Двугранный вид крыла в биплане
Сможет ли биплан летать, если бы верхнее и нижнее крыло находились в противоположном двугранном направлении? Представьте себе конфигурацию крыла, аналогичную конструкции вымышленного «крестокрыла» из StarWars. Каковы теоретические плюсы и минусы использования такого подхода? Не обращайте внимания на двигатели, фюзеляж, хвост и т. Д.
Что произойдет, если вы доведете все до логического предела и сделаете все крылья под углом 45 градусов?
Ответы
Основная проблема бипланов - расстояние между плоскостями по отношению к хорде крыла. Они должны быть хорошо разделены, чтобы избежать помех и, следовательно, неэффективности. Двугранный нижний и двугранный верхний увеличивают расстояние до кончиков, делая их более эффективными. С другой стороны, центральные секции сгруппированы близко друг к другу, что делает их неэффективными. Но наконечники уже страдают большей неэффективностью из-за того, что воздух разливается по концам, а центральные секции обеспечивают основной подъем. То есть вы фактически делаете неэффективным все крыло. Вот почему многие бипланы поднимают верхнюю центральную часть над фюзеляжем на стойках кабины.
Что касается двугранного угла, два угла уравновешивают друг друга. Если вам нужна устойчивая плоскость, вам нужно увеличить двугранный угол над собором.
При крайних углах, скажем 45 градусов, крыло имеет значительную боковую площадь. Эта конфигурация фактически обычна для высокоскоростных ракет класса "воздух-воздух" в сочетании с крестообразным хвостовым оперением, поскольку теперь управляющие поверхности могут создавать боковые силы, и это может значительно улучшить маневренность.
Есть ряд самолетов, которые уже сделали это, по крайней мере, немного.
Тандемное крыло Quickie от Rutan имеет точно такую же конфигурацию, за исключением того, что крылья радикально расположены в шахматном порядке, потому что переднее крыло является поверхностью управления дифферентом / тангажом, а двугранные углы меньше. Но если посмотреть прямо перед собой, вот оно.
Собор переднего крыла в основном присутствует, потому что туда идут колеса. Версии двухместного Q2 с обычным трехколесным колесом имеют почти прямое нижнее крыло, потому что большая часть угла находится «на пути» (кончики у земли теперь становятся проблемой без колес).
Проблема с конфигурацией заключается не в том, что в приложении Рутана можно поставить шестерню на законцовках крыла, в этом нет никакого смысла. Эти угловые крылья компенсируют двугранные крылья, формируя перспективу устойчивости к качению, делая результат более или менее таким же, как если бы все крылья были прямыми. Если вы действительно хотите поместить туда колеса, вы должны сделать так, чтобы лонжероны выполняли двойную функцию как действительно длинные листовые рессоры (изгибающие нагрузки от приземления намного тяжелее на лонжероны, чем нагрузки полета), и есть проблемы с наземным обслуживанием колес, поэтому далеко друг от друга.
С таким же успехом можно было бы избежать хлопот, связанных с изготовлением изогнутых лонжеронных балок, и сделать их в первую очередь прямыми или, по крайней мере, с более нормальными двугранными углами. Это более или менее круто выглядело с точки зрения научной фантастики.
С точки зрения физики нет особой необходимости иметь двугранный угол в самолете. Это для стабильности. Если вы перекатываетесь в одну сторону, вы, естественно, начинаете скользить в эту сторону. В самолете с положительным двугранным углом это скольжение означает, что нижнее крыло будет иметь большую подъемную силу, чем верхнее крыло. Это создает момент отката назад к уровню.
Крыло с прямым (отрицательным двугранным) крылом будет иметь противоположный эффект, увеличивая скорость крена при удалении от горизонтали. Обратите внимание, что это не обязательно плохо: самолеты (такие как Ан-225 ) могут быть слишком устойчивыми, и, следовательно, их будет слишком сложно катить, когда вы действительно этого хотите. Эта проблема решается наличием боковых крыльев.
Но есть еще один эффект. И двугранный, и угловой немного уменьшают подъемную силу. Поскольку векторы подъемной силы каждого крыла не параллельны, небольшая часть подъемной силы, создаваемой крыльями, теряется. Это приводит к немного более высокой скорости сваливания и чуть большему сопротивлению.
Короче говоря, любое «хорошее», которое могут сделать два противоположных набора крыльев, нейтрализует друг друга *, а «плохое» складывается. Вы могли бы заставить такой самолет летать, но он был бы менее эффективным, чем был бы в противном случае.
* Конечно, если они расположены под разными углами, или один из них больше другого, или у них разные формы крыльев и т. Д., Тогда они не будут полностью отменены, и вы все равно получите некоторый эффект, в зависимости от один «сильнее».
Еще в 1980-х годах (когда «Звездные войны» были еще совсем новыми) существовала пара различных конструкций радиоуправляемых моделей, имевших схему «крестокрыла» - биплан без распорок с примерно равными верхним двугранным и нижним анэдромом. Один был уткой, другой - бесхвостым (чтобы еще больше походить на крестокрыла из фильма).
Они летели отлично, с очень нейтральной устойчивостью пилотажного самолета (до 3D, до разворота) "идет туда, куда вы указываете". Они не могли летать на острие ножа, потому что у них было мало власти руля направления и они не могли держать нос под углом 90 градусов (и по той же причине были небрежны в крене в упоре), но в полете без высшего пилотажа они вели себя примерно как а также обычный средний крыло с нулевым двугранным узором.