Низкоплан или верхнеплан что лучше
Низкоплан против высокоплана
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.
Мы тут с вами обсуждали ГДР-овский самолет BB-152, и вот что я вам скажу как авиационный инженер по образованию: этот самый 152-й выглядит с точки зрения компоновки весьма разумным даже с высоты современного опыта.
Необычные спаренные мотор-гондолы на пилонах — на самом деле были широко распространены в те годы, вы можете их увидеть на Б-52, равно как и схему такого вот высокоплана со стреловидными крыльями.
Более того — благодаря такой компоновке впоследствии пары моторов АЛ-5 тягой 5 тонн каждый можно было бы без особых проблем заменить на одиночные 10-тонные моторы Д30К — получился бы гармоничный двухмоторный аппарат.
Собственно, такая компоновка в момент, когда все дрочили сначала на моторы в корне крыла, а потом на хвостовое расположение моторов — это просто прозрение какое-то. Немцы всё-таки отличные инженеры. И да — при такой компоновке не только значительно тише в салоне, но и нагрузка на крыло распределяется оптимальнее.
Конечно — высокоплан в пассажирской авиации не особо прижился, но в транспортной — до сих пор общее место. И неспроста.
В авиационной науке и авиастроении уже давно существует деление самолетов в зависимости от расположения крыла по отношению к фюзеляжу на высокопланы, среднепланы и низкопланы (разумеется, если это крыло единственное). Причем среднепланы — это достаточно глупая схема из конструкционных соображений (вам придется либо проткнуть лонжеронами крыла фюзеляж в самом его центре, либо чрезмерно усиливать центроплан — а это всё лишняя масса и неудобство компоновки). Поэтому фактически имеет смысл углубляться только в достоинства и недостатки двух крайних схем — высокоплана и низкоплана.
В среднем при прочих равных условиях за счет меньшей интерференции крыла с фюзеляжем высокоплан имеет аэродинамическое качество на 4-5% выше, чем низкоплан.
Кроме того, у высокоплана гораздо выше поперечная и даже продольная устойчивость. Он менее охотно скользит на крыло и неохотно кренится. Именно поэтому истребители выполняются низкопланами — у них важна маневренность, а она выше у низкоплана.
Отчего же сейчас пассажирские самолеты стремятся сделать низкопланами? Ведь у высокоплана выше аэродинамическое качество (то есть ниже сопротивление полету и лучше экономичность)? Причина в трех моментах:
1. Из-за своей неповоротливости высокоплан вынуждает делать вертикальные и горизонтальные управляющие плоскости (рули высоты и направления) большей площади. Это увеличивает их сопротивление.
2. У высокоплана наблюдается неприятный эффект, когда при увеличении тангажа горизонтальное оперение (хвост, стабилизатор) попадают в турбулентную струю, сходящую с крыла. У низкопланов этот эффект можно ликвидировать практически полностью для всех разумных углов атаки.
3. И наконец, низкоплан имеет достаточно выраженный Ground-эффект крыла — то есть при приближении к поверхности подъемная сила крыла самопроизвольно возрастает, помогая смягчить момент касания посадочной полосы. У высокоплана этот эффект практически отсутствует. При обычной эксплуатации этот эффект не очень существенен — но вот при вынужденной посадке, снижение посадочной скорости на несколько десятков км/ч может спасти людей.
Высокое расположение крыла и низкое расположение фюзеляжа относительно земли позволяет успешнее решать задачи загрузки полезных грузов. Поэтому рамповые транспортники — сплошь высокопланы.
С другой стороны, крупные пассажирские самолеты — почти сплошь низкопланы. Кроме описанных трех причин, еще одна — это возможность посадки на воду. Крыло практически всегда содержит в себе герметичные баки-кессоны для топлива. Поэтому при аварийной посадке на воду самолет-низкоплан сохраняет достаточную плавучесть, удерживающую фюзеляж над водой и позволяющую повысить шансы пассажиров на спасение. Это качество является обязательным условием возможности эксплуатации для средне- и дальнемагистральных пассажирских лайнеров.
Опять же в низкоплане удобно размещать шасси — оно получается коротким и может убираться в корневые части крыльев. На высокоплане приходится извращаться — например так, как было сделано у немцев, и как сделано на самолетах Мясищева 3М:
Низкоплан или верхнеплан что лучше
Вот спокойный тон на этой ветке хотелсь бы выдержать, без
Вот когда ответы на все 3 вопроса будут, тогда можно с вероятностью
1-ый. быстро этот вопрос решить 1-2 года (ВЫСОКОПЛАН),
3-тий. У Антоновцев 148 (ВЫСОКОПЛАН) есть возможность пройти этот путь с чистого ЛИСТА,
но опять таки 2-3 года.
Опять таки три варианта, решать нужно прежде всего из соображений
разработок, а маркетинговые игры здесь не проходят.
чирка об полосу (или грубого приземления) если ВЫСОКОПЛАН, или попадания ПП в АвиаДвигатель,
если НИЗКОПЛАН, от которых зарубежные ВС в «ПРИНЦИПЕ» уже избавились.
медленно, малу помалу работы прийдут к этим трем вариантам.
двигатели же внизу.
«Индуктивные может и больше, это смотреть надо конкретно»
Если больше, то вы уже неправы. Разумеется надо смотреть, но в вашей оценке никаких оговорок.
«я же имел в виду интерференцию сопряжения крыла и фюзеляжа, которая на низкопланах пузырит фюзеляж внизу.»
«Силовая схема-тоже непонятно, какое расположение шасси вы имели ввиду. «
Шасси довольно короткое, даже если двигатель под крылом, опирается на центроплан, а не на тонкостенный фюзеляж. Оперение компонуется просто, а широкий фюзеляж сообщает конструкции жесткость. У высокоплана есть нагруженная силовая связь крыла и шасси, у низкоплана шасси, пол фюзеляжа и крыло это одна силовая конструкция, жесткая и компактная.
А как же на практике?Вопрос по адресу.
Что лучше — высокоплан, или низкоплан?Извечный вопрос.Он тревожил меня с соплей.
С одной стороны, птиц конструировала сама природа.И получился, извините, высокоплан.Значит так лучше?
Тогда почему в подавляющем большинстве человек создаёт низкопланы? Ведь конструктора исходят далеко не из интуитивных оценок…
В интернете наткнулся на такое вот чтиво:
avia-simply.ru/nizkoplani-i-visokoplani/
Муторно, зато интересно.
Если без субъективизма, то для примера, Ил 86-й
(Грузоподъёмность: 42 т
Максимальная взлётная масса: 215 т)
прёт тоже не в 10 раз меньше, чем Ил 76-й
(Самолёт способен доставлять грузы максимальной массой 28—60 т
Максимальная взлётная масса увеличена до 190 т.).
Или грузоподъёмность А-380
(Максимальная взлётная масса — 560 тонн, масса самого самолёта — 280 тонн)
не в 10 раз меньше, чем Мрия
(Масса:
пустого самолёта, кг: 250 000
максимальная взлётная, кг: 640 000).
Управляемость?Опять же, исходя из avia-simply.ru/nizkoplani-i-visokoplani/ — наоборот.Да и с ВВС спорить не стоит.)))
Господа авиаторы, не жалейте красноречия.ЧТО ЛУЧШЕ?
Высказывания «по опыту» — особо ценны.)))
Комментарии 42
Что лучше? По мне высокоплан — землю лучче видать!:) Ориентироваться легче и красоты осматривать. Но я маршрутные полёты люблю, «low & slow» наше всё!))) А вот кому кверху попом повисеть (пилотаж покрутить) — тем нижнее расположение крыла рулит конечно. Высокоплан более устойчив, но и «туповат» в управлении, низкоплан более маневренный. Это если вкратце и про «малую авиацию», а так pilot25 разжевал уже отлично и доступно:)
Насчёт «лучше видно» — неоспоримая прерогатива высокоплана, об этом так же даже ребёнком думал…)))
А вот второе предложение с конца — торжество лаконичности.Спасибо.
Однако осталось кое что не затронутое.Если одно и тоже крыло, расположить на одном и том же фюзеляже в двух вариантах, то интуитивное ощущение, что подъемная сила у высокоплана будет выше.Это иллюзия?
Про подъёмную силу высокоплана: вот опой то же самое чувствую, но обосновать не могу. Субъективно — нести сумку в руках (когда она висит) легче, чем подняв над головой:). Хотя негритянки вон на башке носят и ничо. Наверное у них маневренность лучче…)))))
Про негро +.)))) да, тянуть всегда легче, чем толкать.Ну почти всегда.
Ну к стати да. Вот и ответ?
А площадь крыла то одна и та же!
Бл.ть, пойду физику вспоминать…)))
Вот заморочил. Да одинаковая по ходу.
Хотя STOL-ы (укороченый взлёт-посадка) в массе своей с верхним расположением…
Шасси в нископлане легче спрятать в крылья. Увеличивается колея…
Уважаю конструктивные ответы.А то сбивают с курса в сторону кухни.)))))
Шасси в нископлане легче спрятать в крылья. Увеличивается колея…
109 и 190 … профиль крыла?
А что лучше — борщ или пирожки с грибами?
Если бы было что-то лучшее, то так бы все и делали.
Обе схемы имеют свои приимущества:
-низкопланы-скорость.
-высоскопланы грузоподьемность и устойчивость.
-совмещенные схемы-бипланы и то и то…
Парадокс, но разглядывал фото в полёте стрижа (который птичка).Он по своей прихоти становиться то высокопланом, то нет.
Обе схемы имеют свои приимущества:
-низкопланы-скорость.
-высоскопланы грузоподьемность и устойчивость.
-совмещенные схемы-бипланы и то и то…
Обе схемы имеют свои приимущества:
-низкопланы-скорость.
-высоскопланы грузоподьемность и устойчивость.
-совмещенные схемы-бипланы и то и то…
Стриж ничего общего не имеет с ласточками кроме сходства во внешности и похожго образа жизни, а его ближайший «родственник» — это колибри. В полете стрижей легко узнать по характерному облику длинных серповидно изогнутых и более узких, чем у ласточек крыльев. Их полет всегда очень стремителен. Ласточки летают не столь стремительно, но зато более вертко. Когда нужно повернуть стрижи делают большой вираж.
Одной из отличительных особенностей стрижей является то, что в полете они кричат визгливое резкое «стррриииии» или «вирииивирии».
Черный стриж – единственная птица, способная есть, спариваться и спать в полете. Кроме того, черные стрижи могут проводить в небе 2-4 года, совершенно не садясь на землю.
У него мощный плечевой сустав.по ходу самая крепкая кость.)))) видать благодаря этому он и изменяет свою центровку…если ваще может не садиться на землю годами.
Всегда восхищаюсь их скоростью…истребители мать их)))
)))))
Мне всякие «парящие» по духу ближе.Которые «камнем вниз».Но озвученная инфа безусловно потрясает…
Сидел в наряде на аэродроме ( вертушки охранял свои) и смотрел за полетом( на охоте за мышами) спепной совы…вот там пике…с 50 метров …как Юнкерс в траву…хыццц и мышка в клюве…
Сейчас поздно, спать хочу. Завтра по опыту опишу. Летал и на низкопланах, среднепланах и высокопланах. Всё зависит для чего самолёт предназначен, в каких условиях предстоит выполнять основную задачу. Для хороших маневров и скорости крена, лучше низкоплан. Для лучшей устойчивости на больших скоростях — высокоплан. И не надо смотреть на Су-27 и по нему судить. Он управляется уже не элеронами и аэродинамикой, а электронными системами. У него центр тяжести и фокус приложения подъемной силы почти в одной точке. Это делает самолёт нейтральным и неустойчивым. Как шарик. А автоматика выдерживает траекторию. Поэтому он такой маневренный. А сочетание высокого крыла и фюзеляжа увеличивает площадь несущей поверхности, что увеличивает подъёмную силу. У МиГ-25 на скорости более 2,8 М, подъемную силу в 40% создаёт фюзеляж! А на Л-39, нужно крутить пилотаж и хорошие реакции планера на управление ручкой. Поэтому низкопланы хорошие пилотажники, а во время войны почти все истребители были низкопланами. Для улучшения аэродинамических моментов по крену. И практически все те крылья были прямыми. Стреловидные крылья в основном делали среднепланам. МиГ-17 скажем, или Як-28. Ну и ещё много параметров влияет на расположение несущей поверхности. Не только место, но и форма крыла, стреловидное, треугольное, трапецевидное и обратной стреловидности… Там уйма параметров расчитывается.
В общем вкратце ответил…
Ну-с, батенька, развёрнуто выразился.Рахмат, не зря сто лет на Вас подписан… ))) Осталось только осознать как это сказалось на гражданской авиации.Им же «пятнашки не шахматить», в Домодедово зопу оторвал, в Дубае — присел.Пассажиров заменил, и обратно.А что же они то поголовно низкопланы? (((.
Я понял Вас — не всё упирается а расположение крыла на фюзеляже. Тогда надо одному комментатору заслуженно плюсик поставить.)
Конечно. Даже расположение двигателей на крыле или на фюзеляже, определяют компановку самолёта, и так же влияют на аэродинамику.
А мне нравится тот Ан, у которого две турбины на спине!
Ан-74 и Ан-72. Хорошие аппараты.
Сибиряк сказал: зимой хорошо, лёд в мотор не попадает.)))
А как у него с аэродинамикой?
Вот-вот!Я чувствовал, что там что то этакое присутствует…»повышают за счет разгона пограничного слоя на верхней поверхности крыла повышая в разы подъемную силу»
А почему нет планера с двумя килями и одной турбиной «на спине», не в курсе? фюзеляж поплавится?Так можно вниз согнуть…
на этом принципе работает вентилятор Дайсона))))
Надо дома погуглить.))
Подробнее у нас на сайте можете суть да дело почитать, там есть проэкты и роторного крыла.
Надо дома погуглить.))
Вот кстати и планер управление потоками.нет ни элеронов ни рулей высоты…www.membrana.ru/particle/3404
Сибиряк сказал: зимой хорошо, лёд в мотор не попадает.)))
А как у него с аэродинамикой?
Про него можно сказать — очень летучий самолёт. Я когда уже не летал, а работал диспетчером в ГВФ, именно Ан-74 летал на нашем аэродроме, в сибирской тайге. Я наблюдал его взлёты и посадки, оценивал длину разбега и пробега, и понимал — очень удачный самолёт! И что интересно с неплохой маневренностью.
Жаль КБ Антонова теперь в «очень дальнем» зарубежье.А ведь школа — одна…(((
Я считаю, что надо разделять гражданскую авиацию и военную. Первые строятся для того чтобы с наименьшими затратами перевезти как можно больше груза. Здесь идет торг за массу и топливную эффективность. Отсюда конструктивные решения.
А вот современные истребители имеют интегральный «фюзеляж-наплыв-крыло», поэтому их нельзя делить на высокопланы-среднепланы-низкопланы))) Миг-31 и Миг-25 здесь не показатель — это конструкция еще третьего поколения по сути, оптимизированная для высокой скорости и относительно недорогого массового производства. Тот же SR-71 — тоже интегральная конструкция, но более дорогой в производстве аппарат.
Фотки классные. Вопрос из разряда, что лучше кабриолет или седан и т.д.))
Из моего скромного опыта низкоплан PA-28 (16 часов) чуть приятнее сажать из-за экранного эффекта, нежели высокоплан C-172 (20 часов). Ну и PA-28 приятнее по крену управляется, чем дубовая C-172.
… «дубовая»… ))))) Забавный жаргонизм по отношению к металлической конструкции. )))))
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.
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.
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.
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.
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.
«Зализ» крыла легкомоторного самолета.
Пассажирский низкоплан Як-40. Хорошо видны зализы соединения крыла и фюзеляжа и положительное поперечное V крыла.
Низкоплан Як-40 вид спереди. Зализы и поперечное V крыла налицо.
Пример соединения крыла с фюзеляжем. Низкоплан пассажирский В-777.
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.
Принцип поперечной устойчивости.
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.
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.
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.
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.
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.
Если поперечное V положительное, то угол атаки полукрыла со стороны скольжения больше, чем другого полукрыла и, соответственно, подъемная сила этой консоли тоже больше.
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.
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 низкопланов (и среднепланов). 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).
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.
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 …
Истребитель МиГ-21 Lancer-C.Типичный среднеплан.
Среднеплан истребитель-бомбардировщик Су-7БМ.
Истребитель-бомбардировщик Су-22М4. Среднеплан.
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.
Транспортный самолет Ан-12. Типичный высокоплан.
Самый большой в мире транспортный самолет Ан-225 «Мрия». Традиционно высокоплан.
Транспортный самолет А400М.
Транспортный высокоплан Ан-124 «Руслан».
Возможности загрузки Ан-124.
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).
Грузовая версия изначально пассажирского В-747. Низкоплан.
Погрузка в грузовую версию пассажирского низкоплана. Сложнее и меньше, чем в высокоплан.
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.
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.
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.
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.
Бомбардировщик ТУ-95. Высокие стойки шасси.
Ту-114 в а/п Домодедово, 1968 год.
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 ).
Ан-24РВ. Длинные основные стойки шасси хорошо видны.
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.
Транспортный самолет Ан-12.
Транспортник АН-22. Хорошо видны большие гондолы шасси. В них также располагается лополнительное оборудование.
Пассажирский самолет-высокоплан ATR-72 с фюзеляжным расположением основных стоек шасси.
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.
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.
Экспериментальный самолет МАИ-223.
Русский многоцелевой самолет Моран Парасоль тип П.
Летающая лодка Бе-4 (Кор-2).
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 :-).
Высокоплан истребитель МиГ-23МЛ.
Истребитель МиГ-31БМ. Высокоплан.
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.
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!
Посадка Ту-95. Хорошо видны высокие мощные стойки шасси.
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 :-).
Пассажирский самолет Ту-114 на аэродроме Ле Бурже. 1965 год.
Истребитель-бомбардировщик, среднеплан, Су-7Б.
Транспортный высокоплан ИЛ-76.
ИЛ-76. Все атрибуты высокоплана налицо.
Взлет транспортного ИЛ-76.
Истребитель МиГ-21бис. Среднеплан.
Ан-24РВ. Аэропорт Жуляны.
Пассажирский Ан-24РВ в российской глубинке.
Истребитель МиГ-23МФ. Высокоплан.
Ан-24РВ. Незаменимый трудяга.
АН-23РВ. Руление на взлет.
Посадка АН-22 «Антей». Типичный высокоплан.
Летающая лодка Бе-4.
49 Комментариев: О низкопланах и высокопланах. Всего понемногу…
Если от теории вернутся к реально доступным нам полетам на Лайтах и Ультра-лайтах, то по моим скромным ощущениям высокоплан более стабилен.
Правда на низкопланах у меня всего 5% налета и то допущен к самостоятельным только на Чешский СпортКрузер, но летал на многих низкопланах и высокопланы гораздо более стабильны, устойчив и комфортен, особенно на заходе — может вопрос привычки конечно и просто надо влетаться….
«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