БАЛАНСИРОВКА САМОЛЕТА СХЕМЫ "УТКА"

физическая картина балансировки самолета

physical picture of canard aircraft balancing

Автор Краснов Ю.К. fanplan@yandex.ru

На рисунке представлена схема подъемных сил, действующих на самолет в установившемся крейсерском горизонтальном полете.

Здесь литерой Укр обозначена подъемная сила крыла, приложенная в фокусе Fкр крыла. Фокусом называется точка приложения приращений подъемных сил, вызванных изменением угла атаки аэродинамической поверхности или летательного аппарата.

Подъемная сила дестабилизатора Уго складывается из силы Уого, возникающей при угле атаки, равном углу атаки крыла (самолета) и приложенной в фокусе Fго дестабилизатора. Сила Уого является частью равнодействующей силы У, приложенной в точке F, являющейся фокусом самолета. Другой составляющей силы У является подъемная сила Укр крыла. Силы Укр и Уого имеют одну и ту же природу, а именно являются следствием увеличения угла атаки крыла и дестабилизатора с угла, при котором крыло и дестабилизатор имеют нулевую подъемную силу, до крейсерского угла атаки крыла. Поскольку угол установки дестабилизатора превышает угол установки крыла, то за счет разности углов атаки дестабилизатора и самолета, на дестабилизаторе возникает дополнительная сила, обозначаемая, как У_бал, именующаяся балансировочной, и приложена она в фокусе Fго дестабилизатора. Эта сила не входит в равнодействующую силу У, приложенную в фокусе Fсамолета.

Центр G масс самолета расположен впереди фокуса F самолета на расстоянии σ, составляющем 5-10 процентов от средней аэродинамической хорды (САХ) крыла. Это расстояние называют запасом устойчивости по перегрузке. В центре G масс приложена направленная вниз сила W тяжести самолета.

В связи с тем, что сила У и сила W тяжести самолета разнонаправлены и приложены в разных точках, возникает пикирующий момент, и этот момент компенсируется моментом балансировочной силы У_бал. Этот же момент дополнительно компенсирует и нулевые пикирующие моменты крыла и дестабилизатора (моменты поверхностей при их нулевой подъемной силе).

Сумма сил Укр, Уого и У_бал по модулю равна силе W тяжести самолета.

Эти данные приведены с целью максимально прояснить физику балансировки самолета схемы «утка».

ДЕЗИНФОРМАЦИЯ О НЕУСТОЙЧИВОСТИ,

ЯКОБЫ, ПРИСУЩЕЙ САМОЛЕТУ СХЕМЫ «УТКА»

На http://www.heuristic.su/effects/catalog/tech/byId/description/958/index.html утверждается: «Существенным недостатком схемы "утка" является то, что летательным аппаратам этой схемы присуща продольная неустойчивость. Вместо того чтобы демпфировать движения самолета относительно поперечной оси (по тангажу), как это делает, например, оперение стрелы, воздействие воздушного потока на переднее горизонтальное оперение усиливает соответствующие возмущения.»

Это суждение в корне неверно и является глупостью. И эта глупость тиражируется не только дилетантами в интернете, но и специалистами кандидатского уровня во вроде бы серьезной научной литературе https://yadi.sk/i/drEDYA9Q3T7cJA - стр. 76.

В нормальной схеме фокус крыла находится впереди центра масс (ЦМ) и крыло проявляет дестабилизирующие свойства, а если мы его сдвинем вперед на половину САХ, то самолет будет гарантированно неустойчив. В «утке» крыло проявляет именно стабилизирующие свойства, поскольку его фокус находится позади ЦМ. И в силу этого по логике вышеприведенного утверждения можно сделать вывод, что «утка» более устойчива, чем нормальная. Если как следует разобраться, то образ стрелы больше подходит к «утке», чем к нормальной схеме. Здесь наконечник стрелы выполняет роль ПГО, а перья на ее заднем конце – роль крыла.

И эта глупость опровергается всей историей. Первый самолет Братьев Райт был "уткой". МИГ-8 летал устойчиво. Шведский истребитель «ВИГГЕН» был на вооружении более 20 лет, когда искусственная устойчивость рассматривалась в чисто теоретическом аспекте. И, наконец, «ВОЯДЖЕР» Берта Рутана, впервые облетевший Землю без посадки и дозаправки в 1986 году, был именно «уткой» (статически устойчивой).

Дело в том, что устойчивость не зависит от схемы, и правильно судить о ней можно лишь исходя из взаиморасположения фокуса самолета и ЦМ.

Недостаток «утки» перед нормальной схемой заключается в том, что запас устойчивости σ (см. рисунок) уменьшает плечо оперения относительно ЦМ, а в нормальной схеме – увеличивает. В результате закрылки используются в нормальной схеме без проблем, а в "утке" указанный недостаток является причиной невозможности их использования. Изобретения, описанные на данном сайте, этот недостаток «утки» обходят и создают возможность "пристроить" к ней закрылки.