь испытав аппарат.

..
Самолет-тандем А-8 (Ю. Яковлев, "Аэропракт"). Площадь переднего крыла - 2,47 м2, площадь заднего крыла - 2,44 м^2, взлетная масса - 223 кг, масса пустого - 143 кг, максимальное аэродинамическое качество - 12, максимально допустимая скорость - 300 км/ч, максимальная эксплуатационная перегрузка - 6, разбег - 150 м, пробег - 150 м.
1 - двигатель, 2 - педали, 3 - воздухозаборник вентилятора кабины, 4 - узлы навески крыльев, 5 - тяги управления элеронами, 6 - элерон, 7 - тяги управления рулем направления и хвостовым колесом (трос в трубчатой оболочке), 8 - вал управления, 9 - парашют ПЛП-60, 10 - рычаг управления двигателем, 11 - бензобак, 12 - тяги управления рулем высоты, 13 - рукоятка запуска двигателя, 14 - резиновые амортизаторы подвески двигателя, 15 - руль высоты, 16 - боковая ручка управления, 17 - замок фонаря, 18 - выключатель зажигания, 19 - указатель скорости, 20 - высотомер, 21 - авиагоризонт, 22 - вариометр. 23 - акселерометр, 14 - вольтметр

А-8 построен был очень быстро, но летать стал не сразу. Попытка первого взлета на СЛА-84 в Коктебеле завершилась неудачей: после короткого разбега самолет скапотировал. Пришлось существенно сдвинуть назад центровку и изменить углы установки крыльев. Только после этих доработок зимой 1985 г. самолет смог подняться в воздух, демонстрируя все преимущества необычной аэродинамической компоновки. Компактность, малая смачиваемая поверхность и, как следствие, низкое аэродинамическое сопротивление, присущие самолетам такой аэродинамической схемы, позволили на А-8, оснащенном мотором мощностью 35 л. с, добиться максимальной скорости 220 км/ч и скороподъемности 5 м/с. Испытания, проведенные летчиком-испытателем В. Макагоновым, показали, что самолет легок и прост в; управлении, обладает хорошей маневренностью и не срывается в штопор. На тандеме успешно летали его создатели и профессиональные пилоты. Для читателей будет представлять интерес оценка, данная самолету В. Макагоновым:

— При выполнении пробежек на СЛА-84 у А-8 обнаружилась несбалансированность в продольном канале управления, вследствие которой на разбеге развивался значительный пикирующий момент от заднего крыла на скорости, меньшей скорости отрыва. Этот момент невозможно было компенсировать рулем высоты. Пос-ле слета задачу сбалансированного взлета аэропрактовцы решили путем уменьшения угла установки заднего крыла до 0°. Этого оказалось достаточно, чтобы на разбеге при полностью взятой на себя ручке управления скорость подъема хвостового колеса до взлетного положения и скорость отрыва практически совпадали. После отрыва самолет легко балансируется в продольном канале. Тенденции к развороту и кренеиию отсутствуют. Максимальная скороподъемность — 5 м/с получена на скорости 90 км/ч. В горизонтальном полете достигнута максимальная скорость 190 км/ч. Самолет охотно увеличивает скорость до 220 км/ч при незначи-тельном снижении и при выходе в горизонтальный полет долго удерживает ее. Очевидно, при более удачном подборе воздушного винта фиксированного шага скорость может быть и большей. Во всем диапазоне скоростей самолет устойчив и хорошо управляем, перекрестные связи в боко-вой динамике проявляются четко. При полностью выбранной на себя ручке управления и работе двигателя на малом газе на скорости 80 км/ч наблюдается срыв потока на переднем крыле, самолет немного опускает нос с последующим восстановлением обтекания и увеличением тангажа. Процесс повторяется в автоколебательном режиме с частотой 2—3 колебания в секунду с амплитудой 5—10°. Срыв нерезкий, поэтому динамика имеет плавный характер. Тенденций к кренению и развороту при срыве не наблю-дается. Зависимость усилий на ручке и педалях от их хода линейна с максимальными значениями усилий по элеронам и рулю, высоты не более 3 кг и по рулю направления не более 7—8 кг. На самолете применена боковая ручка управления, поэтому расходы ручки невелики. Самолет продемонстрировал хорошую маневренность. На скорости 160 км/ч вираж выполняется с креном 60°, а форсированный вираж со ско-рости 210 км/ч с креном 80°. Кистевое управление, кресло эргономической выгодной формы и отличный с точки зрения обзора фонарь создают достаточно комфортные условия полета.

Накануне СЛА-85 «Аэропракт» в очередной раз закрыли, и все летательные аппараты оказались в опечатанном помещении. Юрию Яковлеву и его друзьям пришлось приложить немало усилий, прежде чем А-8 и другие самолеты клуба были доставлены в Киев. Попав на слет с небольшим опозданием, А-8 сразу же привлек к себе внимание и зрителей, и специалистов, а великолепные полеты В. Макагонова во многом способствовали тому, что тандем стал одним из самых популярных самолетов слета. При подве-дении итогов А-8 признан лучшим эксперимен-тальным самолетом. Его автор был удостоен призов ЦК ВЛКСМ, журнала «Техника — молодежи» и ЦАГИ. По рекомендации технической комиссии слета решением Минавиапрома А-8 передан в ЦАГИ для продувок в аэродинами-ческой трубе, а затем в Летно-испытательный институт для более детальных исследований в полете. Главным же призом для Юрия Яковлева, конечно, стало приглашение работать в ОКБ имени О. К. Антонова.

А-8 изготовлен целиком нз пластиков. Перед-нее и заднее однолонжеронные крылья имеют примерно одинаковую конструкцию. Крылья сде-ланы отъемными, но разъемов по размаху не имеют. При стыковке крылья вкладываются в специальные вырезы фюзеляжа. Переднее крыло снабжено аэродинамическим профилем RAF-32 н установлено под углом +3°, заднее с профилем «Вортман» FX-60-126 установлено с углом 0°.

Лонжероны крыльев имеют стенку, изготовлен-ную из стеклоткани, и полки, выложенные из углеволокна. Обшивка крыльев трехслойная {стеклоткань — пенопласт — стеклоткань). При выклейке деталей и сборке агрегатов планера А-8 использованы различные эпоксидные клеи, в основном К-153.

Фюзеляж типа полумонокок также имеет трех-слойную пластиковую конструкцию. Он выклеен зацело с килем. Шассн состоит из двух колес от карта размером 300х100 мм, установленных в специальных обтекателях на концах переднего крыла, и стеклопластнкового рессорного костыля с управляемым хвостовым колесом размером 140х60 мм. Главные колеса снабжены механи-ческими тормозами. Роль амортизатора шасси выполняет само довольно упругое переднее крыло. В систему управления самолета входят: закрылок на переднем крыле, выполняющий функции руля высоты, элероны на заднем крыле и руль направления. Привод управления элеро-нами и рулем высоты выведен на боковую ручку с малыми ходами, при этом ручка летчика в по-лете лежит на специальном подлокотнике. Таким образом практически реализован принцип кисте-вого управления. Боковая ручка управления А-8 на слете получила высокую оценку всех пилотов.

На А-8 использован двигатель РМЗ-640 от снегохода «Буран». Мотор развивает мощность 35 л. с. при 5000 об/мин. Воздушный винт имеет диаметр 1,1 м и шаг 0,7 м. Максимальная стати-ческая тяга винта — 65 кг. Бензобак расположен в носовой части фюзеляжа под ногами пилота. Мотор рассчитан на использование бензина А-76.

Единственный вопрос меня больше всего беспокоит после прочитанного:
Какова была дальнейшая судьба самолета А-8?
Куда же исчез самолет А-8 из ассортимента производства на нынешнем "Аэропракте"?

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

По материалу журнала "Моделист-Конструктор" времён СССР

Фрагмент 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"

В первое десятилетие XX в. еще не знали, как должен быть устроен самолет. И часто на летательных аппаратах тех времен горизонтальное оперение размещали перед крылом на вынесенной вперед носовой части фюзеляжа. Такие самолеты стали называть «утками», так как у них вытянутая вперед носовая часть фюзеляжа в полете напоминала летящую утку с вытянутой шеей. Это название закрепилось за самолетами, у которых горизонтальное оперение располагается перед крылом. Авиастроители возвратились к схеме «утка», когда стали проектировать сверхзвуковые самолеты, чтобы устранить снижение общей подъемной силы, возникающей у самолетов обычной схемы от хвостового оперения. И свободнолетающую авиамодель, выполненную по схеме «утка» можно лучше приспособить к парению.

Пилотажная авиамодель «УИИ-ДжиБерд» с двигателем 2,5 см³, имеющая схему «утка». Горизонтальное оперение с рулем высоты прикреплено к крылу его пилотажной на двух балках. Двигатель с тянущим винтом размещен в носовой части короткого фюзеляжа. Непосредственно за двигателем укреплена стойка носового колеса. Стойки основного шасси размещены в точках крепления балок. На хвостовой кромке крыла расположены два киля, отклоненные, как показано на чертеже, несимметрично.

Кропотливая работа по подбору положения центра тяжести себя оправдала и привела к успеху на соревнованиях. Во время испытаний модели выявилось еще одно существенное преимущество схемы «утка». При внезапной остановке двигателя во время выполнения фигур высшего пилотажа, потеряв управление, она входила в пикирование, а затем сама, без вмешательства моделиста, выходила из него и совершала благополучную посадку. Объясняется это тем, что при пикировании без управления весовой момент руля высоты вокруг оси его шарнирной подвески вызывает отклонение руля задней кромкой книзу. В результате возникает момент, вызывающий выход «утки» из пикирования, а затем - плавную посадку.

Кордовая модель схемы «утка», построенная и успешно испытанная японскими авиамоделистами.

При проектировании любой модели типа «утка» для обеспечения устойчивого полета ее очень важно правильно выбрать центр тяжести относительно носка хорды крыла. Расстояние от носка хорды крыла до центра тяжести модели, необходимое для устойчивого полета, определяется по формуле: X = 70Lго x Sго/Sкр - 0,1b, где: Sго — площадь горизонтального оперения в квадратных дециметрах, Sкр — площадь крыла в квадратных дециметрах, Lго — плечо горизонтального оперения, то есть расстояние от носка хорды стабилизатора до носка хорды крыла, в дециметрах, b — хорда крыла в мм.

Формула эта приведена для случая, когда на модели применен толкающий винт. Например, для модели, у которой Sго = 10,5 дм²; Lго = 6,3 дм; Sкр= 31,9 дм²; Х = 126 мм. Если же на модели, выполненной по схеме «утка», применен тянущий винт, размешенный перед крылом, то Х находят по еще более простой формуле: X = 70Lго x Sго/Sкр

В США проходят испытания два экспериментальных образца истребителя F-16XL, созданные на базе истребителя - бомбардировщика F-16. Если ранее сообщалось, что силовая установка нового истребителя оставалась прежней, то теперь, по утверждениям зарубежной печати, предполагается использовать более мощный двигатель F-101DFE, созданный на базе двигателя F-101 стратегического бомбардировщика B-1. По сравнению с базовым образцом значительно увеличена площадь крыла нового самолета (она составила 60 м2), длина фюзеляжа возросла на 1,4 м. Благодаря таким изменениям в конструкции запас топлива возрос на 80%.

Рассчитывают, что истребитель F-16XL будет способен производить длительные полеты со сверхзвуковой крейсерской скоростью. Для взлета и посадки ему потребуется полоса длиной менее 600 м.

В состав бортового радиоэлектронного оборудования самолета планируется включить модернизированную радиолокационную станцию AN/APG-66, станцию радиоэлектронного подавления AN/ALQ-165, электронно-оптическую систему «Лантирн» и новую цифровую ЭВМ системы управления оружием. Журнал "Техника и вооружение" времён СССР

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