Почему самолетам делают большой киль?

U235> Бедный Женя даже не знает, что во-первых все эксперименты с крылом обратной стреловидности на более-менее больших самолетах провалились из-за подверженности этого крыла сильным колебаниям. Побороть эту проблему так толком и не удалось и теперь мы его можем видеть только на крылатых ракетах и небольших планерах и самолетах

Ничего там не провалилось.
Я вообще начинал изобретать TRJ с ТВД и прямым крылом. Но с ТВД у меня не выходил нужный уровень комфорта и были потери на обдув. Перешел на ТРДД, значит надо летать высоко и быстро, крыло понадобилось стреловидное. Потом у меня не компоновался самолет. Потом возникла в голове эта схема и все сразу улеглось на свои места.

Придумав такой девайс я полез в инет смотреть например ньюансы по КОС, ну и вообще, что на этот счет говорит мировой опыт.

Ну а когда знаешь чего ищешь то ищется веселее, короче интернет сразу выплюнул мне два самолета:

Beechcraft_Starship от товарища Рутана:


и творение сумрачного немецкого гения:
Hamburger Flugzeugbau HFB-320 Hansa_Jet

Вот он родимый - пассажирский среднеплан с крылом обратной стреловидности. Лонжерон проходит за салоном, никто не стукается об него головой. И ничего там не отваливается.
А с конструкциями из карбона и современными жесткими сотами сделать надежное КОС куда легче, чем сделать из металла, как немцы.

Как обычно, всё оказалось украдено до нас. Но это меня не огорчило. Значит я шел правильным путем. Всё реально.

TEvg-2> Ну а когда знаешь чего ищешь то ищется веселее, короче интернет сразу выплюнул мне два самолета:

Оба - малоудачные проекты выпущеные серией всего около 50 самолетов. И оба - бизнес-джеты, а не коммерческие региональники. Так что тебе, в общем-то уже намекает, что ни к чему хорошему ты таким путем не придешь. Тут серьезные люди потоптались и особых успехов не снискали

TEvg-2>

Продолжай, не останавливайся!

U235> В общем, Женя, региональник на 18 мест выглядит вот так

Два мотора. По мотору на 9 рыл. Ах это прелестно. Внутри у народа небось зубы стучат. Я во всяком случае на Ан-24 летал и запомнил как это выглядит. Не удивлюсь если и летуна два.
А у меня - в любую точку галактики за 10 минут.

U235> Посмотри и поучись на его примере, как делать самолете. Все конструкторские решения на нем полностью обусловлены экономикой, аэродинамикой и прочими суровыми реалиями нашего мира.

Экономику и аэродинамику я нарисовал. Так что остались прочие суровые реалии.

Надеюсь щас ты мне выдашь документы, что типа два мотора, два пилота, иначе verboten.

TEvg-2> Надеюсь щас ты мне выдашь документы, что типа два мотора, два пилота, иначе verboten.

Читай соответствующие документы FAA, EASA и МАК. Пассажирский самолет обязан не только продолжать полет с одним отказавшим двигателем и полной нагрузкой, но даже обязан успешно совершить взлет при отказе двигателя во время него. Естественно что с одним двигателем ни то, ни другое, невозможно. По современным сертификационным требованиям один мотор допускается на пассажирским самолетах с вместимостью не более 9 мест.

TEvg-2> Два мотора. По мотору на 9 рыл. Ах это прелестно. Внутри у народа небось зубы стучат. Я во всяком случае на Ан-24 летал и запомнил как это выглядит. Не удивлюсь если и летуна два.

ниче не стучат...убойный самолёт для МВЛ, летуна 2 а вообще 3 человека экипаж - юнга летит сзади - багаж грузит и всё такое бегает за пивом для пилотов
единственно на переднем пассажирском ряду шумновато - винты прям в плоскости ушей

TEvg-2> с конструкциями из карбона и современными жесткими сотами сделать надежное КОС куда легче, чем сделать из металла

ага, легче. Верим-верим.
которое десятилетие с этим уже трахаются, не выходит каменный цветок.

TEvg-2> TRJ представляет собой одномоторный среднеплан схемы утка, с высоко расположенным передним горизонтальным оперением.

Вот буржуйский аналог компоновки, который реально летает. И таки да, лонжерон за задней переборкой пассажирской кабины.

Но конечно никто не позволит летать на 1 моторе. В Европе это в принципе запрещено над городами (из-за чего даже их фото-платформы вынуждены использовать что-то вроде Cessna-310), а в США запрещено для самолётов транспортной категории. Что интересно, определение позволяет иметь НЕ-транспортный самолёт с пропеллером до 18 пассажиров (как раз!), но с реактивным двигателем только 9, так что опять промах.

U235> В общем, Женя, региональник на 18 мест выглядит вот так

Именно. Хотя в американских условиях без наддува кабины не обойтись - горы кругом, и через погоду нужно переходить поверху. Поэтому у нас вот такая техника зачастую:

Заметим однако, что и тот и другой по экономическим соображениям силько уступают фантазии TVEng-2 в скорости. Он хочет 750 км/ч, а тут 520 км/ч.

U235> Твое решение с уткой и КОС приводит к тому, что самолет будет стоить еще больше из-за требующейся дорогущей и многократно дублированной ЭДСУ, вместо того чтоб просто сделать тросовую проводку от рулей к штурвалу и педалям, как на всех машинах этого класса и размерности.

При необходимой жёсткости и соблюдении центровки "утка" прекрасно управляема ручным управлением. Статическая устойчивоть по тангажу будет, проверено. Так что я думаю, что это ты зря. Вот что его сильно ударит, так это отвратительные взлётно-посадочные характеристики, что для регионального самолёта немаловажно. Закрылки для "утки" требуют развитой механизации ПГО. TVEng-2 нарисовал автоматические предкрылки, но это даже не близко к необходимому. Из-за необходимости обеспечить статическую устойчивость, о которой я упомянул выше, угол установки ПГО больше, чем у основного крыла.

U235> Плюс стоимость безбожно задерется из-за очень дорогого композитного крыла (из метала хрен сделаешь крыло требуемой жесткости). Плюс, как я уже сказал, вес и малый внутренний объем такого крыла все остальные характеристики вних потянут

Можно было элементарно сделать длинную хорду у корня, как у Рутана. Главный лонжерон всё равно за кабиной.

В общме-то ясно, зачем тут отрицательная стреловидность. Человеку хочется получить среднеплан без массивного обтекателя как на Феноме.

А между тем, решение на поверхности: высокоплан. У него итерференции не будет, можно вообще без обтекателя, как на Экстре-500:

zaitcev> А между тем, решение на поверхности: высокоплан. У него итерференции не будет, можно вообще без обтекателя, как на Экстре-500

Высокоплан не бьется с уткой. ПГО надо ставить выше основного крыла, иначе крыло будет попадать в поток помятый ПГО. А куда же выше, если крыло и так на самом верху? Вот и получается, что крыло надо опускать хотя бы на середину. А там лонжерон мешает, сделали КОС - лонжерон ушел назад и настало всем щастье.

TEvg-2> Высокоплан не бьется с уткой.

А мужики-то не знают!

TEvg-2> Высокоплан не бьется с уткой.
Да, но схема "утка " имеет больший C_х именно за счет того, что горизонтальное оперение создает положительную подъемную силу. Хотя потери на балансировку отсутствуют, но качество в сумме все равно ниже. Однако все ЛА с приличным качеством строят по классической схеме, "утку" применяют, когда нужна маневренность.
Очень хорошо видно на примере ракет "воздух-воздух" (а там, блин, каждый грамм и процент считают). Дальнобойные (где качество важно, возможен достаточно большой пассивный участок полета) - практически всегда классической схемы, ближнего боя (важна маневренность, пассивного участка может вообще не быть) - частенько "утки".
Я по образованию конечно не аэродинамик, а двигателист, но и в студенческие годы и в КБ с корпусниками-аэродинамиками и в курилке и за "банкой чая" достаточно эти темы обсуждал. Так по их словам, никто в здравом уме дальнобойный аппарат с суровыми требованиями к экономичности по схеме "утка" строить не будет.

Monya> Да, но схема "утка " имеет больший C_х именно за счет того, что горизонтальное оперение создает положительную подъемную силу.

Можно еще вспомнить "Илью Муромца", который был на самом деле тандем, т.е. хвостовое оперение создавало подъемную силу.Без ЭДСУ, так как медленный и инерционный и неустойчивость невелика.Как бы не единственный по такой схеме.


Заменой килю, как известно, являются элероны или спойлеры : рыскание компенсируется в хороших случаях поворотом с креном, а в плохих - тормозящим моментом от спойлеров.Наверное, невыгодно, иначе хотя бы на транспортниках было.Есть только на B-2 и ему подобных.

digger> Заменой килю, как известно, являются элероны или спойлеры : рыскание компенсируется в хороших случаях поворотом с креном, а в плохих - тормозящим моментом от спойлеров.
Как бы да, но не так, чтоб совсем . Весьма хреновенько работает на больших углах атаки, а может и вообще не работать.
Вот режим взлета модели планера на леере - без киля и руля управления при порывистом ветре и не дай бог немного боковом - задача практически нерешаемая.
ЗЫ: Понятно, что B-2 в таких режимах не летает, естессвенно.

digger> Заменой килю, как известно, являются элероны или спойлеры : рыскание компенсируется в хороших случаях поворотом с креном, а в плохих - тормозящим моментом от спойлеров.Наверное, невыгодно, иначе хотя бы на транспортниках было.Есть только на B-2 и ему подобных.

Спойлеры они же интерцепторы, стоящие в корневых участках крыла. При их задействовании убивается подъемная сила, сопровождаемая потерей высоты.
На режимах взлета и посадки самое оно!

digger> Можно еще вспомнить "Илью Муромца", который был на самом деле тандем, т.е. хвостовое оперение создавало подъемную силу. Без ЭДСУ, так как медленный и инерционный и неустойчивость невелика. Как бы не единственный по такой схеме.

У многих самолётов хвост создаёт положительную подъёмную силу во всём диапазоне допустимых центровок. У старой Бонанзы с У-образным хвостом так, например. На Цессне 172 хвост создаёт подёмную силу в ограниченном диапазоне центровок, хотя при полёте в качестве тренировочного, с 2-мя душами на борту, он давит вниз.

Ключевой момент тут в том, что устойчивость определяется разницей менжду углом атаки передней и задней поверхности, причём передняя поверхность должна именть больший угол атаки. Соответственно, если у самолёта нормальной схемы угол атаки крыла достаточно велик, стаблилизатор может лететь с положительным углом атаки и создавать подъёмную силу (как у "Ильи Муромца"). При этом стабильность - то есть насколько энергично самолёт будет стремиться вернуться в триммированное положение - пропорциональна разнице между этими углами.

Насколько мне известно, большинство современных авиалайнеров используют хвосты с незначительным позитивным моментом, в целях экономии топлива. Хотя на практике, как и Цессна, он может лететь и так, и так - в зависимости от того как багаж ляжет и пр.

Почему-то этот казалось бы элементарный момент вызывает недоверие, и большинство авиаторов убеждены, что хвост всегда давит вниз. Джон Денкер поставил такой эксперимент. Он прикрепил к кончикам стабилизатора на Цессне ленточки. Они попадают в концевой вихрь и в полёте вращаются по спирали, как у гимнасток. Соответственно, меняя расположение ЦМ, он добивался их вращения в обе стороны, демонстрируя таким образом, что хвост создаёт негативную подъёмную силу когда 172-й тяжёл на нос, и позитивную подёмную силу, когда в багажнике что-то лежит. Жать никто с тех пор не сделал видео для Ютюба.

101> Спойлеры они же интерцепторы, стоящие в корневых участках крыла.
Спойлеры стоят как раз НЕ в в корневых участках крыла, а в его средних частях, не у корня и не у элеронов, причём они многозвенные. Внешние звенья могут подниматься независимо, внутренние - синхронно. От несимметрично поднятых внешних спойлеров поворачивающий момент ого-го.

zaitcev> Насколько мне известно, большинство современных авиалайнеров используют хвосты с незначительным позитивным моментом, в целях экономии топлива. Хотя на практике, как и Цессна, он может лететь и так, и так - в зависимости от того как багаж ляжет и пр.
Ну вообще-то это понятно и так. При смещении центровки назад возникает кабрирующий момент, который необходимо парировать увеличением угла атаки стабилизатора. Учитывая, что он и так достаточно небольшой, то вполне возможно, что при компенсации стабилизатор выйдет на плюсовые углы атаки.
Но ЛА в таком режиме уже может оказаться и статически неустойчивым. Хотя для современных ЭДСУ это не проблема.
ЗЫ: В принципе для квалифицированного пилота тоже

Monya> Ну вообще-то это понятно и так.
Я бы так не сказал!
Monya> При смещении центровки назад возникает кабрирующий момент,
а с чего собственно??? Ц.т. должен быть впереди ц.д. ПО-ЛЮБЭ!!! Т.ч. никакого кабрирующего момента НЕ возникает!
Monya> который необходимо парировать увеличением угла атаки стабилизатора.
вот так сразу именно перестановкой стаба, и даже не р.в.
Monya> Но ЛА в таком режиме уже может оказаться и статически неустойчивым.
Не может оказаться, а однозначно станет!

Aurum> а с чего собственно??? Ц.т. должен быть впереди ц.д. ПО-ЛЮБЭ!!! Т.ч. никакого кабрирующего момента НЕ возникает!
Кабрирующий момент может возникнуть при так называемой "задней центрове" (ЦТ достаточно близко (хоть и впереди) ЦД, но не обеспечивает статической устойчивости) просто от внешних возмущений. Для реальных самолетов не скажу, а вот для моделей с ламинарными профилями при расстоянии ЦТ ближе, чем 0,05 САХ от ЦД статическая устойчивость уже не обеспечивается. Самолеты не пилотировал, не скажу, а вот при управлении моделью с задней центровкой реально приходится отдавать тример от себя, еще и не всегда хватает, ручкой приходится добавлять, чтоб погасить стремление задрать нос. Такое иногда случалось при ошибках балансировки (ну типа много балласта вытащил после упражнения на скорость по запарке или центровку перекомпенсировал). Конечно, реально углы не мерял, но судя по тому, что ход триммера обеспечивал перестановку стабилизатора в пределах ± 1 градус, а его не хватало, то стаб явно на положительные углы вылезал.
Ну и есть еще самолеты неустойчивой схемы. Вот ролик выкладывал в этом посте: Почему самолетам делают большой киль? [Monya#01.02.17 23:05], так там модели 3D пилотажек практически всегда статически неустойчивы (ценровка задняя) - иначе такой маневрености не получить.
Да и еще истребители так частенько делают. Вот, к примеру из МАИевской методички:

Самолеты с заранее заданной статической неустойчивостью обладают повышенной маневренностью, что обуславливает целесообразность использования неустойчивых аэродинамических схем на боевых маневренных самолетах, то есть на истребителях различных типов. Одной из наиболее удачных статически неустойчивых аэродинамических схем является схема, в которой горизонтальное оперение (далее ГО) выносится перед крылом, то есть схема самолета с передним горизонтальным оперением (далее ПГО).

 

Так что статическая устойчивость - не догма , как следствие и расположение центров масс и давлений (относительное) соответственно.
Monya>> который необходимо парировать увеличением угла атаки стабилизатора.
Aurum> вот так сразу именно перестановкой стаба, и даже не р.в.
Можно и руля высоты - суть одна. Стабилизатор может и цельноповоротным быть. Это частности.
Monya>> Но ЛА в таком режиме уже может оказаться и статически неустойчивым.
Aurum> Не может оказаться, а однозначно станет!
Ну да, согласен, только я кабы, мякшее, что-ли хотел

TEvg-2>> Высокоплан не бьется с уткой.
V.Stepan> А мужики-то не знают!
V.Stepan> http://propjet.ucoz.ru/_fr/0/6713123.jpg

МиГ-8 я рассматривал не раз. Да, я знаю что он успешно летал. Но когда самолет с такой компоновкой идет с большим углом атаки, например на посадке, то поток сходящий с ПГО попадает на основное крыло. Может для МиГ-8 этот режим и не был критичным, но мне он не понравился и я решил его не допускать.

TEvg-2>> Высокоплан не бьется с уткой.
Monya> Да, но схема "утка " имеет больший C_х именно за счет того, что горизонтальное оперение создает положительную подъемную силу. Хотя потери на балансировку отсутствуют, но качество в сумме все равно ниже.

Нет, качество утки выше. И только поэтому я её выбрал. Качество во что бы то ни стало, только так можно сделать мелкий самолет с приемлимой экономичностью.
Если ПГО утки и создает больше Сх, чем стабилизатор классики, то утка создает ещё и подъемную силу, что позволяет уменьшить подъемную силу крыла, а значит снизить Сх крыла. Общий баланс будет за уткой. А в классике крылу приходится работать и за себя и за стабилизатор и Сх крыла возрастет больше разницы Сх ПГО - Сх стаб.

Monya> Я по образованию конечно не аэродинамик, а двигателист, но и в студенческие годы и в КБ с корпусниками-аэродинамиками и в курилке и за "банкой чая" достаточно эти темы обсуждал. Так по их словам, никто в здравом уме дальнобойный аппарат с суровыми требованиями к экономичности по схеме "утка" строить не будет.

После Вояджера Рутана слышать такое прямо неловко. Впрочем припоминаю, что когда Вояджер существовал еще на картинке, те же товарищи говорили, что Рутан дурак и его надо держать в дурдоме.

TEvg-2> МиГ-8 я рассматривал не раз. Да, я знаю что он успешно летал. Но когда самолет с такой компоновкой идет с большим углом атаки, например на посадке

На посадке нормальный угол атаки, а не большой.

TEvg-2> поток сходящий с ПГО попадает на основное крыло.

Я предлагаю отменить все расчёты и продувки в трубах, Женя на глаз меряет ЭПР определяет все данные по обдуву

TEvg-2>> МиГ-8 я рассматривал не раз. Да, я знаю что он успешно летал. Но когда самолет с такой компоновкой идет с большим углом атаки, например на посадке
V.Stepan> На посадке нормальный угол атаки, а не большой.

На посадке УА максимально большой, который нормально допускает самолет. Так обеспечивается максимальная подъемная сила, что позволяет уменьшать посадочную скорость.

TEvg-2>> поток сходящий с ПГО попадает на основное крыло.
V.Stepan> Я предлагаю отменить все расчёты и продувки в трубах, Женя на глаз меряет ЭПР определяет все данные по обдуву

Поток с ПГО у схемы на МиГ-8 попадает на основное крыло, это факт и он определяется на глаз. Вот чтобы понять, что будет с крылом и самолетом при этом - надо дуть. Я же пока этого сказать не могу. Но может быть что-то нехорошее.

Может быть на очень коротком самолете типа МиГ-8 поток с ПГО и пройдет ниже крыла, но у такого длинного как TRJ он попадет на крыло обязательно.

TEvg-2> На посадке УА максимально большой, который нормально допускает самолет.

Ни разу. На посадке УА такой, чтобы всем противоречиям удовлетворять. Если при УА=0 обзор и скорость достаточные, то никто не будет его увеличивать на "максимально большие".