Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для самолетов с тремя сложенными друг на друга крыльями см. Triplane .
Piaggio P.180 Avanti показывая свои три подъема поверхности

Три поверхности самолет , а иногда и три-лифтинг-поверхность самолет имеет носовой руль , центральное крыло и хвостовое оперение . Центральная поверхность крыла всегда обеспечивает подъемную силу и обычно является самой большой, в то время как функции носовой и кормовой плоскостей могут различаться в зависимости от типа и могут включать подъемную силу, управление и / или устойчивость.

В гражданских самолетах можно использовать три конфигурации поверхности для обеспечения безопасных характеристик сваливания и коротких взлетно-посадочных характеристик (STOL). Также утверждается, что он позволяет минимизировать общую площадь поверхности крыла, уменьшая сопутствующее сопротивление обшивке. В боевых самолетах эта конфигурация может также использоваться для повышения маневренности как перед сваливанием, так и за его пределами, часто в сочетании с векторной тягой .

История [ править ]

Раннее обозначение, которое использовалось в 1911 году, было «Трехплоскостной системой». [1] Дизайн Ферника 1920-х годов был назван «тандемом». Хотя на самом деле есть две подъемные поверхности крыла, соединенные тандемом, хвостовое оперение образует третью горизонтальную поверхность.

Пионерские эксперименты [ править ]

1908 Voisin-Farman I

В первые годы развития авиации на ряде самолетов использовались как носовые, так и кормовые вспомогательные поверхности. Проблема горизонтальной устойчивости была плохо изучена, и обычно управление по тангажу осуществлялось на передней поверхности, а задняя поверхность также поднималась, что приводило к проблемам с нестабильностью. У Kress Drachenflieger 1901 года и триплана Dufaux 1908 года было недостаточно мощности для взлета. Более удачными были модели Voisin-Farman I (1907 г.) и Curtiss No. 1 (1909 г.). Братья Райт тоже экспериментировали с базовой конструкцией Flyer, пытаясь получить как управляемость, так и стабильность, управляя им в разное время сначала в конфигурации «утка», затем в трех надводных и, наконец, в обычных конфигурациях. [2] [3]К началу Первой мировой войны в 1914 году задняя поверхность приобрела обычную конфигурацию, и в течение многих лет можно было летать лишь на нескольких трех типах поверхности. Fokker V.8 1917 и Caproni Ca.60 Noviplano 1921 оба были неудачными.

Мягкий срыв и STOL [ править ]

Молния-1

В 1920-х годах Джордж Ферник разработал идею тандема двух подъемных поверхностей вместе с обычным хвостовым оперением. Небольшой носовой самолет был высоконагружен, и по мере увеличения угла атаки он был спроектирован так, чтобы сначала сваливаться, из-за чего нос опускался и позволял самолету безопасно возвращаться в исходное положение без остановки основного крыла. Это «мягкое» стойло обеспечивает уровень безопасности в стойле, который обычно отсутствует в традиционных конструкциях. Fernic Т-9 , три поверхности моноплан, пролетел в 1929 году Fernic была убита в результате несчастного случая во время полета его преемника FT-10 Cruisaire. [4]

Можно добиться такого мягкого сваливания с чистой конструкцией « утка» , но тогда будет трудно контролировать качку, и могут возникнуть колебания, так как носовая часть постоянно поднимает нос, сваливается и возвращается в исходное положение. Кроме того, при проектировании следует позаботиться о том, чтобы турбулентный след от свалившейся носовой части сам по себе не нарушал воздушный поток над основным крылом в достаточной степени, чтобы вызвать значительную потерю подъемной силы и компенсировать момент тангажа при опускании носа. В трехполюсной конструкции третье, хвостовое оперение не глохнет и обеспечивает лучшую управляемость. [ необходима цитата ]

В 1950-х Джеймс Робертсон разработал свою экспериментальную Skyshark. Это была в целом обычная конструкция, но с множеством функций, включая небольшой носовой упор, предназначенный не только для безопасного сваливания, но и для обеспечения хороших характеристик при взлете и посадке на коротких дистанциях (STOL). Передняя планка позволила достичь характеристик КВП без больших углов атаки и сопутствующей опасности сваливания, необходимой для обычных конструкций КВП. Самолет прошел оценку армии США. [5] Система Робертсона была коммерциализирована как Wren 460 , модифицированный легкий самолет Cessna. Он, в свою очередь, был позже лицензирован и произведен в течение 1980-х годов как Peterson 260SE, а с модификацией передней планки только как 230SE. В 2006 году усиленный вариантPeterson Katmai , началось производство. В целом аналогичный подход используется в 1988 Eagle-XTS [6] и его производных, в серии Eagle 150 .

Маневренность за пределами стойла [ править ]

Grumman X-29 , задние створки отклонены

Примерно в 1979 году конструкторы военных реактивных самолетов начали изучать конфигурации с тремя поверхностями, чтобы обеспечить улучшенную маневренность и управляемость, особенно на низких скоростях и больших углах атаки, например, во время взлета и боя. [7] В Соединенных Штатах экспериментальный Grumman X-29 летал в 1984 году, а модифицированный McDonnell Douglas F-15 , F-15 STOL / MTD , в 1988 году, но эти конструкции не получили дальнейшего развития. В Советском Союзе Су-27 , модифицированный уточных ИХ прилетел в 1985 году [8] и производные этой конструкции стали только военными типами , чтобы поступить в производство.

Минимальная поверхность крыла [ править ]

Триумф чешуйчатых композитов

Также в 1979 году Piaggio начал исследования по проектированию гражданского двухкамерного турбовинтового двигателя с тремя поверхностями, который в сотрудничестве с Learjet превратился в Piaggio P.180 Avanti . Этот тип впервые поднялся в воздух в 1986 году и был принят на вооружение в 1990 году, производство продолжается и сегодня. В Avanti заявлено, что трехплоскостная конфигурация значительно снижает размер, вес и сопротивление крыла по сравнению с обычным эквивалентом. [9]

Два экспериментальных самолета этой конфигурации были впоследствии построены компанией Scaled Composites под руководством Берта Рутана и совершены в 1988 году. Triumph был очень легким реактивным самолетом с двумя турбовентиляторными двигателями, разработанным для Beechcraft . Летные испытания подтвердили целевой диапазон характеристик. [10] [11] Catbird был одномоторный винтовых самолетов, предусмотрено Рутан в качестве замены для Beechcraft Bonanza . Он удерживает мировой рекорд скорости по замкнутому кругу на 5000 км (3100 миль) без полезной нагрузки 334,44 км / ч (207,81 миль / ч), установленный в 2014 году [12].

Конструкция истребителя [ править ]

Сухой Су-33

Некоторые современные реактивные самолеты имеют трехплоскостную конфигурацию, часто в сочетании с вектором тяги . Это обычно предназначено для улучшения управляемости и маневренности, особенно при очень больших углах атаки за пределами точки сваливания основного крыла. Некоторые сложные боевые маневры, такие как «Кобра» Пугачева и « Кульбит», впервые были выполнены на трехплавном самолете «Сухой».

Экспериментальный Grumman X-29 имел базовую конфигурацию утки «хвост вперед», с необычными крыльями прямой стреловидности и прядями, отходящими назад от корней основного крыла. Подвижные закрылки на концах ремней фактически сделали его трехплоскостным. [13] X-29 продемонстрировал исключительную маневренность на больших углах атаки. [14]

Более простая конструкция с тремя поверхностями видна в нескольких вариантах обычного Су-27 . После успешного добавления форплана «утка» к опытному самолету они были включены в ряд последующих серийных вариантов, включая военно - морской Су-33 (Су-27К), некоторые Су-30, Су-35 и Су-37. Китайский Shenyang J-15 также унаследовал конфигурацию Су-33.

McDonnell Douglas F-15 STOL / МТД был F-15 планера , модифицированный уточных ПГО и вектором тяги, предназначенных для демонстрации этих технологий как производительность STOL и высокой маневренности.

Дизайн с уменьшенной площадью поверхности [ править ]

Равновесие обычного (вверху) и трехплавного самолета (внизу)

Утверждается, что трехплоскостная конфигурация уменьшает общую площадь аэродинамической поверхности по сравнению с традиционной конфигурацией и конфигурацией «утка» [9] [15], что позволяет снизить лобовое сопротивление и вес.

Равновесие питча [ править ]

На большинстве самолетов центр давления крыла перемещается вперед и назад в зависимости от условий полета. Если он не совмещен с центром тяжести , необходимо применить корректирующую силу или усилие дифферента для предотвращения крена самолета и, таким образом, для поддержания равновесия. [16]

На обычном самолете эта сила дифферента по тангажу прикладывается хвостовым оперением . На многих современных конструкциях центр давления крыла обычно находится позади центра тяжести, поэтому хвостовое оперение должно оказывать направленное вниз усилие. [17] Любая такая отрицательная подъемная сила, создаваемая хвостовым оперением, должна компенсироваться дополнительной подъемной силой от основного крыла, что увеличивает площадь крыла, сопротивление и вес.

На трехплоскостном самолете силы дифферента по тангажу могут распределяться по мере необходимости в полете между носовым и хвостовым оперением. Равновесие может быть достигнуто за счет подъемной силы от носовой части, а не с помощью прижимной силы от хвостовой опоры. Оба эффекта - уменьшенная прижимная сила и дополнительная подъемная сила - уменьшают нагрузку на основное крыло.

Piaggio P.180 Avanti имеет закрылки на обоих его переднего крыла и основного крыла. Оба закрылка раскрываются синхронно для сохранения нейтрального тангажа при взлете и посадке. [9]

Статическая устойчивость и срыв [ править ]

На самолетах с уткой для обеспечения естественной статической устойчивости по тангажу в нормальном полете носовая часть самолета должна обеспечивать подъемную силу. Кроме того, для того, чтобы самолет имел безопасные характеристики сваливания, носовая часть самолета должна сваливаться перед основным крылом, наклоняя самолет вниз и позволяя ему восстановиться. Это означает, что необходимо использовать запас прочности на основной площади крыла, чтобы его максимальный коэффициент подъемной силы и нагрузка на крыло никогда не были достигнуты на практике. Это, в свою очередь, означает, что основное крыло необходимо увеличить в размерах.

На трехплоскостном самолете хвостовое оперение действует как обычный горизонтальный стабилизатор . В условиях сваливания, даже если основное крыло остановлено, хвостовое оперение может обеспечить момент понижения тангажа и обеспечить восстановление. Таким образом, крыло можно использовать с максимальным коэффициентом подъемной силы, что может выражаться в уменьшении его площади и веса.

Подъемный носовой упор расположен впереди центра тяжести, поэтому его подъемный момент действует в том же направлении, что и любое движение по тангажу. Если самолет должен иметь естественную устойчивость, размер носовой части, наклон подъемной силы и плечо момента должны быть выбраны так, чтобы они не превышали стабилизирующий момент, обеспечиваемый крылом и оперением. Таким образом, ограничения по устойчивости ограничивают соотношение объемов носовой части (показатель ее эффективности с точки зрения дифферента и устойчивости), что, в свою очередь, может ограничивать ее способность разделять силы дифферента по тангажу, как описано выше.

Уменьшение площади крыла [ править ]

Минимальный размер подъемных крыльев самолета определяется: весом самолета, силой, необходимой для противодействия отрицательной подъемной силе, создаваемой горизонтальным стабилизатором, заданными скоростями взлета и посадки и коэффициентом подъемной силы крыльев. .

Большинство современных самолетов используют закрылки задней кромки основного крыла для увеличения коэффициента подъемной силы крыльев при взлете и посадке; таким образом позволяя крылу быть меньше, чем могло бы быть в противном случае. Это может уменьшить вес крыла и всегда уменьшает площадь поверхности крыла. Уменьшение площади поверхности пропорционально снижает сопротивление обшивки на всех скоростях.

Недостатком использования закрылков задней кромки является то, что они создают значительный отрицательный момент тангажа при использовании. Чтобы уравновесить этот момент тангажа, горизонтальный стабилизатор должен быть несколько больше, чем он мог бы быть в противном случае, чтобы он мог создавать достаточную силу для уравновешивания отрицательного момента тангажа, создаваемого закрылками задней кромки. Это, в свою очередь, означает, что основное крыло должно быть несколько больше, чем могло бы быть в противном случае, чтобы уравновесить большую отрицательную подъемную силу, создаваемую большим горизонтальным стабилизатором.

На самолетах типа «утка» носовая часть может обеспечивать положительную подъемную силу при взлете, уменьшая часть прижимной силы, которую в противном случае пришлось бы создавать заднему стабилизатору. Однако основное крыло должно быть достаточно большим, чтобы не только поднимать остаточный вес самолета при взлете, но и обеспечивать достаточный запас прочности для предотвращения сваливания. На трехплоскостном самолете нет ни одного из этих недостатков, и основное крыло может быть уменьшено в размерах, что также снижает вес и сопротивление. Утверждается, что общая площадь всех поверхностей крыла трехплоскостного самолета может быть меньше, чем у эквивалентного двухплоскостного самолета, что снижает как вес, так и лобовое сопротивление.

Минимальная площадь в крейсерском режиме может быть дополнительно уменьшена за счет использования обычных устройств большой подъемной силы, таких как закрылки, что позволяет конструкции с тремя поверхностями иметь минимальную площадь поверхности во всех точках диапазона полета. [9]

Примеры самолетов с тремя поверхностями уменьшенной площади включают Piaggio P.180 Avanti , а также Scaled Composites Triumph и Catbird . Эти летательные аппараты были спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать минимальную общую площадь поверхности для скользящего потока; [ необходима цитата ], таким образом уменьшая сопротивление поверхности для скорости и топливной экономичности. В нескольких обзорах сравнивается максимальная скорость Avanti и практический потолок с реактивными самолетами более низкого уровня, и сообщается о значительно более высокой топливной эффективности на крейсерской скорости. [18] [19] Piaggio приписывает эти характеристики частично компоновке самолета, утверждая, что общая площадь крыла уменьшилась на 34% по сравнению с традиционной компоновкой. [9] [15]

Список трехплавных самолетов [ править ]

ТипСтранаКлассРольДатаСтатусНет.Заметки
Aceair AERIKS 200ШвейцарияПропеллерЧастный2002 г.Опытный образецРазработан как домашний комплект.
Curtiss / AEA June BugнасПропеллерЭкспериментальный1908 г.Опытный образец
Caproni Ca.60 НовипланоИталияПропеллерТранспорт1921 г.Опытный образецТри стека триплана, всего девять крыльев. Летающая лодка.
Кертисс № 1насПропеллерЭкспериментальный1909 г.Опытный образецТакже известен как Curtiss Gold Bug или Curtiss Golden Flyer.
de la Farge PulgaАргентинаПропеллерЧастныйоколо 1990 г.Модифицированная летающая блоха [20]
DufauxШвейцарияПропеллерЭкспериментальный1908 г.Опытный образецПервый швейцарский самолет, совершивший полет. [21]
Eagle-XTSАвстралияПропеллерЧастный1988 г.
Орел Самолет Орел 150АвстралияПропеллерЧастный1997 г.
Трехкрылый моноплан FarmanФранцияПропеллерЭкспериментальный1908 г.Опытный образец[21]
Ферник Т-9насПропеллерЧастный1929 г.
Ферник-круизер FT-10насПропеллерЧастный1930 г.[22] [23]
Fokker V.8ГерманияПропеллерЭкспериментальный1917 г.Опытный образец
Грумман X-29насJetЭкспериментальный1984Опытный образецКрыло прямой стреловидности с передним упором и закрылками хвостовой балки.
Селедка-БерджесснасПропеллер1910 г.Биплан. [24] [25]
Кресс ДрахенфлигерАвстро-ВенгрияПропеллерЭкспериментальный1901 г.Опытный образецНе удалось взлететь: двигателю не хватило мощности для взлета.
Взлетно-посадочная полоса взлетно-посадочной полосы F-15 McDonnell DouglasнасJetЭкспериментальный1988 г.Опытный образецдемонстратор технологий повышенной маневренности, включая использование вектора тяги
Микоян-Гуревич Е-8Советский союзJetЭкспериментальный1962 г.Опытный образец
НПО Молния 1РоссияТранспорт1992 г.
Peterson 260SE и 230SEнасПропеллерЧастный1986 г.
Петерсон КатмайнасПропеллерЧастный
Piaggio P.180 AvantiИталияПропеллерТранспорт1986 г.Производство
Робертсон СкайшаркнасПропеллерЧастный
Модель 120 в масштабе Рутана «Хищник»насПропеллерЭкспериментальный1984Опытный образец[26]
Масштабированные композиты ATTT (модель 133)насПропеллерЭкспериментальный1987 г.Опытный образец[27]
Scaled Composites Triumph (модель 143)насJetЭкспериментальный1988 г.Опытный образец
Чешуйчатые композиты Catbird (модель 181)насПропеллерЭкспериментальный1988 г.Опытный образец
Шэньян J-15КитайJetВысокая маневренность боя2009 г.
Короткий биплан №1Соединенное КоролевствоПропеллерЭкспериментальный1910 г.Опытный образецНе прилетел.
Сухой Су-27 МСоветский союзJetВысокая маневренность бояНекоторые образцы оснащены носовой частью в дополнение к стандартному хвостовику.
Сухой Су-30 МКИИндияJetИстребитель1989 г.ПроизводствоЛицензионный вариант Су-30
Сухой Су-33Советский союзJetИстребитель1987 г.Производство
Сухой Су-34РоссияJetАтака1990 г.Производство
Сухой Су-37РоссияJetИстребитель1996 г.Опытный образец
Сухой Су-47РоссияJetЭкспериментальный1997 г.Опытный образецОсновное крыло - прямая стреловидность.
Voisin-Farman IФранцияПропеллерЭкспериментальный1907 г.
Крапивник 460насПропеллерЧастный1963 г.
Модель Райта А (модифицированная)насПропеллерЭкспериментальный1909 г.[3]

См. Также [ править ]

  • Canard (воздухоплавание)
  • Стабилизатор (воздухоплавание)
  • Хвостовой план
  • Конфигурация крыла

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ↑ GH Брайан, Стабильность в авиации , 1911 г.
  2. ^ Culick, ПИО (июнь 2003). «Братья Райт: первые авиационные инженеры и летчики-испытатели» (PDF) . Журнал AIAA . 41 (6): 1003–1004. Bibcode : 2003AIAAJ..41..985C . CiteSeerX  10.1.1.579.7665 . DOI : 10.2514 / 2.2046 . Проверено 13 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ a b Энглер, Н. "1909-1910 Wright Model AB" . wright-brothers.org . Самолетная компания братьев Райт.
  4. ^ "Fernic T.10 Cruisaire" . 1000aircraftphotos.com . Дата обращения 3 мая 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ «Спорт и бизнес - Знакомство с крапивником» (PDF) . Международный рейс . 23 мая 1963 г. с. 751 . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ "Австралийский Eagle-XTS собирается взлететь через малазийское совместное предприятие" (PDF) . Международный рейс . 27 ноября 1991 г. с. 18 . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ Миллер, Дж .; Х-самолеты , Specialty Press (1983), стр. 178.
  8. ^ Грин, W. & Swanborough, S .; Полная книга бойцов Саламандра (1994).
  9. ^ a b c d e "Технические характеристики и описание Piaggio P180 Avanti II" (PDF) . Piaggio Aero. Январь 2005 г.
  10. ^ "Масштабный проект композитов: Триумф" . Веб-сайт Scaled Composites . Масштабированные композиты . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  11. ↑ Бейли, Джон (30 января 1991 г.), «Рутан в атаке» (pdf) , Flight International , Reed Business Publishing, 139 (4252), стр. 30 , дата обращения 14 июля 2013. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ^ Файл записи FAI № 17236 , FAI
  13. ^ В Jan Roskam «s Airplane Design , Х-29 описывается как три поверхности самолета
  14. ^ "Информационный бюллетень НАСА Драйден - X-29" . Веб-сайт Центра летных исследований НАСА Драйден . НАСА. 15 декабря 2009 . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  15. ^ a b Алессандро Маццони (27 мая 1982 г.). «Патент США 4,746,081» . База данных USPTO . Проверено 11 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  16. ^ Филлипс, Уоррен Ф. (2010). «4.1 Основы статического равновесия и устойчивости». Механика полета (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley & Sons. п. 377. ISBN. 978-0-470-53975-0. Когда органы управления настроены так, что результирующие силы и моменты относительно центра тяжести все равны нулю, говорят, что летательный аппарат находится в балансировке , что просто означает статическое равновесие.
  17. ^ Барнард, RH; Филпотт, Д.Р. (2010). «11. Статическая устойчивость». Полет на самолете (4-е изд.). Харлоу, Англия: Прентис Холл. п. 275 . ISBN 978-0-273-73098-9.
  18. ↑ Гойер, Роберт (19 апреля 2012 г.). "Piaggio P.180 Avanti II (обзор)" . Летающий журнал . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  19. ^ Коллинз, Питер (1 ноября 2005 г.). «Летные испытания: Piaggio Avanti II - трудно превзойти» . Международный рейс . Проверено 14 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  20. ^ "Pou-Guide - Les" Pulgas "argentins" . pouguide.org . Дата обращения 3 мая 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  21. ^ а б Джейн, FT; Все самолеты мира 1913 г. , Сэмпсон Лоу, 1913 г., факсимильная копия David & Charles, 1969 г.
  22. ↑ Le Document Aéronautique n ° 52, июль 1930, стр. 440
  23. ^ Фотография Fernic-Cruisaire FT-10 , Aerofiles, извлекаться 3 мая 2015
  24. ^ Take Off: Pioneering New England Aviation, 1910 , Исторический веб-сайт Новой Англии (последнее посещение - 5 октября 2014 г.).
  25. ↑ Herring-Burgess Biplane , Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики (последнее посещение - 5 октября 2014 г.).
  26. ^ «ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 'Predator 480 ' » . Архивировано из оригинала на 29 января 2012 года . Проверено 15 апреля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  27. ^ "МАСШТАБИРОВАННАЯ модель 133 'SMUT' (ATTT или AT3)" . Архивировано из оригинала на 29 мая 2013 года . Проверено 15 апреля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Библиография [ править ]

  • Гарнизон, П ; ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: Three's Company ; Flying , декабрь 2002 г., стр. 85–86.