Бипланы

Основные этапы, через которые прошла бипланная схема представлены на следующих рисунках:



I - многостоечный биплан с тонким крылом, расчалками и стойками, размещенными в направлении полета и перпендикулярно ему.

II - одностоечный полутораплан со стойками и расчалками в поперечной плоскости и жесткой фермой в направлении полета.

III - одностоечный полутораплан с расчалками коробки крыльев в обеих плоскостях и поперечными расчалками в плоскости ног шасси.

IV - одностоечный полутораплан со свободнонесущими, соединенными по концам жесткими фермами.

V - одностоечный полутораплан со свободнонесущим трапециевидным нижним крылом, к которому при помощи Х-образных стоек крепятся верхние прямоугольные крылья.

VI - одностоечный полутораплан, с расчалками в поперечной плоскости и одной стойкой в продольной плоскости.

VII - одностоечный полутораплан с нисходящими жесткими раскосами в поперечной плоскости, V-образными стойками в продольной плоскости.

VIII - наивыгоднейшая схема: свободнонесущее нижнее крыло, тонкое прямоугольное верхнее крыло, I-образные стойки, верхнее крыло типа "чайка", непосредственно крепится к фюзеляжу.

В развитии биплана отчетливо видно стремление конструкторов уменьшить лобовое сопротивление и интерференцию деталей, находящихся в потоке, путем уменьшения их количества. Радикальное решение вопроса заключается в применении свободнонесущих крыльев, однако этот путь наиболее труден в конструктивном и невыгоден в весовом отношении.

Для характекристики биплана с точки зрения лобового сопротивления достаточно указать, что у самолета He-51L (III) = 0,0429, для схемы VI с убранным шасси = 0,0320, что на 70-80% больше, чем у современного самолета со свободнонесущим крылом и убирающимся шасси.

Минимальный вес при достаточной прочности и жесткости имеет многостоечная бипланная коробка с расчалками (I). Вследствие наличия дополнительных опор вес крыльев в этом случае получается минимальным. Одностоечные коробки (II, III, IV) вследствие увеличения пролетной части тяжелее, чем многостоечные. Внешние расчалки придают коробке значительную жесткость на кручение. Каждое из крыльев в отдельности имеет также большую жесткость при кручении вследствие дополнительных опор. Наивыгоднейшие в аэродинамическом отношении свободнонесущие крылья (IV, V, VIII) для получения той же прочности и жесткости требуют более сильных сечений, жесткой обшивки и в результате оказываются тяжелее.

При чистом биплане, т. е. в случае одинаковых рамахов и хорд обоих крыльев, обзор из кабины летчика затеняется верхним и нижним крыльями. Угол затенения обзора вверх до некоторой степени можно уменьшить, сделав вырезы в передней и задней кромках центроплана верхнего крыла., а также уменьшив его толщину. Однако эти меры в аэродинамическом отношении нежелательны, так как увеличивают сопротивление и уменьшают подьемную силу. Особенно вреден вырез передней кромки. Аналогичные меры применяют для улучшения обзора вверх и вперед на полуторапланах (III, V). Улучшения обзора вперед и вверх можно достигнуть, применяя для верхнего крыла схему "чайка", при которой крыло крепится непосредственно на фюзеляже (II, VI, VII, VIII). В этом случае обзор вверх в плоскости симметрии крылом совершенно не затенен, но углы затенения имеются при обзоре в стороны. Углы затенения вверх достигают наибольших величин при свободнонесущем верхнем крыле (IV), вследствие большой хорды и большой толщины крыла в корне.

Затенение обзора нижним крылом можно значительно уменьшить по сравнению с чистым бипланом применяя схему полутораплана с выносом верхнего крыла вперед. Свободнонесущие трапециевидные нижние крылья несколько затеняют обзор вниз по сравнению с полуторапланами, имеющими узкие прямоугольные крылья с расчалками.

Недостаток бипланных схем в производственном отношении заключается в большом количестве деталей. Этот недостаток в значительной мере искупается простотой и доступностью сборки при полотняной обшивке. Для уменьшения веса ряд металлических деталей, близких по размерам приходится выполнять из материала разной толщины, что увеличивает сортамент, а также усложняет и удорожает производство.

Свободнонесущие бипланные крылья ввиду малой строительной высоты и необходимости жесткой обшивки просты в производстве только в тех случаях, когда материалом для них служимт дерево. При металлической обшивке бипланные крылья значительно сложнее чем крылья свободнонесущего моноплана, вследствие трудности клепки обшивки к силовому набору.

В эксплуатации рачалочные бипланные схемы сложнее, чем свободнонесущие бипланные и монопланные, так как требуют постоянного контроля за тегулировкой и натяжением расчалок. Им дают предварительную затяжку, равную 25% от разрывающего усилия. При этом должны быть обеспечены необходимый вынос крыльев и углы их установки в продольном и поперечном направлении.

С конструктивной точки зрения расчалочные бипланные крылья при прямолинейном верхнем центроплане не представляют особых затруднений, если не считать большого количества узлов. Бипланные крылья типа "чайка" значительно сложнее, даже при полотняной обшивке и изготовленнн отьемных частей из дерева. Сложность заключается в конструкции центральной части верхнего крыла, которая должна обеспечивать достаточную прочность при тонком профиле. Свободнонесущие бипланные крылья сложнее свободжнонесущих монопланных лишь в том отношении, что увеличивается количество деталей и узлов.

При устранении основных недостатков расчалочной бипланной схемы путем перехода на свободнонесущие бипланы типа "чайка" теряется основное достойнство схемы: малый вес крыльев, возможность малой нагрузки на крыло, малый момент инерции и связанная с ним маневренность в горизонтальной плоскости.

Биплан Ирвинга



Особенность бипланной коробки Ирвинга заключается в применении верхнего трапециевидного крыла с прямолинейной передней кромкой и большим сужением (7,6), а также в переменном расстоянии между хордами, отрицательной стреловидностью ниэжнего крыла равной -10 градусов и очень большом угле поперечного V нижнего крыла равного 12,5 градусов.

Почти все мероприятия сводились таким образом к повышению поперечной устойчивости и затягиванию срыва потока, что и являлось целью исследования, хотя слишком большое сужение верхнего крыла врядли можно считать рациональным для повышения поперечной устойчивости.

Модель при исследованиях оказалась устойчивой в поперечном направлении до углов атаки 48 градусов. Критический угол атаки по сравнению с обычным бипланом, имевшим тот же профиль RAF-15 и вынос 30 градусов увеличился с 17 до 25 градусов, причем приращение максимальной подьемной силы составило 0,065 или 6%. При углах атаки 20-25 градусов момент рысканья оказался почти в два раза меньше, чем у обычного биплана. Максимальное качество не изменилось, но переместилось в область коэффициента подьемной силы 0,36, в то время как у биплана обычной формы максимальное качество соответствовало коэффициенту подьемной силы 0,30. На больших углах качество нового биплана ниже, что позволяет планировать на посадку с большим углом при той же скорости. Минимальный коэффициент сопротивления одинаков в обоих случаях.

С точки зрения обзора коробка Ирвинга хуже обычного полутораплана. Обзор вверх стесняется широким верхним крылом, а в стороны - нижним.

по материалам:
Л. И. Сутугин "Основы проектирования самолетов"