Подкосные и расчалочные монопланы

Эволюция моноплана "парасоль" очень хорошо видна на самолетах фирмы Моран Солнье. (I - VII)



Модель самолета 1913 г. (I) с целой паутиной расчалок над и под крылом имела =0,10, то есть в два с лишним раза больше, чем биплан He-51L. Переход на подкрепленные подкосы (модель 1917 г. - II) дает снижение до 0,08. Устранение дополнительных подкосов при одновременном уменьшении длины основных позволило снизить до 0,07 (III).

Модификация 1928 г. (IV), заключавшаяся в разнесении колес шасси и уменьшении свободной длины подкосов путем крепления их к пирамиде, общей с аммортизационными стойками, оказалась в отношении равноценной модели 1926 г.

Вынос аммортизационных стоек из потока винта на модели 1930 г. (V) дал уменьшение с 0,07 до 0,06. На самолете 1933 г. (VI) уменьшено количество подкосов, поставлены обтекатели, уменьшившие интерференцию между стержнями боковых пирамид, подкосами и крылом, применены колеса с внутренней аммортизацией. В результате уменьшился с 0,06 до 0,049.

Наконец на модели 1935 г. (VII) удалось довести до 0,035, величины в три раза меньшей, чем в образце 1913 г. Это достигнуто уменьшением количества частей, находящихся в потоке и интерференции, путем установки обтекателей, а также увеличением углов между подкосами и крыльями и удалекнием подкосов от фюзеляжа. В этой схеме немногим больше, чем у расчалочного биплана, имеющего убирающееся шасси.

В наилучшей схеме подкосного моноплана (VIII) применяются одинарные подкосы.

Во всех рассмотренных схемах крылья имеют тонкий профиль и прямоугольные очертания в плане с концевыми закруглениями.

При подкосах возможно полусвободнонесущее крыло с изменяемой строительной высотой (IX). Каждое из крыльев в плане имеет форму двух трапеций, соединенных основаниями. Эта схема позволяет уменьшить длину подкосов и крепить крылья непосредственно к фюзеляжу. Сопротивление этого крыла вследствие увеличения его толщины возрастает по сравнению с прямоугольным, но сопротивление подкосов уменьшается так же, как и их длина. Эта схема также выгоднее в отношении обзора вперед и вверх.

Монопланы с верхним расположением подкосов (X) в аэродинамическом отношении несколько хуже, чем аналогичные схемы с верхним расположением крыла. Хотя верхние подкосы имеют меньшую длину, но работают при нормальных летных режимах на сжатие, их мидель и сопротивление больше, чем нижних подкосов. Интерференция с крылом также больше, так как подкосы крепятся к верхней поверхности крыла.

Достоинство этой схемы заключается в уменьшении сопротивления крыла вследствие возможного уменьшения его толщины по сравнению со свободнонесущим крылом, а также в улучшении обзора вниз.

До освоения убирающегося шасси для скоростных самолетов часто применяли расчалочную схему (IX). КУомбинация тонкого прямоугольного крыла с небольшим корличеством расчалок при неубирающемся шасси может дать меньшее сопротивление, чем у свободнонесущего крыла и неубирающегося шасси. Для самолета Боинг Р-26 (XI) равен примерно 0,0305, то есть меньше, чем для расчалочного биплана с убирающимся шасси, у которого = 0,032 и подкосного моноплана с неубирающимся шасси (VIII) где = 0,035.

Из рассмотренных схем подкосных и расчалочных монопланов при неубирающемся шасси в аэродинамическом отношении следует признать наилучшим расчалочный моноплан (XI). Затем следует моноплан с нижними подкосами (VII).

Схемы подкосных монопланов по маневренности хуже бипланов.

В отношении прочности и жесткости подкосные и расчалочные схемы примерно равноценны с расчалочными бипланами.

По весу подкосные и расчалочные крылья несколько тяжелее бипланных вследствие больших размахов при одинаковой площади. Большой размах заставляет увеличивать длину консолей вследствие чего изгибающие моменты и вес воспринимающих их частей возрастают.

В весовом отношении схемы, имеющие крыло с изменяющейся толщиной по размаху (IX-X) более рациональны, чем аналогичные схемы с прямоугольными крыльями. Увеличение толщины крыла, однако невыгодно вследствие увеличения профильного сопротивления, но с другой стороны позволяет уменьшить длину подкосов и следовательно уменьшить их лобовое сопротивление. Наивыгоднейшее рашение является компромиссным между требованиями аэродинамики и прочности.

Живучесть подкосных, а также расчалочных монопланных схем больше, чем бипланов, вследствие меньшего количества элементов. Подкосные схемы менее уязвимы, чем расчалочные.

При схемах "парасоль" обзор вниз значительно лучше, чем у бипланов. Для улучшения обзора вверх в плоскости симметрии применяют вырезы передней и задней кромок, а также схемы "чайка". Эти схемы удобны в отношении обзора, но такая форма близка к прямоугольному крылу с вырезами передней и задней кромок, а следовательно также связана с увеличением сопротивления.

В производственном и эксплуатационном отношении подкосные и расчалочные крылья проще и удобнее бипланных вследствие уменьшения количества деталей и упрощения регулировки.

Для многомоторных самолетов наиболее приемлем подкосный моноплан с нижним расположением крыла, изменяющимся по толщине и хорде. (X) Все остальные схемы при установке нескольких двигателей дают решение, не удовлетворяющее большинству основных требований.

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