AVmodels.ru - информация о моделях самолетов, моторах, аппаратуре радиоуправления
 
AVmodels.ru - модели самолетов
 

авиамоделизм - мир увлеченных

Главная
Авиамодели
Двигатели
Топливо
Воздушный винт
Статьи
Обратная связь
Каталог ссылок
Барахолка
Фотогалерея
Форум

  Главная > Модели > Разное > Поговорим о бипланах

Особенности самолетов с двумя крыльями.
Секреты бипланов.


Биплан
— самолёт с двумя несущими поверхностями (крыльями),
как правило, расположенными одна над другой.

Часть 2


Вынос одного крыла относительно другого.

Вынос крыла означает размещение одного крыла, обычно верхнего, перед другим. Вынос крыла не приносит заметной аэродинамической пользы, по крайней мере, в отношении подъемной силы и лобового сопротивления. Основным преимуществом для настоящих бипланов является то, что увеличивается область верхнего обзора пилота и улучшается доступ в кабину, так как его не преграждает верхнее крыло.

По тем же причинам часто используется небольшая прямая стреловидность и вырез в задней кромке верхнего крыла обычно полукругом перед кабиной пилота. Большой вырез в верхнем крыле наполовину хорды или больше дает очень плохой аэродинамический результат. Индуктивное сопротивление сильно увеличивается, даже если сохранен хороший аэродинамический профиль.

Вынос крыла считается положительным, когда верхнее крыло находится впереди, и отрицательным, когда выступает нижнее крыло. При положительном выносе верхнее крыло создает больший прирост подъемной силы, а нижнее — большее лобовое сопротивление при выходе на большие углы атаки, чем без выноса. Совокупный эффект - очень незначительное улучшение качества. Срыв потока на нижнем крыле из-за влияния верхнего наступает позже, увеличивается допустимый угол атаки крыла, что дает хороший результат - срыв потока на обоих крыльях становится более плавным и постепенным. Вынос крыла обычно измеряется в процентах хорды, на сколько одно крыло выступает вперед. Положительный вынос на 50% означает, что верхнее крыло выступает относительно нижнего на 50% хорды, или САХ, если у верхнего и нижнего крыла разные хорды. При положительном выносе на 50% максимальная подъемная сила увеличивается на 5%.

Без выноса нижнее крыло на больших углах атаки меньше участвует в создании подъемной силы, чем верхнее. После срыва потока нижнее крыло создает гораздо большую подъемную силу, чем верхнее. При положительном выносе крыла эта характеристика становится заметнее. Скошенный вниз поток от верхнего крыла удерживает поток воздуха у верхней поверхности нижнего крыла, и срыв потока на нем задерживается до достижения угла атаки 30° и выше. Нижнее крыло продолжает работать, как и его элероны, еще долго после срыва потока на верхнем крыле.

Положительный вынос не только немного увеличивает подъемную силу верхнего крыла, но также смещает вперед центр давления из обычного положения 22% САХ (для бипланов без выноса крыла) в положение 17-18% САХ при выносе крыла 50%. Это требует смещения центра тяжести вперед примерно на такое же расстояние.

При положительном выносе немного уменьшается угол атаки при нулевой подъемной силе, поэтому для компенсации, возможно, потребуется установка стабилизатора примерно на 0,5° носком вниз.

При полете "на спине" положительный вынос становится отрицательным. Обычно у большинства бипланов положительный вынос составляет 45-50%, поэтому разница в управлении нормальным и перевернутым полетом относительно небольшая. Так заход на выполнение бочки "на спине" более ровный, но скорость вращения при этом выше, что требует быстрой реакции от пилота.


Разница углов установки крыльев.

Рассмотрим, как углы установки крыльев, т. е. углы между хордами крыльев и продольной осью фюзеляжа, влияют на характеристики биплана.

Положительный угол установки верхнего крыла биплана приводит к созданию большей подъемной силы на нем и к задержке срыва потока на нижнем крыле при большем угле атаки, аналогично положительному выносу крыла. Но суммарный коэффициент максимальной подъемной силы от двух потоков несколько уменьшается, т. к. при достижении срыва на верхнем крыле нижнее крыло еще не достигает своего максимального угла атаки.

Отрицательный угол установки верхнего крыла биплана, хотя и используется реже, однако производит обратный эффект. Немного увеличивается максимальная подъемная сила. Теоретически, отрицательный угол установки крыла должен был бы уравнивать подъемную силу крыльев и уменьшать лобовое сопротивление, но это не было подтверждено экспериментально.

Положительный угол установки верхнего крыла, особенно когда используется с положительным выносом, приводит к появлению эффекта, который заключается в тенденции задирать нос биплана при повышении скорости. Это хорошо для учебно --тренировочного самолета, но не пригодно для пилотажного.

SpadXIII, 1917

На биплане с положительным выносом крыла большая часть поверхности нижнего крыла работает в скошенном потоке от верхнего крыла. При этом уменьшается эффективный угол атаки нижнего крыла и соответственно его подъемная сила. Положительный угол установки верхнего крыла увеличивает этот эффект. Основное преимущество положительного угла установки верхнего крыла биплана - более мягкий характер развития срыва потока. Но это может ухудшить штопорные характеристики самолета.

При отвесном пикировании, когда на крыльях нулевая подъемная сила, между ними, вследствие выпуклых смежных плоскостей, по закону Бер-нулли образуется разряжение. При этом происходит притягивание крыльев друг к другу с силой, которая может превышать вес самолета.

При горизонтальном полете нижнее крыло типичного биплана, летящего со скоростью примерно в четыре раза превышающей скорость сваливания, может нести почти всю подъемную силу, в то время как верхнее крыло "вообще не нужно". Если же увеличить угол атаки, верхнеекрыло интенсивно включается в работу и может развивать приблизительно на 10% большую подъемную силу, чем нижнее крыло.

Именно по причине взаимного притягивания крыльев биплана, часто в конструкции крыльев моделей бипланов используют вставные подкосы, не имеющие жесткого крепления с консолями, поскольку в полете они поджимаются аэродинамическими силами вследствие описанного эффекта. Зато такая конструкция позволяет I облегчить сборку биплана в полевых условиях, а также такие подкосы вряд ли вызовут повреждение крыльев при неудачных маневрах. Использование положительного угла установки крыла уменьшит притягивание и увеличит вероятность того, что подкосы выскочат в полете со своих мест. От этого защитит небольшой натяг (распорки делаются немного длиннее отведенного для них промежутка), который обеспечит сжатие распорок крыльями как пружиной.

Множество настоящих бипланов имеют положительный угол установки крыла, чтобы опустить носовую часть фюзеляжа в полете для лучшего обзора пилота. На модели положительный угол установки крыла несколько задирает хвост в полете. В процессе взлета хвост отрывается раньше, при этом теряется помощь хвостового колеса при взлете, таким образом, пока не набрана достаточная скорость, вполне вероятен неуправляемый разворот модели на земле. Чтобы этого избежать, лучше отказаться от установки крыльев с положительным углом, а также возможно поддерживать положение модели на трех точках при взлете с помощью руля высоты.


Применение закрылков на бипланах.

Вообще, закрылки относительно редки на бипланах. Дело в том, что нагрузка на крыло у бипланов обычно ниже, чем у монопланов, тем более, что качество биплана хуже, чем моноплана. Следовательно, бипланы менее нуждаются в закрылках.

Необходимо также отметить, что закрылки вообще плохо работают на верхнем крыле биплана. Опускание закрылка на верхнем крыле тормозит поток воздуха вдоль верхней поверхности нижнего крыла и, следовательно, уменьшает его подъемную силу. Если верхнее и нижнее крылья одного размера, то наличие закрылков только на верхнем крыле увеличит прирост максимальной подъемной силы на 35-40%, около двух третей от возможности моноплана. При этом для лучших результатов ход закрылка на верхнем крыле должен быть лишь немного больше половины хода закрылка на нижнем крыле биплана.

Если только одно крыло должно иметь закрылки, лучшим вариантом будет нижнее крыло. При этом возможно получить полный прирост подъемной силы примерно на 20%.


Трапециевидное крыло для биплана.

Трапециевидные крылья на настоящих бипланах, как правило, являются редкостью. Как известно, сужение крыла свободнонесущего моноплана может значительно сэкономить вес. Трапеция делает крыло более толстым у фюзеляжа, где изгибающий момент наиболее высок. Большая строительная высота крыла у корня позволяет сделать более легкий лонжерон для того же изгибающего момента. Трапециевидные крылья требуют меньшего усилия на ручку от шарнирного момента элеронов для обеспечения заданной угловой скорости крена, а также позволяют уменьшить рыскание, вызванное элероном. Из-за меньшего центрального осевого момента инерции, а также из-за меньшего демпфирования трапециевидного крыла увеличивается угловая скорость крена и маневренность. Вдобавок, несколько уменьшается лобовое сопротивление крыла, а подъемная сила увеличивается.

Биплан ДАР-3 Гарван III.

На большинстве больших бипланов расчалки несут основную долю нагрузки от изгибающего момента крыла. Поэтому на них нецелесообразно делать дорогостоящую конструкцию трапециевидного крыла, несмотря на то, что трапеция теоретически позволила бы использование более тонких и, соответственно, оказывающих меньшее сопротивление расчалок. Выигрыш от их использования был бы очень мал. Но, тем не менее, трапециевидное крыло все же выгодно и на биплане. Трапеция дает для бипланов те же преимущества, что и для монопланов, в том числе более высокую угловую скорость крена при меньшей потребной мощности машинок, не говоря уже об уменьшении веса конструкции.

Необходимо помнить, что для трапециевидного крыла существует проблема концевого срыва, который может привести к сваливанию на крыло с последующим штопором. Концы трапециевидных крыльев, из-за их меньшей хорды, работают при более низком числе Рейнольдса, чем более широкие хорды у фюзеляжа. Законцовки также находятся в зоне с меньшим скосом потока вниз, что несколько увеличивает их эффективный угол атаки. А это может привести к концевому срыву потока при угле атаки примерно на половину градуса ниже, чем для крыла с постоянной хордой, при условии, что аэродинамический профиль является постоянным по всей длине крыла. Эту проблему можно частично решить для трапециевидного крыла, если применить профиль с постоянным радиусом передней кромки по всему размаху. В результате профиль передней кромки крыла получается с пропорционально растущим радиусом от корня к законцовкам. Такой прием позволяет увеличить угол атаки на концах крыла до срыва примерно на половину градуса. Но это при условии того, что законцовка остается в сверхкритической области.

Другой прием для уменьшения вероятности концевого срыва - это применение геометрической крутки законцовок на один - два градуса вниз. Особенно эта мера оправдана с точки зрения сохранения эффективности элеронов вплоть до срывных углов, так как рули гарантированно работают на меньших углах атаки. Но это справедливо лишь для не акробатических бипланов, для которых геометрическая крутка сыграет плохую службу при обратном пилотаже. Для "акробатов" как раз целесообразно отказаться от всех круток и ненулевых установочных углов крыла, как, впрочем, и сильно выраженного выноса.

Что касается конструкции, то для трапециевидного крыла целесообразно использование коробчатых суживающихся лонжеронов, вместо классических, с постоянным сечением, из двух полок и стенки. К тому же такое решение более оправдано с точки зрения того, что на биплане лонжерон в силу наличия бипланной коробки воспринимает меньший изгибающий момент. Такое решение имеет главным плюсом выигрыш в весе, а также улучшение инерционных характеристик. В сочетании с бипланными стойками и расчалками это позволит сделать оптимальную по весу и прочности конструкцию.


Элероны на биплане.

Самым простым решением является использование на биплане двух элеронов по всей задней кромке на нижнем крыле. При этом они должны отклоняться на достаточно большие углы. Но, оказывается, даже при увеличении угла отклонения элеронов вплоть до 45° это не обеспечивает достаточной угловой скорости крена для выполнения фигур высшего пилотажа. Полный расход элеронов приводит к чрезмерному рысканью и значительному торможению. Для комфортного пилотажа и хороших летных характеристик биплану необходимы четыре элерона.

Можно было бы предположить, что два элерона двойной ширины легко заменят четыре более узкие, но это далеко не так. Опускание элерона на нижнем крыле биплана уменьшает давление не только на верхней стороне нижнего крыла, но также и на большей части нижней стороны верхнего крыла, вдоль которой расположен элерон. Это пониженное давление уменьшает подъемную силу верхнего крыла и тянет его вниз, противодействуя вращению. Результат такой же, как при попытке управлять автомобилем только одним передним колесом, когда другое колесо заблокировано от поворота. Таким образом, оптимальным вариантом является использование четырех элеронов на биплане, отклонять которые можно не на такие большие углы, как если бы их было только два. Это также улучшает условия их работы и меньше сказывается при создании вредного торможения и моментов рысканья от элеронов. А также получаем дополнительное преимущество - четыре элерона требуют в два раза меньшие усилия, прилагаемые машинкой для обеспечения заданной угловой скорости крена, что позволяет уменьшить вес аккумулятора и машинок.

Для смещения центра давления ближе к линии тяги целесообразно сделать отклонение элеронов нижнего крыла несколько больше, чем у верхнего. Это позволит выполнять более ровные бочки и уменьшит перекрестную связь с каналом рысканья.

Тем не менее, маленькие бипланы могут вполне сносно обходиться и двумя элеронами. Четыре элерона вам потребуется при размахе крыла более 1200 мм, чтобы достичь угловой скорости крена, подходящей для высшего пилотажа без чрезмерного рыскания и торможения. А такой размах имеют практически все бипланы с ДВС.

Бипланы, у которых верхнее и нижнее крыло существенно разного размера, имеют меньшую потребность в четырех элеронах. По мере уменьшения размеров меньшего крыла без элеронов его сопротивление вращению по крену резко снижается. Но если одно крыло имеет меньшую длину, то для лучшей эффективности его хорда должна быть пропорционально уменьшена, чтобы соответствовать уменьшенной длине крыла и не создавать дополнительное индуктивное сопротивление.


Поперечное V крыльев биплана.

Угол поперечного V крыла для биплана имеет тот же смысл, что и для моноплана. Если мы хотим обеспечить необходимую боковую устойчивость биплана, то должны сделать небольшой положительный угол V на обоих крыльях.

Часто на практике делают верхнее крыло биплана прямым, а угол V только на нижнем крыле. Такая конструкция с одной стороны достаточно технологична, а с другой стороны обеспечивает хорошую боковую устойчивость.

Однако для чисто пилотажных бипланов целесообразно делать нулевые углы поперечного V на обоих крыльях. При этом модель становится нейтрально устойчивой и приобретает единообразие управления в прямом и перевернутом полете.

Но есть еще другой вариант. Можно использовать небольшое поперечное V, близкое к 1,5° на нижнем крыле, и почти такую же величину отрицательного поперечного V на верхнем крыле. Это дает в конечном результате почти нулевой эффект поперечного влияния, как если бы оба крыла были с нулевым поперечным V. При отсутствии угла V на нижнем крыле оно имеет не очень красивый, "провисший" вид. Лучше использовать для "акробатов" комбинацию положительного поперечного V и отрицательного поперечного V обоих крыльев. А как дополнительное преимущество - это дает более высокое расположение законцовок крыла над поверхностью земли.

Часть 1.


По материалам статьи К. Ристина "Секреты бипланов"
из журнала "Model Airplane News"

Обсудить на форуме

Ваша реклама



Copyright © 2007-2017 «AVmodels.ru»
Использование материалов сайта разрешается только с указанием ссылки на первоисточник.