Летательные аппараты нетрадиционных схем - [22]

Еще одной проблемой, с которой обычно сталкиваются проектировщики самолетов схемы «бесхвостка», является выбор места для размещения вертикального оперения и руля направления. Лишь очень немногим авиационным конструкторам удалось построить самолеты схемы «бесхвостка» без вертикального оперения; большинству все же пришлось использовать эти поверхности зачастую существенно большей площади из-за их пониженной эффективности вследствие уменьшения плеча вертикального оперения. Некоторые конструкторы удлиняли короткие фюзеляжи этих самолетов для того, чтобы установить в хвостовой части фюзеляжа одиночный руль направления, что позволяет несколько увеличить создаваемый момент; другие устанавливали руль направления на каждую из законцовок крыла или ближе к борту фюзеляжа в районе хвостовой части.

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ САМОЛЕТОВ СХЕМЫ «БЕСХВОСТКА»

Естественную подсказку для решения проблемы устойчивости и управляемости летательных аппаратов схемы «бесхвостка» дает анализ геометрии семени дзанонии. Задние кромки «законцовок крыла» этого семени расположены достаточно далеко от его центральной части и создают по существу стреловидную конфигурацию. Кроме того, тенденция к возникновению кабрирующего момента исключается за счет отклонения вверх задних кромок концевых частей семени (на самолетах этому участку обычно соответствует область установки руля высоты), так что обтекающий семя поток создает направленную вниз силу, которая балансирует кабрирующий момент.

При разработке самолетов схемы «бесхвостка» нетрудно придать крылу прямую стреловидность и установить рули высоты на законцовках, где они, имея большее плечо относительно центра масс, будут обладать большей эффективностью. Так как на законцовках крыла обычно располагаются и элероны (для создания максимального момента относительно продольной оси самолета), целесообразно объединить функции элерона и руля высоты в единой поверхности управления, которая получила название «элевона». Расположенные на противоположных законцовках крыла поверхности управления при отклонении в одном направлении работают как рули высоты, а при отклонении в разные стороны - как элероны. При необходимости осуществляется комбинированное отклонение этих поверхностей управления.

Для обеспечения установившегося полета тенденция к возникновению кабрирующего момента самолета схемы «бесхвостка» парируется путем отклонения законцовок крыла с целью уменьшения угла атаки; по сути дела, в этом случае законцовки крыла используются как рули высоты, постоянно отклоненные вверх, вместо отклонения рулей высоты или элевонов.

Такой подход обладает, в свою очередь, существенным недостатком, который авиационные конструкторы первых лет авиации, вероятно, не до конца понимали. Уменьшение угла атаки концевых частей крыла приводит к значительному снижению подъемной силы на этих участках, тогда как их аэродинамическое сопротивление значительно увеличивается — а именно для исключения этих явлений и предполагалось исключить из конструкции традиционного оперения хвостовую часть фюзеляжа на самолетах схемы «бесхвостка».

За годы развития авиации было создано довольно мало самолетов схемы «бесхвостка» с прямым крылом. Наиболее совершенными из летательных аппаратов этого типа были легкие самолеты с весьма ограниченным диапазоном скоростей полета. Схема «бесхвостка» на протяжении развития авиации постоянно имела своих устойчивых приверженцев, но до появления современных бесхвостых планеров и сверхлегких летательных аппаратов периода 1970–1980 гг. единственной массовой «бесхвосткой» стал немецкий перехватчик с ракетным двигателем «Мессершмитт» Me-163, созданный в 1944–1945 гг.

Присущие бесхвостым конструкциям преимущества, связанные с уменьшением массы, стоимости и аэродинамического сопротивления, проявляются, главным образом, в области планерной техники и ультралегких летательных аппаратов, для которых характерен очень узкий диапазон скоростей полета, что существенно упрощает решение проблем балансировки и обеспечения необходимой управляемости. Более того, поскольку в аппаратах этого типа летчик размещается несколько ниже центра масс конструкции (а масса летчика для этих аппаратов нередко превышает массу всей конструкции), возникает значительный по величине стабилизирующий момент, способный создать запас устойчивости по тангажу, что, в свою очередь, позволяет использовать в конструкции прямое, а не стреловидное крыло.

ПЛАНЕРЫ И. ЭТРИХА

Австрийский авиционный конструктор Иго Этрих был одним из нескольких экспериментаторов, которые в конце 1890-х гг. независимо друг от друга работали в области планеризма. Разгадав секрет устойчивости полетов семени дзанонии, он сумел значительно опередить в своих исследованиях других авиационных конструкторов. Он не стал создавать легкие планеры (полет которых осуществляется после разгона вниз по холму, а управление обеспечивается изменением положения летчика), а построил более тяжелый аппарат, оснащенный трехколесным шасси. Разбег планера происходит при его скатывании с наклонной деревянной рампы (рис. 3.1).