- Авиация ✈️ и ее уроки для нас. Истории и подробности.
Этот вопрос меня раньше занимал, но как-то не столь серьезно, чтобы разбираться. Ну, делают так, значит, надо. Поэтому отдельное спасибо всем читателям и подписчикам за ваши вопросы, которые и меня вдохновляют на изучение новых тем. Это интересно!
Скажу сразу, я не авиатор, но инженер. Моя область - ракетная, а не самолетная. Поэтому в самолетных темах я просто любитель. Если буду допускать ошибки, всегда рад вашим комментариям, исправлениям.
Итак, схемы, по которым создаются самолеты, можно разделить на три:
- Низкоплан (самая популярная)
- Среднеплан (частая в военной авиации)
- Высокоплан (менее популярная)
Вот как это выглядит:
Оставим среднепланы сегодня "за кадром". Хотя образец Breguet-763 смотрится очень нестандартно, и впервые я о нем узнал только сегодня, и стоит с ним познакомиться поближе. Схема среднеплана стала конструкционно возможной для него потому, что самолет двухпалубный, и центроплан находится между первой и второй палубами, минимально занимая полезное пространство внутри самолета. А вообще схема "среднеплан" популярна для истребительной авиации.
А вот у высокопланов и низкопланов на фотографиях вы видите характерный угол между крылом и горизонтальной плоскостью. Высокопланы "опускают" крыло, а низкопланы "поднимают".
Все дело в управляемости и устойчивости. Именно из этих соображений делают "опущенные" или "поднятые" крылья.
Прежде, чем перейти к схемам и объяснениям, давайте убедимся, что форма крыла повторяется и на других самолетах. Вот вам Як-40 и Ил-76:
Чтобы понять эту тему давайте посмотрим на то, как поток набегающего воздуха обтекает крыло летящего самолета:
Простите за небрежный рисунок, но в интернете не нашел того, что бы мне подходило. Если вы посмотрите на верхнюю дугу обтекания, которая ближе всего к крылу, то явно видно, что она на сколько-то длиннее "нижнего пути", который почти горизонтальный. То есть скорость потока над крылом больше его скорости под крылом. А теперь, если вы не знакомы с темой, просто поверьте в неочевидное: там, где скорость больше, давление меньше! Это вывод из уравнения Бернулли, которым я не буду вас утомлять. Но дома вы можете проделать простой опыт. Взять два листа бумаги в обе руки, расположить их вертикально примерно параллельно друг другу, и дунуть между ними. Вы увидите, что дуновение не разведет их в стороны, а, наоборот, приблизит. Значит, когда вы дуете, давление движущегося воздуха меньше давления покоящегося воздуха по обе стороны от листов бумаги.
Итак, чтобы самолет летел, крыло должно иметь такой профиль, чтобы путь потока по верхнему пути был длиннее, а, значит, скорость по верхнему пути должна быть больше (это следует из того, что воздух в пространстве около крыла неразрывен). Благодаря этому нижнее давление больше (воздух давит на крыло вверх сильнее), а верхнее меньше. Эта разница давлений, умноженная на площадь крыла, и дает эффект подъемной силы.
Все. Теперь переходим к нашей теме.
Если мы посмотрим на то, как высокоплан и низкоплан реагирует на боковое возмущение и вращающий момент, то вот что обнаружим:
Боковой порыв слева снизу-вверх на рисунке наклоняет оба самолета. Но, поскольку у высокоплана центр тяжести выше центра крыла, возникает вращающий момент, который еще более усиливает крен, самолет становится неустойчивым. А центр тяжести низкоплана находится ниже центра крыла, поэтому он, наоборот, возвращает самолет в горизонтальное положение. С одной стороны, это хорошо. С другой, мы можем сделать вывод, что и маневренность у высокоплана в разворотах и кренах будет ниже. Но описанная ситуация - это лишь само "возмущающее воздействие". Важнее то, что за ним последует. Поскольку самолет переходит в "скольжение на крыло", так как в целом при крене несколько снижается сила тяжести, я изображу это так:
В ситуации скольжения вправо-вниз возникает относительный поток ветра справа-снизу - влево-вверх. Здесь "плюсами" я условно изобразил избыток давление по сравнению с атмосферным, а "минусами" - недостаток или низкое давление. У низкоплана при этом из-за того, что фюзелляж "тормозит" поток ветра, повышается давление над крылом, что (вспомним Бернулли!) уменьшает справа подъемную силу. Кроме того, из-за того, что левая часть крыла в "тени" этого относительного "ветра", над ней остается низкое давление и получается еще больший момент давления (М с индексом "д" на рисунке), который стремится усилить крен. Чтобы управлять самолетом в этой ситуации нужно дополнительное воздействие на элероны.
А вот у высокоплана (справа) все наоборот. Тормозящийся фюзелляжем воздух увеличивает подъемную силу справа, а аэродинамическая тень слева чуть уменьшает давление под крылом, поэтому самолет еще сильнее стремится вернуться в изначальное горизонтальное положение.
В принципе высокоплан хорош в плане устойчивости, и можно не добавлять эти "приопущенные" крылья, но их делают для улучшения маневренности. А в случае с низкопланами они очень здорово решают все вопросы. Вот, смотрите:
Для приподнятых крыльев низкоплана и опущенных высокоплана центр тяжести самолета оказывается на "хорде" между краями крыльев и поворачивающие моменты от силы тяжести практически сводятся к нулю. Кроме того из-за такого расположения крыла, левая часть крыла низкоплана находится в аэродинамической тени, и там несколько снижается сила тяжести, а правая часть, наоборот, "тормозится" об поток воздуха (поперечного, от скольжения) и сила давления (и подъемная сила) увеличивается. Возникает возвращающий момент к горизонтальному положению.
У высокоплана в принципе ситуация кардинально не меняется, но управляемость (маневренность) в крене становится выше, а картинка разницы давлений в правой части крыла несколько меньше, чем в случае с прямым крылом.
Вообще у низкопланов и высокопланов в целом очень разный набор "плюсов" и "минусов". Но, судя по ходу истории, низкопланы, все-таки, в случае с пассажирской авиацией выигрывают. :) Напоследок - вот наш МС-21, тоже низкоплан.
Вот такая интересная история о крыльях. :)
А если говорить об уроках для жизни, то первая мысль у меня вот про что. Любой самолет, да и вообще любое инженерное изделие - это набор компромиссов. Поэтому инженер-перфекционист - это не инженер, а просто неадекватный человек. Мы миримся с теми законами, которые работают на Земле. Мы миримся с ограниченностью технологий. И при этом включаем творчество как можно больше. И низкоплан, и высокоплан имеют недостатки? Отлично! Делаем низкоплан, и исправляем его недостатки геометрией крыла! Либо делаем высокоплан, и исправляем его недостатки соответственно.
Так и в жизни. Вы всегда можете выбрать одно или другое решение. У каждого будут плюсы и минусы. Просто примите это. И потом исправляйте минусы на то, что хочется. :) Как-то так.
Пожалуй, на этом уже все на сегодня.
Расскажите, пожалуйста, удалось ли мне понятно рассказать? Какие остались вопросы?
Если я где-то неточен, то тоже делитесь, пишите в комментариях!
До встречи в следующих статьях!
Поскольку ДЗЕН показывает не все статьи, заходите в мой канал СЮДА!
