Идеальная аэродинамическая схема самолёта

Поиск идеальной аэродинамической схемы самолёта – есть важнейшая народно-хозяйственная задача, успешное решение которой обеспечит формирование облика транспортных самолётов с предельными лётно-техническими характеристиками.

Идеальной назовём аэродинамическую схему самолёта, которая обеспечивает:

- максимально возможный диапазон лётных скоростей;

- абсолютную противоштопорную устойчивость самолёта.

Другими словами, в отличие от других аэродинамических схем идеальная аэродинамическая схема должна обеспечивать независимую (бескомпромиссную) оптимизацию самолёта по критериям аэродинамического совершенства и безопасности полёта.

В предыдущем разделе были рассмотрены две наиболее сильно конкурирующие между собой аэродинамические схемы самолётов: «классика» и «утка». От какой же из этих двух схем оттолкнуться для поиска идеальной аэродинамической схемы?

Выше показано, что только «утка» позволяет исключить потери на балансировку. Значит, необходимо оптимизировать «утку».

Рассмотрим балансировку схемы «утка».

На рис. 4 показана несущая система «утки», состоящая из крыла с площадью S_кр и ПГО с площадью S_пго, а также параметры, необходимые для расчёта продольной статической устойчивости «утки». Несущие поверхности находятся на межфокусном расстоянии L_мф. Отметим, что несущая система имеет пикирующий момент M_z0, не зависящий от угла атаки, с коэффициентом m_z0. Необходимо сказать, что в данном примере производные коэффициентов подъёмной силы крыла и оперения самолёта равны между собой: Кроме того, мы не будем учитывать влияние на балансировку и устойчивость самолёта скоса потока от ПГО (производная угла скоса потока ПГО по углу атаки самолёта ε^α = 0).

Отметим, что ручка управления самолётом при движениях «от себя – на себя» отклоняет серворуль ФГО. Статически устойчивая флюгерная несущая система «ФГО + серворуль» самостоятельно ориентируется в набегающем потоке, обеспечивая балансировку самолёта в продольном канале, а углы атаки ГО и самолёта в отличие от классической схемы «утка» больше не являются взаимозависимыми параметрами.

Надо сказать, что данное техническое решение известно давно и успешно используется как в авиации (самонастраивающиеся пропеллеры и ветряки), так и в судостроении (подруливающие устройства яхт). Аэродинамический смысл работы ФГО на «утке» прост: оперение не создаёт дестабилизирующий момент и предназначается только для балансировки самолёта.

Следует обратить особое внимание на тот факт, что использование ФПГО позволяет «отвязать» балансировку «утки» от её устойчивости в продольном канале, что до предела облегчает задачу аэродинамической компоновки самолётов схемы «утка».

Мы доказали, что схема «утка с ФГО», или «флюгерная утка», обеспечивает при всех равных условиях тотальное превосходство над любой аэродинамической схемой по скоростным и взлётно-посадочным характеристикам и позволяет реализовать наибольший диапазон лётных скоростей самолёта.

Теперь докажем, что самолёты, скомпонованные по схеме «флюгерная утка» обладают абсолютной противоштопорной устойчивостью.

Доказательство безопасности полётов на «флюгерных утках» приведём на примере лёгкого двухместного самолёта ЮАН-4 «Quick Bird», заходящего на посадку со скоростью, близкой к минимальной. Общий вид самолёта показан на рис.