О низкопланах и высокопланах. Всего понемногу…

Здравствуйте, друзья!

«… Вы упоминали о некоем преимуществе низкопланов над высокопланами. …..Для меня, как неспециалиста, преимущества одной схемы перед другой вовсе не являются очевидными и интересно было бы об этом почитать.»

Комментарии от читателей с таким или подобным содержанием не раз появлялись на сайте, так что давно уже назрела необходимость попытаться удовлетворить вполне закономерное любопытство. Пробую :-)

Самолет — одно из самых гениальных изобретений человечества. Всегда, со времени первых полетов, он находился в некотором смысле в привилегированном положении. Очень многие, самые передовые, достижения науки и техники находили применение в конструкции этого чуда человеческой мысли, стремительно изменяя его внешний облик и летные качества.

Немногим более ста лет разделяют первый самолет братьев Райт и современные комфортабельные лайнеры и скоростные истребители, а разница между ними иной раз столь велика, что заставляет думать, будто эти аппараты не имеют ничего общего между собой. Однако, это не так.

И старые допотопные этажерки, и ультрасовременные роскошные боинги или аэрбасы — все эти летательные аппараты гордо именуются самолетами, и скроены они поэтому в принципиальном, основополагающем смысле одинаково.

То есть, конечно, в авиации существует несколько видов так называемых аэродинамических схем или компоновок (и это тема для отдельного разговора :-) ), но подавляющее большинство всех когда-либо летавших и летающих ныне самолетов в мире являются примерами компоновки классической.

Это означает, как минимум, что крыло и фюзеляж на каждом аппарате в наличии :-) , за исключением может быть схемы «летающее крыло», хотя и тут еще можно порассуждать. Взаимосвязь, взаимовлияние и взаимодействие во всех смыслах этих двух самых больших частей самолетной схемы достаточно сложны.

Поэтому в авиационной науке и авиастроении уже давно существует деление самолетов в зависимости от расположения крыла по отношению к фюзеляжу на высокопланы, среднепланы и низкопланы. Причем, конечно, надо обязательно оговориться, что речь вообще идет о монопланах, то есть о самолетах обладающих одним крылом в отличие от бипланов, трипланов и т.д., о которых мы еще тоже поговорим отдельно.

По названию итак уже понятно, что низкоплан — это летательный аппарат с низкорасположенным крылом по отношению к фюзеляжу, то есть оно находится ниже горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось фюзеляжа (или фюзеляж, скажем так, “лежит на крыле”).

Высокоплан — аппарат с высокорасположенным крылом, то есть крыло выше этой горизонтальной плоскости (или оно “лежит на фюзеляже”).

Существуют еще и среднепланы. У них крыло занимает промежуточное положение, то есть расположено в средней части фюзеляжа в плоскости, проходящей через продольную ось.

Каждая из этих схем обладает своими определенными свойствами и конструкторы, разрабатывая какой-либо новый тип самолета, выбирают схему расположения крыла с учетом этих свойств. Причем, видимо, не имеет смысла сразу выделять какую-то из этих схем однозначно в положительном качестве, а какую-то в отрицательном. Постараюсь этого не делать :-) .

О свойствах и возможностях…

Сначала немного аэродинамики. Некоторые особенности указанных типов схем расположения крыла оказывают существенное и, главное, различное влияние на аэродинамические свойства летательного аппарата в целом.

Интерференция.

Думаю, что многие знакомы с таким понятием, как интерференция. Оно достаточно широко используется в самых разнообразных областях науки и техники от лингвистики и психологии до биологии, оптики и подземной газогидродинамики нефтяных и газовых скважин.Не избежала этого и аэродинамика и динамика полета летательных аппаратов.

Само по себе слово «интерференция» состоит из двух латинских слов “inter” и “ferentis”, что в переводе звучит как “между” и “переносящий” и, упрощенно говоря, означает взаимодействие между собой каких-либо сред, выражающееся в изменении их первоначальных свойств.

В нашем случае можно говорить об интерференции различных элементов конструкции самолета. Зная их аэродинамические характеристики, можно определить характеристики всего аппарата в целом. Однако, это нельзя сделать простым суммированием и именно из-за влияния отдельных элементов друг на друга в аэродинамическом плане, то есть из-за интерференции.

Известно, что интерференция может быть отрицательной, то есть вредной, когда итоговое аэродинамическое качество летательного аппарата в результате ее воздействия уменьшается (с ростом сопротивления) или же положительной при обратном результате.

Интерференция крыла и фюзеляжа — как раз пример вредного воздействия. Если говорить точнее, то здесь имеется в виду взаимодействие и взаимовлияние воздушных потоков, омывающих в процессе полета эти элементы. Наиболее вероятное место взаимодействия – это, конечно, место стыка крыла и фюзеляжа, где как бы перемешиваются струи обтекающие различные поверхности.

То есть здесь воздушный поток тормозится от воздействия с двух сторон: от поверхности крыла и от поверхности фюзеляжа. Такое двойное воздействие вызывает усиленное торможение потока, деформацию и утолщение пограничного слоя с тенденцией к его отрыву и турбулизации.

О низкопланах и высокопланах.

Картина обтекания стыка крыла и фюзеляжа планера. Хорошо видна интерференционная зона турбулентности (задняя часть крыла).

Кроме того в задней части соединения крыло (частично и фюзеляж) по профилю меняет свою кривизну таким образом, что поток как бы попадает в расширяющийся канал (диффузор) с естественной потерей скорости и ростом давления.

Все это вызывает турбулизацию и преждевременный срыв потока с ростом сопротивления и снижением аэродинамического качества. Почему преждевременный? Потому что на профиле крыла в его задней части (в соответствии с кривизной) некоторая небольшая зона турбулизации при наличии соответствующего угла атаки так или иначе всегда присутствует.

Однако, это зона невелика. Она, так сказать, «запланирована» и учтена в расчетах. Интерференция же вносит здесь свою ощутимую и очень неприятную добавку.

Величина вредного интерференционного воздействия в принципе зависит от скорости полета, формы сочленения и углов взаимного расположения элементов конструкции. Наиболее неприятны углы в районе 60°.

Применительно же к нашей теме, оно также зависит и от взаимного относительного расположения крыла и фюзеляжа. В лучшем положении здесь находится среднеплан. На нем в наименьшей степени сказывается вредная взаимная интерференция этих элементов.

Зато для низкоплана ее влияние наибольшее. Промежуточное положение занимает высокоплан. В среднем при прочих равных условиях за счет меньшей интерференции высокоплан имеет аэродинамическое качество на 4-5% выше по сравнению с низкопланом.

Полностью избавиться от вредной интерференции к сожалению невозможно, как невозможно избавиться от мест стыковки различных конструктивных элементов самолета. Однако, с целью уменьшения отрицательного воздействия эти места можно «облагородить», то есть сделать переходы на стыках более плавными, сглаженными, без выраженных углов и резких переходов.

О низкопланах и высокопланах.

"Зализ" крыла легкомоторного самолета.

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский низкоплан Як-40. Хорошо видны зализы соединения крыла и фюзеляжа и положительное поперечное V крыла.

О низкопланах и высокопланах.

Низкоплан Як-40 вид спереди. Зализы и поперечное V крыла налицо.

О низкопланах и высокопланах.

Пример соединения крыла с фюзеляжем. Низкоплан пассажирский В-777.

Для этого в местах сочленений (не только крыла и фюзеляжа) используются обтекатели определенной формы. Их часто называют зализами, потому что они придают местам стыков плавные, затянутые очертания, без ярко выраженных углов, то есть делают их как бы «зализанными» (разнообразие русского языка :-) ). Зализы позволяют ощутимо уменьшить возможности турбулизации и срыва потока.

Аэродинамическая устойчивость самолета.

Что такое устойчивость самолета в принципе… Это его способность самостоятельно возвращаться к своему исходному положению в пространстве (положению равновесия) при его изменении в результате случайного аэродинамического возмущения после прекращения действия этого возмущения. Основные виды устойчивости — поперечная, продольная и путевая.

Поперечная устойчивость или устойчивость по крену. Суть процесса достаточно проста. Допустим самолет под действием какого-либо внешнего возмущения начинает вращаться вокруг продольной оси (крениться). При этом угол атаки набегающего на крыло потока на опускающейся консоли возрастает, а на поднимающейся уменьшается. Это нетрудно понять из векторного треугольника скоростей.

В результате, соответственно, подъемная сила опускающейся консоли возрастает, а поднимающейся падает, что, естественно, вызывает появление демпфирующего момента, который останавливает вращение. Крена, однако, он устранить не может, потому что существует только пока есть вращение, поэтому вполне понятно появление силы Z, как результирующей силы веса G и подъемной силы Y самолета.

О низкопланах и высокопланах.

Принцип поперечной устойчивости.

О низкопланах и высокопланах.

Принцип поперечной устойчивости (скольжение).

Самолет начинает скользить на опущенное полукрыло. Величина подъемной силы на нем становится больше, чем на поднятом, потому что поднятое полукрыло попадает в зону аэродинамического затенения (из-за фюзеляжа), и обтекание его воздушным потоком теряет эффективность.

В итоге появляется восстанавливающий момент, возвращающий самолет в исходное положение и прекращающий свое действие после исчезновения внешних возмущений.

Путевая устойчивость. Она характеризует стремление самолета вернуться в исходное положение при возникновении внешних возмущений, поворачивающих его вокруг вертикальной оси. Аэродинамические силы, останавливающие вращение и создающие восстанавливающий момент, возникают на боковой поверхности фюзеляжа и вертикальном хвостовом оперении.

В большей степени на путевую устойчивость оказывает влияние площадь вертикального оперения (киля), которое, по сути дела, ведет себя как своеобразный флюгер, разворачивая за собой самолет. Из-за этого путевую устойчивость еще часто именуют флюгерной.

О низкопланах и высокопланах.

Принцип путевой устойчивости.

Путевая и поперечная устойчивость взаимосвязаны. Проявление одной обычно всегда сказывается на проявлении другой. То есть крен вызывает скольжение и разворот самолета, а скольжение – крен. Из-за такой взаимосвязи эти два вида устойчивости обычно всегда рассматривают в совокупности и называют боковой устойчивостью.

В итоге можно сказать, что самолет может быть устойчив (или нет :-) ) в боковом отношении, то есть вправо-влево и в продольном, то есть вниз-вверх. Вот это самое «вниз-вверх» определяет третий вид устойчивости из вышеперечисленных — продольную.

Она зависит от взаимного расположения фокуса и центра тяжести самолета (центровка), расположения и площади горизонтального оперения, и сама делится на два вида.

Первый — устойчивость по перегрузке , означающий способность самолета быстро восстанавливать первоначальный режим полета (то есть угол атаки и перегрузку) после кратковременного воздействия вертикального возмущения.

О низкопланах и высокопланах.

Принцип продольной устойчивости (действие горизонтального оперения).

Второй — устойчивость по скорости. Это способность самолета самостоятельно возвращаться к первоначальной скорости после кратковременного горизонтального возмущения (это может быть встречный или попутный порыв ветра).

Продольная устойчивость заслуживает более детального рассмотрения в отдельной статье, а в контексте сегодняшней темы уделять ей внимание мы больше не будем.

Какое же отношение имеет ко всем этим аэродинамическим изыскам схема установки крыла? Самое прямое и, в принципе, просто объясняемое :-) .

Если самолет находится в скольжении, то в районе фюзеляжа возникает некоторое избыточное давление воздуха. Причем для высокоплана это давление оказывается под крылом и, таким образом, стремится изменить крен самолета в сторону, обратную скольжению. А для низкоплана наоборот – над крылом и стремится накренить самолет в сторону крена.

О низкопланах и высокопланах.

Различия в поперечной устойчивости схем высокоплана и низкоплана.

То есть возникающий момент крена для высокоплана является восстанавливающим, а для низкоплана усиливающим. Таким образом поперечная (или боковая) устойчивость высокоплана выше, а низкоплана ниже.

С этим же связано наличие одной из геометрических характеристик крыла, так называемого поперечного V крыла. Это угол между поперечной осью самолета и плоскостью хорд крыла (то есть плоскостью проходящей через хорды, хорда (напоминаю :-) ) – линия, соединяющая носик и законцовку профиля).

Точнее говоря, здесь имеются в виду правая и левая консоли, которые приподняты вверх, если поперечное V положительное и слегка опущены, если оно отрицательное.

Если поперечное V положительное, то угол атаки полукрыла со стороны скольжения больше, чем другого полукрыла и, соответственно, подъемная сила этой консоли тоже больше.

О низкопланах и высокопланах.

Принцип влияния поперечного V крыла на боковую устойчивость.

Иначе еще можно сказать, что под этой консолью образуется некоторое поддавливание. Все это способствует крену в сторону, обратную скольжению. Если же поперечное V отрицательное, то все происходит наоборот.

Излишняя поперечная устойчивость (самолет может резко реагировать креном на любое самое незначительное скольжение), так же как и ее недостаток могут быть нежелательны (все зависит, конечно, от типа и предназначения самолета). Поэтому чаще всего у высокопланов крыло имеет отрицательное V, а у низкопланов положительное V.

Еще одна особенность конструкции высокопланов и низкопланов может оказывать определенное влияние на поперечную устойчивость. Это расположение центра тяжести самолета в вертикальной плоскости относительно центра давления боковых сил и центра давления главных аэродинамических сил (подъемной и силы сопротивления).

Боковые силы — это силы с которыми воздушный поток воздействует на боковые поверхности фюзеляжа и вертикального оперения самолета при его полете со скольжением. То есть имеет место «эффект киля». Центр давления боковых сил — это точка приложения их равнодействующей на этих поверхностях. При воздействии каких-либо возмущений летательный аппарат вращается вокруг центра тяжести.

Если у самолета центр тяжести расположен ниже центра давления боковых сил, то их равнодействующая при нарушении бокового равновесия (скольжение, крен) будет создавать момент, направленный на устранение этого нарушения. Поперечная устойчивость, соответственно, повышается.

О низкопланах и высокопланах.

Действие боковых сил при различных схемах установки крыла.

При обратном расположении центров результат, соответственно противоположный. То есть для создания устойчивости самолета в этом плане, нужно возможно большую часть поверхности, создающей эффект киля расположить выше горизонтальной плоскости, проходящей через центр тяжести.

Описанное свойство более характерно для низкоплановсреднепланов). Высокопланы, имеющие относительно более высокое расположение центра тяжести значительно меньше подвержены положительному действию момента боковых сил.

Что касается влияния взаимного расположения центра тяжести и центра давления главных аэродинамических сил (подъемной и силы сопротивления) на поперечную устойчивость самолетов с различным расположением крыла, то здесь эффект, можно сказать, обратный.

Эти центры расположены в одной вертикальной плоскости, и подъемная сила с силой тяжести тоже находятся в этой плоскости, когда самолет уравновешен. Если же самолет в результате внешнего воздействия кренится, то вектор подъемной силы (вместе с центром давления) выходит из этой плоскости, и его можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющую.

Многое, конечно, зависит от количества двигателей, их расположения, а также массы и расположения внутреннего оборудования, но в целом есть некоторая тенденция к тому, что центр тяжести низкоплана может быть расположен выше центра давления, то есть несколько выше крыла (хоть и в нижней части фюзеляжа).

Поэтому вертикальная (большая по величине) составляющая подъемной силы низкорасположенного крыла образует момент относительно центра тяжести, который работает на усугубление крена для низкоплана, то есть уменьшает его поперечную устойчивость. В этом случае положительное поперечное V крыла, характерное для низкопланов помогает уменьшить неблагоприятное воздействие.

О низкопланах и высокопланах.

Посадка Як-40. Хорошо виден угол положительного поперечного V.

Если самолет является высокопланом, то тенденция прямо противоположная и действия указанных сил и моментов, соответственно, тоже. Такого рода эффект еще называют эффектом маятника.

Еще некоторые факты аэродинамического влияния.

Для высокопланов возможно возникновение ухудшения путевой (боковой) устойчивости при полете на больших углах атаки. В этом случае вероятно попадание вертикального оперения в спутную струю от высокорасположенного крыла, что может значительно ухудшить его эффективность. Это сказывается на необходимости увеличения площади киля.

Продольная устойчивость самолета с высокорасположенным крылом при полете на больших углах атаки выше, чем у самолета с низкорасположенным крылом. Это происходит потому, что крыло высокоплана, создавая за собой скос потока (как и любое крыло), из-за своего высокого расположения эффективнее помогает горизонтальному оперению сохранить необходимый для него угол атаки, чтобы его кабрирующий момент компенсировал пикирующий момент крыла и сохранил продольную устойчивость.

Часть поверхности крыла самолета обычной классической схемы не участвует в создании аэродинамических сил. У низкоплана верх центральной части, у высокоплана – низ. Больше всего, конечно, в этом плане «не повезло» среднеплану. У него вся средняя часть крыла из потока исключена.

При этом низкоплан может рассчитывать на действие экранного эффекта при полете вблизи поверхности земли, тогда как высокоплану здесь ничего не светит :-) .

Теперь немного о технических и эксплуатационных особенностях.

Крыло обычно имеет среднюю силовую часть, к которой крепятся правая и левая консоли. Она называется центроплан. Ни у низкоплана, ни у высокоплана эта часть не занимает сколько-нибудь существенные объемы фюзеляжа. Это позволяет использовать его в полезных целях: для размещения перевозимого груза или же пассажиров.

А вот у среднеплана центроплан расположен внутри фюзеляжа, то есть занимает его объемы, которые, понятно, уже не могут быть использованы для размещения полезной нагрузки. Поэтому среднепланы – это чаще всего самолеты военной авиации, причем по большей части несущие вооружение на внешних подвесках: истребители и истребители-бомбардировщики.

Яркие представители такого рода летательных аппаратов самолеты 60-х, 70-х и 80-х годов: МИГ-21, СУ-7, СУ-9, СУ-17

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель МиГ-21 Lancer-C.Типичный среднеплан.

О низкопланах и высокопланах.

Среднеплан истребитель-бомбардировщик Су-7БМ.

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель-бомбардировщик Су-22М4. Среднеплан.

О низкопланах и высокопланах.

Среднеплан, перхватчик Су-9.

Высокое расположение крыла и низкое расположение фюзеляжа относительно земли позволяет успешно решать задачи загрузки и перевозки полезных грузов, как гражданских, так и военных. Такое преимущество очевидно, поэтому Все основные грузовые самолеты мира – высокопланы с широким, низкорасположенным фюзеляжем.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортный самолет Ан-12. Типичный высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Самый большой в мире транспортный самолет Ан-225 "Мрия". Традиционно высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Посадка ИЛ-76.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортный самолет А400М.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортный высокоплан Ан-124 "Руслан".

О низкопланах и высокопланах.

Возможности загрузки Ан-124.

О низкопланах и высокопланах.

Процесс погрузки в Ан-124.

Есть, конечно и транспортные низкопланы, но чаще всего это грузовые версии пассажирских самолетов и использование их достаточно специфично (например погрузка через боковые люки, грузы ограниченных габаритов).

О низкопланах и высокопланах.

Грузовая версия изначально пассажирского В-747. Низкоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Погрузка в грузовую версию пассажирского низкоплана. Сложнее и меньше, чем в высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Погрузка в ннизкоплан.

Большие самолеты низкопланы проектируются в основном для пассажирских перевозок (оптимальный вариант с точки зрения эксплуатации). Не последнюю роль (если не одну из первых) здесь играет безопасность. Например, защитный эффект крыла в случае аварийной посадки «на брюхо». Крыло вместе с его центральной частью достаточно массивная и энергоемкая конструкция, что позволяет, в известной степени, предохранить фюзеляж от дальнейшего разрушения.

О низкопланах и высокопланах.

А320 после аварийной посадки на реку Гудзон 15.01.2009.

Кроме того крыло практически всегда содержит в себе герметичные баки-кессоны для топлива. Поэтому при аварийной посадке на воду самолет сохраняет достаточную плавучесть, позволяющую повысить шансы пассажиров на спасение. Это качество является обязательным условием возможности эксплуатации для средне- и дальнемагистральных пассажирских лайнеров. Характерный пример — известная аварийная посадка самолета А320 (рейс 1549 Нью-Йорк – Сиэтл) на реку Гудзон 15 января 2009 года.

Расположение двигателей.

Очевидно, что у высокоплана затруднен эксплуатационный доступ к двигателям именно по причине высокого их расположения. У низкоплана двигатели в плане обслуживания расположены, конечно, гораздо удобнее (особенно турбовентиляторные на подкрыльевых пилонах). Но с другой стороны риск повреждения таких двигателей посторонними предметами с ВПП ощутимо выше.

О низкопланах и высокопланах.

Примерная диаграмма, показывающая опасность низкого расположения ТВРД относительно земли в плане попадания посторонних предметов, что более характерно для низкопланов. Подробнее об этом рассказано в статье "О проблеме попадания посторонних предметов в двигатель ЛА".

Ранее (здесь) я уже упоминал о так называемых «вихревых» самолетах. То есть это те самолеты, двигатели которых имеют повышенную тенденцию к вихреобразованию на входе в воздухозаборник, что, естественно, усиливает опасность попадания посторонних предметов в двигатель.

Низкопланы с ТВРД на подкрыльевых пилонах по большей части как раз таки и относятся к «вихревым» самолетам. Однако, эксплуатационные преимущества (а также плюсы безопасности) заставляют выбирать именно такое расположение двигателей, и для снижения возможности попадания в них посторонних предметов предпринимать различные меры иного рода. Это содержание аэродромов в чистоте, определение действий экипажа касательно скоростей руления, роллинг-старта, включения реверса и т.д.

О низкопланах и высокопланах.

Бомбардировщик ТУ-95. Высокие стойки шасси.

О низкопланах и высокопланах.

Ту-114 в а/п Домодедово, 1968 год.

О низкопланах и высокопланах.

Высокая передняя стойка турбовинтового пассажирского низкоплана ТУ-114.

Что касается винтовых двигателей, то из соображений исключения возможности касания лопастями поверхности аэродрома более приемлемо их расположение на крыле высокоплана. Если же такой двигатель располагается на крыле низкоплана, то обычно приходится увеличивать высоту шасси, что делает его более сложным и громоздким, увеличивая общую массу планера (например, самолеты ТУ-95 и ТУ-114).

И о шасси.

Основные стойки шасси у самолетов с высокорасположенным крылом выполняются, в принципе, по двум известным схемам. Первая — это расположение стоек на крыле. В этом случае они имеют большую длину и, как следствие, массу, а также повышенную сложность, отчего страдает надежность.

Причем эти стойки из-за размера не могут быть убраны в крыло или фюзеляж, поэтому для них приходится выполнять на крыле мотогондолы, что, понятно, влечет за собой увеличение массы, сложности конструкции и не лучшим образом сказывается на аэродинамических характеристиках. Типичный представитель — самолет АН-24.

О низкопланах и высокопланах.

Ан-24РВ. Длинные основные стойки шасси хорошо видны.

Вторая схема — расположение основного шасси в фюзеляже. Стойки могут убираться как в сам фюзеляж, так и в дополнительные отсеки, прикрытые специальными обтекателями. Недостатки такого расположения — дополнительные масса и аэродинамическое сопротивление, а также возможное ухудшение устойчивости самолета на полосе (особенно в процессе взлета или посадки) при наличии сильного бокового ветра.

Причиной последнего является относительно небольшая величина колеи основных стоек шасси. Увеличивать ее по понятным причинам нецелесообразно, поэтому достичь устойчивости, которая характерна крыльевой схеме расположения стоек может быть проблематично.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортный самолет Ан-12.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортник АН-22. Хорошо видны большие гондолы шасси. В них также располагается лополнительное оборудование.

Типичные представители: транспортные Ан-12 и Ан-22, пассажирский ATR-72, Ан-148, истребитель МИГ-23. Последний, кстати, имеет достаточно сложную (и потому интересную :-) ) систему и конфигурацию уборки основных стоек.

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский самолет-высокоплан ATR-72 с фюзеляжным расположением основных стоек шасси.

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский высокоплан АН-148. Соперник низкоплана "Суперджет -100".

О низкопланах и высокопланах.

Миг-23МЛ.

О низкопланах и высокопланах.

Основная стойка шасси истребителя МиГ-23.

Низкопланы же практически лишены указанных недостатков. Стойки их шасси относительно короткие и легкие при сохраненном уровне прочности. Системы уборки-выпуска более просты. Стойки чаще всего располагаются на крыле и убираются либо в крыло, либо частично в крыло, частично в фюзеляж.

Приближены в этом смысле к низкопланам и среднепланы. У многих из них основные стойки достаточно просты, легки и имеют возможность уборки в крыло.

Тут, кстати, стоит сказать, что из-за относительно небольшой высоты основных стоек шасси, как следствие, низкого расположения крыла относительно земли у современных лайнеров-низкопланов существует определенная опасность касания земли оконечностями консолей крыла при посадке в условиях сильных атмосферных возмущений (то есть порывов ветра различного направления), когда имеется возможность внезапного возникновения крена.

Парасоль.

Приближаясь к заключению, стоит упомянуть еще об одной схеме расположения крыла относительно фюзеляжа. Эта схема носит название парасоль. Слово происходит от французского parasol, что означает зонт. Действительно, это название оправдывает себя, потому что крыло у такого самолета расположено над фюзеляжем (почти как зонтик) и соединяется с ним только посредством нескольких силовых стоек и подкосов. Их вид и количество зависит от конкретной конструкции. Такая схема еще иногда напоминает биплан, лишенный своего нижнего крыла.

Парасоли имеют хороший обзор из кабины пилота, но при этом не обладают высокими летными характеристиками в основном из-за существенного лобового сопротивления, причиной которого являются находящиеся в потоке стойки и подкосы крыла.

Самолеты такой конструкции разрабатывались в 20-х годах годах прошлого века и даже использовались в качестве боевых самолетов (в основном легких истребителей). В настоящее время они не производятся, за исключением отдельных легких опытных и самодельных экземпляров, а также реплик исторических самолетов.

О низкопланах и высокопланах.

Экспериментальный самолет МАИ-223.

Подобное единичное производство характерно, в основном, для западных стран и США. Одним из первых самолетов такой конструкции был Morane-Saulnier L, истребитель времен Первой мировой войны, иначе называвшийся Morane-Parasol. Считается, что именно от него и произошло общее название такой схемы расположения крыла.

О низкопланах и высокопланах.

Русский многоцелевой самолет Моран Парасоль тип П.

Интересной разновидностью схемы парасоль являются самолеты, у которых крыло соединяется с фюзеляжем посредством специального пилона. Этот пилон имеет собственный силовой набор, являющийся продолжением силовой конструкции фюзеляжа. В аэродинамическом плане он «облагорожен», подкосы или вообще отсутствуют, или их минимальное количество.

Такая конструкция применялась в предвоенное, военное и послевоенное время (Вторая мировая война) чаще всего на самолетах морской авиации, так называемых летающих лодках. Типичные представители — советская летающая лодка-разведчик Бе-4 (Кор-2), а также американская Consolidated PBY Catalina. Последняя была снята с вооружения и выведена в резерв американских ВМС только в 1957 году, хотя создана была еще в 1935 году.

О низкопланах и высокопланах.

Летающая лодка Бе-4 (Кор-2).

О низкопланах и высокопланах.

Канадский вариант Consolidated PBY Catalina: Consolidated (Canadian Vickers) PBV-1A Canso A.

Ну вот, пожалуй, и достаточно. Таковы основные особенности, свойственные различным схемам расположения крыла относительно фюзеляжа. Хотя, конечно, разговор на эту тему можно продолжать долго, потому что разнообразие летательных аппаратов, созданных человеком достаточно велико.

Однако, я сознательно, и исходя из сказанного в начале статьи, старался не злоупотреблять словами «преимущество» и «недостаток». Самолет ведь в любом случае не может состоять только из одних достоинств.

Создателям самолетов так или иначе приходится выбирать согласно заданным исходным параметрам аэродинамические схемы и компоновки со всеми их положительными и отрицательными сторонами и качествами. Тем более, что оценка этих качеств тоже ведь вещь относительная.

Все зависит от предназначения летательного аппарата, условий и характера его предполагаемого использования. Ведь, например, понятно, что высокоплан — схема очень подходящая для транспортников. Но ведь высокоскоростные и маневренные истребители (МИГ-23, СУ-27, МИГ-25, МИГ-31) — это тоже высокопланы :-) .

О низкопланах и высокопланах.

Высокоплан истребитель МиГ-23МЛ.

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель МиГ-31БМ. Высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский Boeing 737-522 латвийской авиакомпании AirBaltic. Типичный пассажирский низкоплан.

Низкоплан же самая удобная схема для пассажирского самолета исходя из ее технических и эксплуатационных особенностей, но зато аэродинамика ее не всегда может отличаться в лучшую сторону.

Плюсы и минусы относительно каких-либо конкретных условий присутствуют везде. Это, в общем-то, нормально для авиации. Самолет, как известно, представляет из себя в определенном смысле «коллекцию компромиссов».

Задача авиаконструктора как раз и состоит в том, чтобы применительно для создаваемого летательного аппарата максимально использовать все преимущества и по возможности уменьшить влияние недостатков, чтобы в конечном итоге получить надежный, хорошо летающий и удобный в эксплуатации самолет, превосходный во всех отношениях.

До новых встреч.

P.S. В заключение решил все-таки разместить фото, которые “не влезли” в статью. Но они стоят того, чтобы их посмотреть. Во-первых потому что по теме, а во-вторых потому что самолеты – это всегда красиво, особенно если их профессионально фотографировать. Спасибо авторам фотографий!

О низкопланах и высокопланах.

Посадка Ан-124.

О низкопланах и высокопланах.

Посадка Ту-95. Хорошо видны высокие мощные стойки шасси.

О низкопланах и высокопланах.

Ту-114 в аэропорту Idlewild (Нью-Йорк), 1959 год (с 1963 года аэропорт им. Джона Кеннеди (JFK)). Как раз на этом самолете Н.С.Хрущев прилетел на сессию ООН стучать башмаком :-) .

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский самолет Ту-114 на аэродроме Ле Бурже. 1965 год.

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель-бомбардировщик, среднеплан, Су-7Б.

О низкопланах и высокопланах.

Транспортный высокоплан ИЛ-76.

О низкопланах и высокопланах.

ИЛ-76. Все атрибуты высокоплана налицо.

О низкопланах и высокопланах.

Взлет транспортного ИЛ-76.

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель МиГ-21бис. Среднеплан.

О низкопланах и высокопланах.

Ан-24РВ. Аэропорт Жуляны.

О низкопланах и высокопланах.

Пассажирский Ан-24РВ в российской глубинке.

О низкопланах и высокопланах.

Истребитель МиГ-23МФ. Высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Ан-24РВ. Незаменимый трудяга.

О низкопланах и высокопланах.

АН-23РВ. Руление на взлет.

О низкопланах и высокопланах.

Посадка АН-22 "Антей". Типичный высокоплан.

О низкопланах и высокопланах.

Взлет АН-22 "Антей".

О низкопланах и высокопланах.

Летающая лодка Бе-4.

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

No related posts.

This entry was posted in АЭРОДИНАМИКА. ЭЛЕМЕНТАРНО., САМОЛЕТ and tagged , , . Bookmark the permalink.

45 Комментариев: О низкопланах и высокопланах. Всего понемногу…

  1. Вячеслав говорит:

    Здравствуйте уважаемый Юрий.Большое вам спасибо за интересную статью.Я где то читал что на скоростях до 450 км/час конструкционные выступы а также выпущенные шасси самолета особо ощутимого аэродинамического сопротивления не дают.Так ли это или все таки аэродин. сопротивление растет как то не линейно?

    • Алексей. говорит:

      Добрый вечер.
      Выставите кисть руки из окна автомобиля на скорости 100км/час. И почувствуете. ))))
      А сопротивление воздуха действительно не линейно растёт.

    • Юрий говорит:

      Ну почему же оказывают. Тут наверное правильнее было бы сказать, что при росте скорости до этой примерно величины само сопротивление растет сравнительно медленно. Оно относится к понятию “вредное сопротивление”, и график его роста в зависимости от скорости полета немного похож на хоккейную клюшку. До указанных, примерно, величин график идет вверх, но очень полого, а после растет довольно стремительно. Но многое (в т.ч. и сама величина скорости) конечно зависит от конфигурации и величины “выступа”….

    • Александр говорит:

      Вячеслав, конструктивные выступы сказываются и на значительно меньших скоростях. Самолеты даже имеют ограничения по скорости для выпуска шасси и закрылков. Так на Л-39 выпуск закрылков ограничивается скоростью 310 км/ч, шасси 340 км/ч (по прочности створок). При этом выпуск шасси и механизации сопрвождается довольно ощутимыми моментами. К тому же, самолеты оснащены тормозными щитками, которые эффективны и на довольно низких скоростях.

  2. Андрей говорит:

    Вот насколько изящен 114-й в полёте, настолько нелеп своей передней стойкой на земле! А всё таки птиц-низкопланов я не припомню! Отдельное спасибо за аэродинамику устойчивости !

    • Юрий говорит:

      Насчет стойки – это точно. Выглядит довольно нелепо. А насчет птиц действительно, нет. Им тут наверное “эксплуатация мешает” :-) . Неудобно все-таки крылья вверх убирать…. видимо :-)

      • Игорь говорит:

        Все птицы высокопланы видимо по такой причине – у птиц основное силовое маховое движение крыла направлено вниз – именно при таком движении крыла воздух отбрасывается вниз, а птица соответственно летит вверх. Для такого движения у птиц есть большие грудные мышцы, которые одним концом крепятся к крылу, а другим – к килю (это такая большая плоская продольная косточка на груди птицы). При сокращении этих мышц крыло опускается – http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000012/pic/000058.jpg или
        http://school-collection.lyceum62.ru/ecor/storage/d9df9e83-d9d1-4b8a-b19e-df4b6d553061/BI7ZD_12-02_IL_03-k.jpg
        А поскольку мышцы создают усилие только при сокращении, а не при растяжении, то для птицы-низкоплана трудно представить себе “схему привода” птичьего крыла вниз – непонятно, где и как разместить необходимые для этого мышцы. Видимо поэтому природа создала птиц высокопланами.

  3. Алексей. говорит:

    Спасибо за статью.
    О том что грузачи высокопланы, а пассажировозы наоборот всегда знал. В своей основной массе. Но вот о причинах не задумывался. )

  4. Максим говорит:

    Спасибо Юрий, что публикуете темы по просьбам трудящихся, правда Вас долго ждать, но оно того стоит. Ну допустим про путевую и поперечную устойчивость было чересчур заумно (муторно как в книжке), но про + и – V-образность крыла было интересно услышать. Если честно, я когда на различных форумах (чаще АЭА) смотрел про различные самолёты, то сам догадался, а Вы только “разложили по полочкам разбросанные в моём уме мысли”. А за иллюстрации к тексту Ваш сайт лучший. Как там: лучше один раз увидеть…

    • Максим говорит:

      Жду с нетерпением статьи про фигуры высшего пилотажа с фото и видео :)

    • Юрий говорит:

      Насчет “долго” увы… Пока быстро не получается. Времени нет совсем. Однако собираюсь скоро бросать работу – будет времени больше :-) … Насчет “заумности”… Ну тут даже не знаю… может, если бы посидел, придумал бы как сказать попроще, но не уверен :-) … Динамика полета – наука вообще не простая… Насчет иллюстраций с Вами согласен: действительно лучше один раз увидеть… Картинки не мои конечно, но поиск нужных и их обработка много времени отнимают (одна из причин задержек :-) )….

  5. Людмила говорит:

    Техника, конечно, впечатляет!
    С праздником Вас! С днём защитника Отечества! Здоровья, Счастья и чистого неба!

  6. Андрей говорит:

    Искал вменяемые фотографии бомбардировщика 3м и в очередной раз поразился его велосипедным шасси. Попытался понять его преимущество (при всех однозначных его недостатках),но с удовольствием выношу тему для обсуждения и (надеюсь) тему для вашей статьи

    • Юрий говорит:

      Будет статья :-) … Сегодня написал заявление об уходе с работы, так что теперь будет и время и статьи )))….

  7. Николай говорит:

    Сайт хороший.
    Можете со мной связаться?
    В чём по вашему преимущество низкопланов перед высокопланами для пассажирских самолётов, т.е. почему пассажирские делают низкопланими?

    • Юрий говорит:

      Ну, в общем-то , я бы выделили три главные вещи: безопасность (в случае аварийных посадок), упрощенное и облегченное шасси, лучшие возможности для наземной эксплуатации, что улучшает качество и снижает время, необходимое для обслуживания. Хотя, на мой взгляд, все это достаточно условно. Все зависит от конкретного типа ВС и предпочтений (принципов конструирования) его создателей.
      Написал Вам на почту.

  8. Александр говорит:

    Доброго времени суток! Спасибо за статью, да и за весь сайт в целом, очень интересно и “на пальцах”.
    Кстати, интересных факт про МиГ-23. Если Вы заметили, то горизонтальное оперение и крыло находятся практически в одной плоскости. Естественно, крыло очень сильно влияло на оперение, но убрать его ниже было нельзя. Так вот вредная интерференция парировалась сложными алгоритмами в работе системы управления. А киль был уменьшен (До МиГ-23МЛ он был больше), так как сильно влиял на путевую устойчивость.
    Кстати, на больших сверхзвуковых скоростях на носу садился скачок, что создавало разворачивающий момент и приводило к катастрофам, считается, что так погиб один из американских летчиков из авиабазы Тонопа (там испытывали советские самолеты). Правда, это уже не интерференция, просто небольшое отступление от темы.
    И еще, интересно было бы поднять тему аквапланирования, есть некоторые расчеты – боюсь, чте неверны. Спасибо!

    • Юрий говорит:

      Не за что :-) … Думаю, что поднимем и эту тему и другие интересные тоже. Нахожусь сейчас в процессе увольнения с основной работы и в скором времени буду больше заниматься интернетом и сайтом в частности. Надо уже давно его модернизировать и, главное, сделать форум для обсуждения всяких подобных вопросов. А то в обычных комментариях много не напишешь…

      • tasha говорит:

        не в тему, Юрий, но возможно, вызовет воспоминания, ностальгию, дежавю, аллюзии etc
        http://telegraf.com.ua/zhizn/zhurnal/1198619-zabroshennyiy-obekt-tsentr-ispyitaniy-reaktivnyih-dvigateley-foto.html/1/

        • Юрий говорит:

          Еще какие воспоминания и ностальгия!…. Мне ведь пришлось работать на испытательной станции двигателеремонтного завода в Риге. Масштаб, конечно, поменьше, чем на Ваших фотках, но принцип тот же. Все работы по полному циклу. Гоняли на стендах АЛ-21Ф-3. Хорошее было время, и работа была отличная. А теперь завода этого нет… Только корпуса остались, все ценное, правда, вывезли оттуда еще в 90-х… Тоже, кстати, тема…. Можно попробовать написать об этом….

          • tasha говорит:

            о, как удивительно я по адресу попала:)

            видела похожие стенды в ЦИАМе, хотя строили их, скорее всего, по типовому проекту, хоть и в разных точках необъятного отечества.
            испытаниями занималась тоже, но на опытном заводе… доводка /отладка /специальные /длительные/ресурсные испытания -> перед передачей в серию.
            разное назначение и применение…

  9. Александр говорит:

    Хорошая идея!

  10. Алексей говорит:

    Не совсем корректно говорить “JFK, 1959 год” (Ту-114). Тогда он назывался Idlewild, переименован в 1963 году.

    • Юрий говорит:

      Да, Вы правы. Определенная некорректность присутствует. Исправлю обязательно. Спасибо.

  11. Павел говорит:

    Доброго дня суток, Юрий! Прочитал статью – очень понятно, как раз для “чайников”.=)
    У меня вопрос: низкоплан имеет максимальную интерференцию, поперечная устойчивость ниже, чем у других схем (минус для бомбера), к этому еще и отрицательное V. Так почему Ту-22 создан именно по такой схеме? Что там такого, что перевесило все эти недостатки?
    С ув. Павел.

    • Юрий говорит:

      Вопрос неоднозначный и совершенно точно, так сказать “по полочкам” ответить на него может пожалуй только конструктор. Это в смысле “что перевесило”. Ведь самолет – это комплекс и плюсов-минусов там множество. Однозначно говорить о недостатках или достоинствах не всегда можно. Например, излишняя поперечная устойчивость может вызвать колебательную неустойчивость по рысканию и крену. Аэродинамические особенности часто вступают в противоречие и конструктивными и эксплуатационными и не всегда бывают решающими. То есть с интерференцией можно бороться и по крайней мере ее учитывать, но тяжелые и большие основные стойки шасси никуда не денешь. И чем крыло выше, тем они больше, тяжелее и требуют больших объемов для уборки. Если в самолете есть бомболюк, то для его обслуживания, стойки должны быть еще выше и объемы для них еще больше. Если в Ту-22 они убираются в мотогондолы на крыле, то на М/М2/М3, имеющих изменяемую стреловидность крыла – их можно убрать только в центроплан, то есть, в принципе, в фюзеляж, объемы которого итак нужны для двигателей и бомбоотсека. Думается мне, что это одна из основных причин выбора схемы, хотя возможно есть и другие :-)

      • Павел говорит:

        Благодарю за ответ!
        Кстати, по поводу шасси: есть ли у Вас подходящая тема, а то не нашел нужную.=( Просто есть вопрос, на который никто не отвечает (не знает, не хочет, не может…), так может Вы просветите меня? :-)

        • Юрий говорит:

          По поводу шасси пока отдельной статьи нет. Неоднократно уже собирался ее написать, но все никак. Обязательно сделаю это в ближайшее время. Подписывайтесь на обновления – узнаете, как выйдет. На вопросы могу ответить, если не очень объемные.

          • Павел говорит:

            Если ответ получится слишком развернутый, можно и не отвечать.))
            Вопрос: почему такая разница в положении фюзеляжей B-52 и семейства М-4 на земле? Или, если по-другому, как американцам удалось сохранить горизонтальное положение самолета при использовании велосипедного шасси? Ведь подобная схема, емнип, характеризуется отвратительными взлетными характеристиками. Необходимо или увеличивать стояночный угол фюзеляжа, или увеличивать его (угол) в процессе разбега. На Ил-54 и М-4 используется оба метода (“приседание” задней стойки на Ил и “вздыбливание” передней на М-4), на Як-28 – первый. У амера нет ничего из этого. Как же он, зараза, тогда взлетает?! И в-третьих, можно ли на М-4 поставить подобное шасси, что бы фюзеляж был горизонтально, как у B-52 и сможет ли он нормально взлететь?

          • Юрий говорит:

            В общем не нашел пока, чего бы такого по этой теме написать вразумительного, кроме предположительных рассуждений и банального “такова его аэродинамика”. Прошу прощения. Могу обещать, что вопрос этот не упущу из вида и мы в нем разберемся :-) . Будет или в статье упоминание или отдельно напишу. Может все же сделаю форум, который все никак не решу делать или нет :-)

  12. Farid говорит:

    У Меня к Вам просьба . Рассказать о КОС крыле обратной стреловидности.

  13. Сергей говорит:

    В продолжение обсуждения самолетов B-52 и М-4 с велосипедным шасси. Хочу попробовать объяснить причину “приседания” задней стойки у М-4 и отсутствие “приседания” у B-52.
    Дело в том, что существует 2 типа велосипедного шасси, различаемые по выносу задней опоры относительно центра тяжести (далее ЦТ). Если задняя стойка незначительно находится за ЦТ (0,1-0,15 от базы шасси) и угол выноса (25-30) градусов, то взлет и посадка такого самолета ничем не отличается от аналогичных режимов самолета с традиционным шасси. Но при угле выноса (40-60) градусов и расположением задней стойки шасси на расстоянии от ЦТ 0,4-0,5 (в частях базы шасси), т.е. практически посредине базы шасси, даже полного взятия ручки “на себя” не хватает для продольной балансировки, что приводит к невозможности отрыва передней опоры на взлете, что, в свою очередь, требует взлета с обеих опор одновременно. В связи с этим необходимое увеличение угла атаки крыла в конце разбега обеспечивается или удлинением передней опоры, или укорочением (приседанием) задней опоры. М-4 выполнен по второму типу, а B-52 – по первому. К тому же B-52 обладает большей тяговооруженностью (0,51 против 0,19), что тоже играет свою роль при взлете.
    P.S. Кстати, пример отечественного самолета, выполненного по первому типы и взлетающего с горизонтального положения, Як-25 (в ХАИ мы его конструкцию изъездили вдоль и поперек на натурном экземпляре).

    • Павел говорит:

      Благодарю за ответ и дико извиняюсь за столь позднее сообщение (только сейчас зашел, случайно)! Хорошо сказано, для дилетантов и, в общем, всё понятно, но что такое “угол выноса”? И, значит, М-4 в принципе не сможет взлетать из горизонтального положения без серьёзной переделки (по сути, создание нового самолета)?

      • Сергей говорит:

        На картинке (ttps://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTYVKdugiEnRZWkGsQUNDCD6hvamx4-v-IukVNhmuUPj1bdGcQz) угол выноса задней стойки шасси обозначен “Гаммой”.

      • Сергей говорит:

        По второму вопросу, затрудняюсь ответить. Ведь если сделали самолет “приседающим”, значит на это были веские причины и взлетает самолет только так. При хорошем встречном ветре и увеличенной (значительно) длине разбега, возможно и сможет взлететь горизонтально, но это все в теории!

  14. Александро говорит:

    Спасибо за интересную статью!!
    Так же хотел бы расскрыть один из вопросов, который возможно упустил в статье (вроде бы внимательно читал) – почему же все-таки высокопланы вынуждены “нырять” носом внис на заходе на посадку (а именно на глиссаде как правило)? :) постоянно это наблюдаю у ан-12, дэш-8, Ан-124, ил-76 (и на Споте, и в видео в сетях)..
    Заранее, благодарю :)

  15. Тарас говорит:

    “В среднем при прочих равных условиях за счет меньшей интерференции высокоплан имеет аэродинамическое качество на 4-5% выше по сравнению с низкопланом.” – вы ошибаетесь, как раз наоборот, у низкоплана интерференция ниже чем у высокоплана

    • Юрий говорит:

      Я с Вами не согпасен.

      • Тарас говорит:

        У высокоплана крыло необходимо выставлять в поток, над фюзеляжем,
        у низкоплана крыло в фюзеляже, под полом,
        ——-
        отсюда и разница в интерференции,
        ——-
        сравните аэродинамическое качество низкоплана боинга 747 – 16-18 ед и высокоплана Ил-76 12-14

        • Юрий говорит:

          У низкоплана ощутимее проявляется диффузорный эффект (верхняя поверхность крыла плюс фюзеляж), увеличивающий отрицательное влияние интерференции.

          • Тарас говорит:

            Устраняеться формои зализа.
            У высокоплана тоже свои проблемы на трансзвуке :)

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>