Схемы утка и тандем

Утка

Схема утка была приенена на первых планерах и самолетах братьев Райт. Особенность схемы заключается в размещении горизонтального оперения перед крылом. В отличии от обычных схем оперение утки все время имеет положительную подьемную силу.

Приемущество схемы заключается в невозможности срыва потока на крыле. При увеличении угла атаки срыв потока наступает прежде всего на горизонтальном оперении, вследствие чего самолет автоматически опускает нос и переходит на малые углы атаки.

Управляемость в продольном направлении достигают изменением величины положительной подьемной силы горизонтального оперения. Для обеспечения продольной устойчивости горизонтальное оперение должно быть установлено под положительным углом относительно хорды крыла, а центровка должна быть более передней, чем при обычной схеме.

Путевой устойчивости и управляемости достигают посредством вертикального оперения, размещенного в хвостовой части фюзеляжа или на концах крыла в виде шаиб.



При установке толкающих винтов количество частей самолета, попадающих в струю от винта минимально или же может быть сведено к нулю, что уменьшает возможность появления волнового кризиса и указывает на выгодность схемы для скоростных самолетов.

Необходимым условием применения схемы утка является установка трехколесного шасси, которое исключает возможность капотирования, а также обеспечивает путевую устойчивость при разбеге и пробеге и максимальное использование тормозов.

Основной недостаток утки заключается в том, что при срыве потока с горизонтального оперения в момент посадки и резком опускании носа удар о землю передним колесом значительно сильнее чем при нормальной схеме.



Тандем

Особенность тандемной схемы заключается в двух крыльях, расположенных одно за другим. ДЛя обеспечения продольной устойчивости и уменьшения потерь максимального коэффициента подьемной силы всей тандемной комбинации вследствие взаимного влияния необходимо, чтобы переднее крыло было установлено под положительным углом атаки по отношению к хорде заднего крыла.
,br>

Центр тяжести при тандемном расположении ориентируют относительно расстояния между фокусами переднего и заднего крыльев. ПРи одинаковых крыльях центр тяжести приходится размещать примерно у задней кромки переднего крыла. Центровка, отнесенная к переднему крылу при тандемном расположении, должна быть более задней чем у обычной схемы.

Срыв потока и критический угол переднего крыла в тандемной комбинации наступают всегда раньше, чему заднего крыла, имеющего меньший угол установки и кроме того, находящегося в потоке, скошенном передним крылом. При потере скорости после срыва потока с переднего крыла самолет переходит не в штопор а в пикирование. Это обстоятельство в некоторых случаях служило основным доводом в пользу тандемного размещения крыльев.

Поперечная управляемость обеспечивается элеронами, установленными на обоих крыльях. Как показали результаты испытания планеров, работа элеронов в этом случае исключительно эффективна, не смотря на меньшее плечо по сравнению с обычным крылом. В некоторых схемах элероны размещались только на заднем крыле, срыв потока на котором наступает позднее.

Элероны можно использовать для обеспечения продольной управляемости, причем при отклонении ручки управления от себя и на себя элероны переднего и заднего крыльев должны отклоняться одновременно на одном крыле вверх а на другом крыле - вниз. Рулями высоты могут служить закрылки, размещенные между элеронами и отклоняющиеся не только одновременно вниз, но и в разные стороны.

Для обеспечения путевой устойчивости и управляемости служит нормальное вертикальное оперение или концевые шайбы на заднем крыле.



Концевые шайбы лучше, так как они позволяют повысить эффективность заднего крыла.

При малых углах атаки минимальный коэффициент сопротивления заднего крыла меньше, чем того же изолированного крыла.



На больших углах атаки коэффициент сопротивления заднего крыла в тандемной комбинации больше, а коэффициент подьемной силы меньше, чем у изолированного крыла. Для повышения эффективности заднего крыла весьма рациональна установка разнесенного вертикального оперения.

При тандемной комбинации на большом диапазоне летных углов атаки коэффициент сопротивления меньше, чем у эквивалентного монопланного крыла.



Если учесть, что в нормальной схеме сопротивление увеличивается еще горизонтальным оперением, то при устранении дополнительной интерференции между задним крылом и фюзеляжем тандемное расположение может оказаться более выгодным для скоростного самолета.

Основными достоинствами тандемного расположения является меньшее сопротивление, возможность применения профилей с меньшей относительной толщиной, повышенная поперечная управляемость, меньший разнос масс по поперечной оси.

К недостаткам тандемного расположения относятся необходимость усиления фюзеляжа при работе на кручение и разнос масс в направлении продольной оси.

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