Патент РФ №2000251

Соотношение плеча Lго подъемной силы дестабилизатора и плеча Lкр крыла у схемы «утка» таково, что оно накладывает ограничение на максимальную подъемную силу крыла. При этом на больших углах атаки, например, посадочных и маневренных, т. е. при полностью отклоненных рулях высоты, подъемная сила дестабилизатора используется полностью. Использовать подъемную силу крыла настолько, насколько это допускают современные средства механизации крыла, не позволяет слишком большое плечо подъемной силы крыла.

Учитывая, что

Lкр=∆Х+σ

где σ – расстояние между фокусом и центром масс самолета, и подавляющую часть плеча Lкр подъемной силы крыла составляет расстояние ∆Х между фокусами крыла и самолета, подробно рассмотрим эту величину, которую обычно называют смещением фокуса.

В первом приближении смещение фокуса прямо пропорционально произведению расстояния между фокусами крыла и дестабилизатора на отношение площадей дестабилизатора и крыла. Дополнительно, и это очень важно, смещение фокуса растет вместе с ростом производной по углу атаки коэффициента подъемной силы дестабилизатора. Сказанное математически выражается следующей формулой:

∆Х=L*S* Cᵅуго /( Cᵅу+ S*Cᵅуго)

где ∆Х - расстояние между фокусами крыла и самолета (смещение фокуса);

L – расстояние между фокусами крыла и дестабилизатора

S – отношение площадей дестабилизатора и крыла;

Cᵅуго; Cᵅу -производные по углу атаки коэффициентов подъемной силы для дестабилизатора и крыла соответственно. Они показывают на сколько возрастает коэффициент подъемной силы поверхности при увеличении ее угла атаки на один градус. В дальнейшем для краткости будем их называть производная дестабилизатора и производная крыла.

Из приведенной формулы ясно видно, что ни увеличением площади дестабилизатора, ни увеличением расстояния между фокусами крыла и дестабилизатора ситуацию не улучшить, поскольку с их увеличением растет и смещение фокуса, а значит, и плечо крыла. Но также явно следует: если существенно уменьшить производную по углу атаки коэффициента подъемной силы дестабилизатора, то существенно уменьшается плечо подъемной силы крыла; и если удастся значительно снизить указанную производную дестабилизатора, то это позволит использовать современные средства механизации крыла.

Для снижения указанной производной Cᵅуго предложено выполнять дестабилизатор по бипланной схеме согласно патенту РФ №2000251. Это позволяет снизить производную дестабилизатора до уровня 60% по сравнению с монопланным и эффективно использовать закрылки или флапероны.

Летательный аппарат содержит дестабилизатор, состоящий из двух планов 1, снабженных рулями высоты 2, и крыло 3 с флаперонами 4.

Патент №2256587

Самолет содержит крыло 1, дестабилизатор, состоящий из нижнего плана 2 и верхнего плана 3, фюзеляж 4 и двигательную установку 7. Верхний план 3 переднего горизонтального оперения смещен назад относительно нижнего плана 2. Подвижная поверхность верхнего плана 3 дестабилизатора кинематически связана с системой управления самолетом по тангажу и является рулем 8 высоты. Подвижная поверхность нижнего плана 2 кинематически связана с системой управления механизацией крыла, имеет возможность отклоняться только вниз и по существу является закрылком 9 нижнего плана 2 дестабилизатора.

Освобождение нижнего плана переднего горизонтального оперения от функции управления самолетом по тангажу позволяет без особых сложностей использовать на нем мощную механизацию задней части несущей аэродинамической поверхности. Например, вместо однозвенного закрылка 9 можно использовать выдвижной многощелевой многозвенный. Смещение верхнего плана переднего горизонтального оперения назад относительно нижнего приводит к тому, что в посадочной конфигурации (руль 8 высоты и закрылок 9 опущены в крайнее нижнее положение) верхний план 3 “поджимает” поток воздуха над закрылком 9 нижнего плана 2, вследствие чего срыв потока над ним наступает при большем угле отклонения закрылка 9. В свою очередь, струя воздуха, сформированная обоими планами, подсасывает воздух с верхней поверхности руля 8 высоты, вследствие чего этот руль можно отклонить тоже на больший угол. Таким образом, взаимодействие планов приводит к большему, нежели простое суммирование, эффекту. В результате значительно повышается подъемная сила переднего горизонтального оперения в посадочной конфигурации и появляется возможность более эффективного использования механизации крыла (например, можно отклонить закрылок крыла на больший угол), что в конечном итоге приводит к уменьшению общей несущей площади самолета и к уменьшению его размеров.