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
Утка (аэродинамическая схема)
Rutan Model 61 Long-EZ. Пример самолёта построенного по аэродинамической схеме «утка».
«Утка» - аэродинамическая схема, при которой у летательного аппарата (ЛА) органы продольного управления расположены впереди крыла. Названа так, потому что один из первых самолёты, сделанных по этой схеме - «14-бис » Сантос-Дюмона - напомнил очевидцам утку: вынесенные вперед плоскости управления без хвоста сзади.
Преимущества
Классическая аэродинамическая схема ЛА имеет недостаток, называемый «потерями на балансировку». Это означает, что подьемная сила горизонтального оперения (ГО) на ЛА с классической схемой направлена вниз. Следовательно, крылу приходится создавать дополнительную подьемную силу (по сути, подьемная сила ГО складывается с весом ЛА).
Схема «утка» обеспечивает управление по тангажу без потерь подъемной силы на балансировку, т.к. подъемная сила ПГО совпадает по направлению с подъемной силой основного крыла. Поэтому ЛА, построенные по этой схеме, имеют лучшие характеристики грузоподьемности на единицу площади крыла.
Тем не менее, «утки» практически не используются в чистом виде из-за присущих им серьёзных недостатков.
Недостатки
Самолеты, построенные по аэродинамической схеме "Утка" имеют серьёзный недостаток, который называется «тенденция к клевку». «Клевок» наблюдается на больших углах атаки, близким к критическому. Из-за скоса потока за передним горизонтальным оперением (ПГО) угол атаки на крыле меньше, чем на ПГО. В результате по мере увеличения угла атаки срыв потока начинается сначала на ПГО. Это уменьшает подъемную силу на ПГО, что сопровождается самопроизвольным опусканием носа самолета - «клевком», - особенно опасным на взлете и посадке.
Пилоты, обученные летать на самолетах с классической аэродинамической схемой, при полетах на "утке" жалуются на ограничение обзора, создаваемого ПГО.
Также расположенное спереди подвижное горизонтальное оперение способствует увеличению эффективной площади рассеяния (ЭПР) самолета, а потому считается нежелательным для истребителей пятого поколения (примеры: американский F-22 Raptor и российский ПАК ФА) и разрабатываемого перспективного дальнего бомбардировщика (ПАК ДА), выполненных с соблюдением технологий радиолокационной малозаметности .
Биплан-тандем - «утка» с близкорасположенным передним крылом - схема, в которой основное крыло расположено в зоне скоса потока от переднего горизонтального оперения (ПГО). По такой схеме сбалансированы Saab JAS 39 Gripen и МиГ 1.44 .
Также различные разновидности схемы «утка» используются для многих управляемых ракет.
Литература
- Лётные испытания самолётов, Москва, Машиностроение, 1996 (К. К. Васильченко, В. А. Леонов, И. М. Пашковский, Б. К. Поплавский)
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Утка (аэродинамическая схема)" в других словарях:
Самолёта. А. с. характеризует геометрические и конструктивные особенности самолёта. Известно большое число признаков, по которым характеризуют А. с., но в основном их принято различать: по взаимному расположению крыла и горизонтального оперения… … Энциклопедия техники
аэродинамическая схема Энциклопедия «Авиация»
аэродинамическая схема - Рис. 1. Аэродинамические схемы самолёта. аэродинамическая схема самолёта. А. с. характеризует геометрические и конструктивные особенности самолёта. Известно большое число признаков, по которым характеризуют А. с., но в основном их принято… … Энциклопедия «Авиация»
Я отношусь к той категории моделистов, которым интересно самим сконструировать и построить самолет, а потом получать удовольствие от управления им. Но главное удовольствие - от результата творческого поиска.
Отлетав несколько сезонов на самодельном Diamant-е с OS MAX 50, стало немного скучно. Было понятно, что может самолет, и что могу я. Конечно, можно было заняться оттачиванием навыков 3D пилотажа, но душа просила чего-то необычного. Хотелось построить самолет, которого нет ни у кого, и который обладал бы уникальными, присущими только ему, пилотажными возможностями.
Попытка 1
Посмотрел, как летают радио бойцовки, появилась идея построить фанфлай типа "летающее крыло". Сказано-сделано. Начерчен чертеж, проработана компоновка, и вот самолет готов.
- Размах: 1450 мм
- Длинна: 1000 мм
- Вес: 2000 г
- Двигатель: OS MAX 50
Выезжаю на поле и понимаю, что ничего интересного я не построил. Да, летит, да, крутит какие-то фигуры. Но ничего интересного, все как обычно, даже немного скучно.
Проанализировав ситуацию, понимаю, что так и должно было быть… Классическая схема и схема "летающее крыло" отработаны до мелочей, и ничего нового предложить не могут. Начался творческий застой…
Находясь в кризисе, листаю старые журналы и натыкаюсь на модель схемы "Утка". Это уже становится интересно.
Идея
Схема утка обладает одной интересной особенностью. Рулевые поверхности расположены перед и за центром тяжести. Соответственно если смикшировать руль высоты с элеронами и сделать это как на кордовой пилотажке, то разворачивающий момент от рулей высоты будет приложен спереди и сзади центра тяжести. Это в свою очередь позволит выполнять петли очень малого радиуса. Также было известно из большой авиации то, что эта схема очень стабильно ведет себя на срывных режимах. Вот только толкающий винт расположенный сзади не способствовал выполнению 3D пилотажа.
Вывод напрашивался сам собой, двигатель надо поставить спереди, но тогда возникали проблемы с центровкой. Так как основное крыло расположено сзади (в отличие от классической схемы, где стабилизатор не несет вес самолета, у схемы утка он создает подъемную силу), а центр тяжести находится в пределах 10-20% САХ, сбалансировать эту конструкцию не было возможности. Опять тупик.… Листая дальше журналы, нахожу старый номер "Крылья Родины", в котором рассказывается о самолетах особых схем, и в их числе приведена схема "Тандем". А самое интересное в том, что там даны формулы расчета положения центра тяжести. Выдержку из этой статьи я и привожу.
Выдержка из статьи в журнале "Крылья родины" за февраль 1989 года.
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 "подхватом" и считается совершенно недопустимым. Способ борьбы с "подхватом" на "утке" и "тандеме" найден давно: необходимо увеличить угол установки переднего крыла по отношению к заднему, причем разница в углах установки должна составлять 2-3 градуса.
Правильно спроектированный самолет автоматически опускает нос, переходит на меньшие углы атаки и набирает скорость, тем самым реализуется идея создания несваливаемого самолета. У "стандартной утки" (площадь горизонтального оперения 15-20% от площади крыла и плечом оперения, равным 2.5-3 САХ) центр тяжести должен располагаться в пределах от 10 до 20% САХ. У тандема центровка должна быть в пределах 15-20% В экв (хорды эквивалентного крыла) смотри рисунок. Хорда эквивалентного крыла определяется следующим образом:
В экв = (S п +S з)/(l п 2 +l з 2) 1/2
При этом расстояние до носика эквивалентной хорды равняется:
Х экв = L/(1+S п /S з *К)-(S п +S з)/(4*(l п 2 +l з 2) 1/2)
Где К – коэффициент, учитывающий разность углов установки крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом, равняется:
К = (1+0,07*Q)/((0.9+0.2*(H/L))*(1-0.02*(S п /S з)))
В приведенных формулах:
- S п - площадь переднего крыла.
- S з - площадь заднего крыла.
- L - аэродинамическое плечо тандема.
- l п - размах переднего крыла.
- l з - размах заднего крыла.
- Q - превышение угла установки переднего крыла над задним.
- H - расстояние по высоте между осью переднего и заднего крыльев.
Окончательный вариант
Теперь общая идея сформировалась. Двигатель ставим спереди, крылья делаем одинаковыми, а приемник и аккумулятор сдвигаем в хвост самолета.
Привод элеронов на переднем и заднем крыльях раздельный. Всего используется 6 рулевых машинок.
Сразу строить самолет под 50-ый мотор было страшно. Оставался непонятным целый круг вопросов: на каком крыле делать элероны, а на каком руль высоты или на том и другом; какие углы атаки должны быть у крыльев; насколько крылья должны быть разнесены друг от друга; и, вообще, будет ли это летать?
Но творческий зуд захватил разум, и все сомнения были отброшены. Строю "Тандем" под 25-ый мотор. На нем и проверю, как это летит…
Попытка 2
Модель прорисована, начерчена и построена. Получилось следующее.
- Размах обоих крыльев: 1000 мм
- Длинна: 1150 мм
- Хорда крыла с элероном: 220 мм
- Расстояние между крыльями: 200 мм
Переднее крыло ставилось ниже оси двигателя на 20 мм, заднее выше на 20 мм. Крылья были абсолютно одинаковыми и взаимно заменяемыми, только на одном крыле были сделаны элероны, а на другом руль высоты.
Полет
Первый полет только добавил уверенности в правильности направления поиска. Модель была абсолютно предсказуема и адекватна в воздухе, стабильна на малых скоростях и самопроизвольно не валилась в штопор. Схема с рулем высоты на переднем крыле показала себя с лучшей стороны по отношению к схеме, когда руль высоты находился на заднем крыле. Это обусловлено тем, что на малых скоростях он выполнял роль закрылков, увеличивая подъемную силу на переднем крыле.
Решено! Изучаю поведение этой модели в воздухе и начинаю строить модель под 61 мотор. Пока строится большой самолет, летаем на маленьком. В процессе полетов находим еще одну интересную особенность модели. Она могла остановиться и стоять в воздухе против ветра. При перетягивании ручки на себя на малом газу она проявляла склонность к парашютированию.
Получилось следующее:
- Размах: 1400 мм
- Длинна: 1570 мм
- Хорда с элероном: 300 мм
- Расстояние между крыльев: 275 мм
Первый полет осуществляю с элеронами на заднем крыле и рулем высоты спереди.
Впечатления:
Устойчив, стабилен на всех скоростях, весьма предсказуем. Однако в полете большой модели открылась одна особенность. Самолет очень чутко реагирует на руль высоты. То есть, вывел его в горизонтальный полет, оттримировал на среднем газу - летит ровно и устойчиво, но стоит тронуть ручку высоты, и он резко, но на небольшой угол, меняет направление полета. Не то чтобы это напрягало или было опасно, просто надо учесть, что модель очень чутко реагирует на руль высоты.
Для учебного самолета это конечно неприемлемо, но ведь у нас FAN рассчитанный на продвинутого пилота.
Теперь пробую смикшировать руль высоты и элероны. То есть, когда тяну ручку на себя на переднем крыле, оба элерона идут вниз, а на заднем вверх. А вот, когда даю крен, элероны работают параллельно на обоих крыльях.
Неустойчивое поведение модели в горизонтальном полете, скорее всего, было связано с неправильными углами установки крыльев. К сожалению, изменить их без существенной переделки не было возможности.
Модель окончательно настроена, пробую, что она может в воздухе.
- Убираю газ. Тяну ручку на себя (зажатые расходы). Модель сбавляет скорость почти до остановки, потом плавно клюет носом, разгоняется и повторяет то же самое. Никакой тенденции к штопору. То есть, если специально не срывать поток с крыла, то срыв происходит очень плавно и тут же с набором скорости восстанавливается.
- Убираю газ. Тяну ручку на себя (полные расходы). Модель останавливается в воздухе и, сохраняя горизонтальное положение, начинает, как парашют опускаться вниз. Фигура "парашют". Даю ручку от себя – она переворачивается на спину и продолжает свой спуск вертикально вниз (просто чума какая-то). Фигура "перевертыш". То есть модель способна управляться рулями в режиме 100% срыва потока с несущих плоскостей!
- Расходы на максимум – кручу петлю. Правда, петлей это нельзя назвать. Скорее это классический "водопад" из 3D комплекса. Модель крутится вокруг фонаря, при этом медленно снижаясь. Причем работать газом не требуется. И очень легко меняется направление вращения при перекладке рулей. Фигура "шейкер".
- Делаю "парашют" и отклоняю руль поворота. Получаю очень медленный плоский штопор - фигура "сухой лист".
- Такая фигура как "хариер" переходит в разряд детских.
- "Квадратная петля" получается именно квадратной, поскольку радиусы поворота на углах почти не читаются.
Описывать фигуры можно еще очень долго. Скажу только одно. Этот самолет может больше, чем я, и способен научить продвинутого пилота еще нескольким новым фигурам недоступным на обычной технике. И особенно хочется отметить прогнозируемость и стабильность самолета, что бы вы с ним не вытворяли.
Кажется, я получил то, что ХОТЕЛ!
Попытка 4
Хоть второй и третий самолеты показали отличные летные данные, но остался еще один очень важный вопрос: какие оптимальные углы атаки у крыльев? Для решения этой задачи было решено построить модель под 50-ый мотор, с возможностью изменять угол атаки крыльев на земле. К тому же, модель №3 была разбита из-за отказа аппаратуры.
Также было решено поставить переднее крыло выше оси двигателя, а заднее ниже (на предыдущей модели было наоборот, просто хотелось проверить - скажу сразу, каких либо изменений в поведении модели я не заметил.) и сделать небольшой скос по передней кромке, переднее крыло получило неявно выраженное положительное "V", а заднее отрицательное "V". Это должно было придать стабильности на малых скоростях в прямом и обратном пилотаже соответственно.
Подробно останавливаться на описании конструкции и процессе изготовления не буду. Она ничем не отличается от обычного Фанфлая и понятна из фотографий.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
: вынесенные вперёд плоскости управления без хвоста сзади.
Преимущества
Также различные разновидности схемы «утка» используются для многих управляемых ракет.
См. также
Напишите отзыв о статье "Утка (аэродинамическая схема)"
Литература
- Лётные испытания самолётов, Москва, Машиностроение, 1996 (К. К. Васильченко, В. А. Леонов, И. М. Пашковский, Б. К. Поплавский)
Примечания
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Утка (аэродинамическая схема)
Лошадей подали. Денисов рассердился на казака за то, что подпруги были слабы, и, разбранив его, сел. Петя взялся за стремя. Лошадь, по привычке, хотела куснуть его за ногу, но Петя, не чувствуя своей тяжести, быстро вскочил в седло и, оглядываясь на тронувшихся сзади в темноте гусар, подъехал к Денисову.– Василий Федорович, вы мне поручите что нибудь? Пожалуйста… ради бога… – сказал он. Денисов, казалось, забыл про существование Пети. Он оглянулся на него.
– Об одном тебя пг"ошу, – сказал он строго, – слушаться меня и никуда не соваться.
Во все время переезда Денисов ни слова не говорил больше с Петей и ехал молча. Когда подъехали к опушке леса, в поле заметно уже стало светлеть. Денисов поговорил что то шепотом с эсаулом, и казаки стали проезжать мимо Пети и Денисова. Когда они все проехали, Денисов тронул свою лошадь и поехал под гору. Садясь на зады и скользя, лошади спускались с своими седоками в лощину. Петя ехал рядом с Денисовым. Дрожь во всем его теле все усиливалась. Становилось все светлее и светлее, только туман скрывал отдаленные предметы. Съехав вниз и оглянувшись назад, Денисов кивнул головой казаку, стоявшему подле него.
– Сигнал! – проговорил он.
Казак поднял руку, раздался выстрел. И в то же мгновение послышался топот впереди поскакавших лошадей, крики с разных сторон и еще выстрелы.
В то же мгновение, как раздались первые звуки топота и крика, Петя, ударив свою лошадь и выпустив поводья, не слушая Денисова, кричавшего на него, поскакал вперед. Пете показалось, что вдруг совершенно, как середь дня, ярко рассвело в ту минуту, как послышался выстрел. Он подскакал к мосту. Впереди по дороге скакали казаки. На мосту он столкнулся с отставшим казаком и поскакал дальше. Впереди какие то люди, – должно быть, это были французы, – бежали с правой стороны дороги на левую. Один упал в грязь под ногами Петиной лошади.
У одной избы столпились казаки, что то делая. Из середины толпы послышался страшный крик. Петя подскакал к этой толпе, и первое, что он увидал, было бледное, с трясущейся нижней челюстью лицо француза, державшегося за древко направленной на него пики.
– Ура!.. Ребята… наши… – прокричал Петя и, дав поводья разгорячившейся лошади, поскакал вперед по улице.
Впереди слышны были выстрелы. Казаки, гусары и русские оборванные пленные, бежавшие с обеих сторон дороги, все громко и нескладно кричали что то. Молодцеватый, без шапки, с красным нахмуренным лицом, француз в синей шинели отбивался штыком от гусаров. Когда Петя подскакал, француз уже упал. Опять опоздал, мелькнуло в голове Пети, и он поскакал туда, откуда слышались частые выстрелы. Выстрелы раздавались на дворе того барского дома, на котором он был вчера ночью с Долоховым. Французы засели там за плетнем в густом, заросшем кустами саду и стреляли по казакам, столпившимся у ворот. Подъезжая к воротам, Петя в пороховом дыму увидал Долохова с бледным, зеленоватым лицом, кричавшего что то людям. «В объезд! Пехоту подождать!» – кричал он, в то время как Петя подъехал к нему.
– Подождать?.. Ураааа!.. – закричал Петя и, не медля ни одной минуты, поскакал к тому месту, откуда слышались выстрелы и где гуще был пороховой дым. Послышался залп, провизжали пустые и во что то шлепнувшие пули. Казаки и Долохов вскакали вслед за Петей в ворота дома. Французы в колеблющемся густом дыме одни бросали оружие и выбегали из кустов навстречу казакам, другие бежали под гору к пруду. Петя скакал на своей лошади вдоль по барскому двору и, вместо того чтобы держать поводья, странно и быстро махал обеими руками и все дальше и дальше сбивался с седла на одну сторону. Лошадь, набежав на тлевший в утреннем свето костер, уперлась, и Петя тяжело упал на мокрую землю. Казаки видели, как быстро задергались его руки и ноги, несмотря на то, что голова его не шевелилась. Пуля пробила ему голову.
Переговоривши с старшим французским офицером, который вышел к нему из за дома с платком на шпаге и объявил, что они сдаются, Долохов слез с лошади и подошел к неподвижно, с раскинутыми руками, лежавшему Пете.
– Готов, – сказал он, нахмурившись, и пошел в ворота навстречу ехавшему к нему Денисову.
– Убит?! – вскрикнул Денисов, увидав еще издалека то знакомое ему, несомненно безжизненное положение, в котором лежало тело Пети.
– Готов, – повторил Долохов, как будто выговаривание этого слова доставляло ему удовольствие, и быстро пошел к пленным, которых окружили спешившиеся казаки. – Брать не будем! – крикнул он Денисову.
Денисов не отвечал; он подъехал к Пете, слез с лошади и дрожащими руками повернул к себе запачканное кровью и грязью, уже побледневшее лицо Пети.
«Я привык что нибудь сладкое. Отличный изюм, берите весь», – вспомнилось ему. И казаки с удивлением оглянулись на звуки, похожие на собачий лай, с которыми Денисов быстро отвернулся, подошел к плетню и схватился за него.
В числе отбитых Денисовым и Долоховым русских пленных был Пьер Безухов.
О той партии пленных, в которой был Пьер, во время всего своего движения от Москвы, не было от французского начальства никакого нового распоряжения. Партия эта 22 го октября находилась уже не с теми войсками и обозами, с которыми она вышла из Москвы. Половина обоза с сухарями, который шел за ними первые переходы, была отбита казаками, другая половина уехала вперед; пеших кавалеристов, которые шли впереди, не было ни одного больше; они все исчезли. Артиллерия, которая первые переходы виднелась впереди, заменилась теперь огромным обозом маршала Жюно, конвоируемого вестфальцами. Сзади пленных ехал обоз кавалерийских вещей.
От Вязьмы французские войска, прежде шедшие тремя колоннами, шли теперь одной кучей. Те признаки беспорядка, которые заметил Пьер на первом привале из Москвы, теперь дошли до последней степени.
