Летающее крыло (бесхвостка)

В бесхвостых самолетов с малым взлетным весом имеются "остатки" фюзеляжа, который представляет обьединение кабины экипажа и мотогондолы.



Вертикальное оперение укреплено на конце фюзеляжа (I) или разнесено на концы крыльев (II). Вертикальное оперение, расположенное центрально, или заменяющие его концевые шайбы не являются, однако, обязательной принадлежностью схемы бесхвостого самолета. Роль руля направления могут выполнять элероны, установленные на отогнутых концах крыльев (III). Путевая устойчивость достигается применением положительной стреловидности крыла в плане. Рулями высоты служат закрылки, расположенные в средней части размаха и отклоняющиеся вверх и вниз.

Тяжелые самолеты с толстым профилем позволяют осуществить схему бесхвостого самолета, в котором фюзеляж совершенно отсутствует (III, IV). При достаточной строительной высоте крыла мотогондолы, кабина экипажа и пассажиров можно полностью разместить внутри крыла без всяких выступов на его поверхности.

Приемущества бесхвостой схемы наиболее ясно выступают именно в тяжелых самолетах: уменьшение сопротивления, уменьшение веса, устранение возможности вибрации и бафтинга хвостового оперения.

Особенность бесхвостых самолетов заключается в продольной устойчивости, балансировке, а также путевой устойчивости и управляемости в горизонтальной плоскости, достигаемых без хвостового оперения.

Кривые продольных моментов крыла относительно центра тяжести всего самолета изменяются в зависимости от положения центра тяжести по хорде крыла:



При центровках, превышающих 25% САХ одно крыло неустойчиво. Отсюда первое требование к центровке бесхвостого самолета: центр тяжести должен находиться впереди фокуса крыла, то есть центровка должна быть меньше 25% САХ. Только в этом случае одно крыло будет устойчиво во всем диапазоне летных углов атаки.

Второе условие: возможность балансировки на всех летных углах атаки или доведение до нуля. У профилей, имеющих отрицательную величину (вариант I на следующей схеме)



балансировка на каком либо из углов атаки достигается отклонением задней кромки крыла вверх. При этом очевидно происходит потеря подьемной силы вследствие уменьшения вогнутости профиля. ЕСли профиль имеет = 0(2) или >0(3), то балансировка хотя и достигается также отклонением вверх задней кромки крыла, но на меньшие углы и следовательно, сопровождается меньшей потерей подьемной силы.

Однако возможен и другой метод балансировки не только без потери подьемной силы, но даже при ее возрастании посредством управляемого переднего крылышка, дающего все время кабрирующий момент относительно центра тяжести самолета.



Эта схема позволяет механизировать часть или всю заднюю кромку крыла, что невозможно при других схемах в которых средняя часть размаха используется для установки рулей высоты, а концевые части - для элеронов. Механизация задней кромки при этих схемах невозможна, кроме того и принципиально, так как сопровождаетсязначительным увеличением и следовательно, требует еще большего отклонения рулей высоты вверх .

Вспомогательные несущие поверхности в бесхвостке Хендли-Пейдж укреплены перед крылом и могут свободно вращаться на своих осях, размещенных на линии, соответствующей положению их центра давления. Поверхности устанавливаются автоматически под определенным углом относительно потока и все время, независимо от углов атаки главного крыла создают кабрирующий момент, необходимый для балансировки. Одновременно имеется возможность изменения подьемной силы и следовательно величины момента, создаваемого этими поверхностями. На задней кромке имеются триммеры, разделенные на две части. Одна из частей каждой половины соединена со щитками а вторая управляется непосредственно летчиком. При одновременном отклонении вниз всех щитков главного крыла его центр давления перемещается назад, а пикирующий момент увеличивается. Триммеры при этом отклоняются вверх, вследствие чего угол атаки дополнительных поверхностей, их подьемная сила и кабрирующий момент соответственно увеличиваются, а балансировка восстанавливается. Вторые половины триммеров, соединенные с рукояткой, выполняют роль руля высоты. Поперечная управляемость достигается отклонением щитков главного крыла на разные углы.

Для уменьшения величины пикирующего момента крыльев бесхвостых самолетов применяют отрицательную геометрическую крутку при положительной стреловидности. (I на следующей схеме)



отрицательную стреловидность при положительной крутке концов крыла (II), отрицательную аэродинамическую крутку концов (III) и комбинацию отрицательной геометрической и отрицательной аэродинамической круток трапециевидных крыльев (IV). Во всех схемах, за исключением Хендли-Пейдж на концах крыльев подьемная сила понижается так же, как и общий максимальный коэффициент подьемной силы крыла.

Отличительной особенностью бесхвосток, за исключением схемы, предложенной Хендли-Пейдж, является малая нагрузка на крыло, которая не превышает 70 кг/м². Обьясняется это тем, что часть крыла из за отрицательной крутки или отклонения рулей вверх не имеет подьемной силы или имеет пониженную подьемную силу. Уменьшение гекометрической площади затруднительно вследствие малых величин максимального коэффициента подьемной силы и невозможности использования механизации крыла. Часть крыла, имеющая пониженную или отрицательную подьемную силу, тем не менее создает лобовое сопротивление. Таким образом бесхвостые схемы нельзя считать рациональными для скоростных самолетов вследствие большей площади крыльев.

Неприятной особенностью бесхвосток является также малая база между основными колесами шасси и третьей опорной точкой - передним или задним колесом.

При проектировании бесхвостого самолета должна быть исключена возможность изменения положения центра тяжести в полете. положение центра тяжести должно быть выбрано из условия требуемой меры продольной устойчивости и не должно выходить за пределы 1,5 - 5% хорды перед фокусом крыла.

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