Про летающее крыло.

Здравствуйте!

Юрий Кузьмин>Всё-таки, начиналось обсуждение с пассажирских лайнеров. А для них весьма критичен именно режим взлёта-посадки.

Все необходимые оговорки, чтобы быть понятым, я уже сделал. Хотите о лайнерах, поговорим и о них. Важно не мешать всё в одну кучу. Кстати, какие именно лайнеры будем обсуждать: их дальность, вместимость, скорость, вид и количество двигателей хотя бы?

Юрий Кузьмин>И вот тут играет недостаток схем "бесхвостка" и "летающее крыло". Грубо говоря, задняя часть профиля должна "прижимать" самолёт к земле, увеличивая угол тангажа. Это реализуется элевонами, или щитками, или как-то ещё (кстати, в крейсерском полёте происходит то же самое - S-образный профиль работает как постоянно отклонённый вверх элевон). В результате Cy падает. И нужно крыло большей площади, а значит, большего сопротивления, что сводит на нет все преимущества отсутствия оперения.

Грубо говорить в этом случае неуместно. Очень много факторов влияет на выбор схемы и единых рецептов нет. Необходимо хотя бы определиться какой размерности и назначения ЛА Вы собираетесь проектировать.

Юрий Кузьмин>Мощная механизация крыла - не выход, так как она и на обычных авиалайнерах о-го-го какая мощная (многощелевые закрылки), а на бесхвостках часть задней кромки задействована для управления по тангажу. Предкрылки примерно также эффективны (или чуть хуже - опять-таки из за S-образного профиля).

Всё зависит от конкретного решения аэродинамической схемы, и совсем не однозначно. Например, S-образный профиль Вас никто не вынуждает делать. Современная аэродинамика отличается от аэродинамики 50-х очень существенно, но даже тогда применяли разные подходы. Я Вам на пальцах могу показать заведомо большее число недостатков традиционной схемы, хотя бы потому, что она более изучена. Изученность традиционной аэродинамической схемы является самым важным её достоинством!

Юрий Кузьмин>Конкорд и Ту-144 были бесхвостыми, поскольку "двойная дельта" (или "оживальное крыло") уменьшает балансировочные потери при переходе на сверхзвук. Но, может быть, если бы использовалась та же "двойная дельта" + горизонтальное оперение (см. F-17, то есть, F/A-18, МиГ-29, Су-27) они летали бы ещё лучше...

Есть и обратные примеры: J-35, МиГ-21 аналог, F-16XL, X-32 и проч. Причём Вы заметили, что механизация передней кромки на этих самолётах отсутствует или минимальна? Куда отнести это обстоятельство, к недостаткам или достоинствам? А про выдающуюся горизонтальную манёвренность истребителей схемы безхвостка? А про важность уменьшения площади смоченной поверхности для крейсерских режимов большинства лайнеров? В общем, самое важное я написал в самом начале.

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Здравствуйте!

Попытаюсь ещё раз возразить Юрию Кузмину.

Про истребители

Как я понял, Вы обсуждаете всё же не лайнеры, а истребители. Попытайтесь отделить одно от другого. Тем более что не все упомянутые Вами самолёты имеют традиционную аэродинамическую схему. Например авторы компоновки Су-27 настаивают, что это интегральный биплан, а его усовершенствованные варианты трипланы. Я бы определил их как тандемы с поворотными крыльями и интегрированными аэродинамически несущим фюзеляжами. Причём компоновка Су, по-моему, не может быть оптимальной компоновкой такого рода, так как её облик определялся эволюционно и потому неизбежны атавизмы. Величина смоченной поверхности не является для ЛА такого типа важным фактором, так как военные не экономят (а жаль). Связность внутреннего объёма тоже не столь важна, так как традиционно истребители исполняют разъёмными на крупные блоки.

В заключении я хочу отметить очень интересное компоновочное решение Boeing X-32, про него, видимо, позже.

Про сверхзвуковые лайнеры размерности Ту-144

Представьте Ту-144 у которого некруглый в сечении фюзеляж сделан ниже, короче, шире и интегрирован в аэродинамику крыла и воздухозаборников. У крыла, соответственно уменьшена площадь и увеличено удлинение. В конце концов, можно избавиться от вертикального оперения и управлять рысканьем во время посадки с помощью несимметричного торможения, а устойчивость увеличить за счёт небольших гребней и автоматом. Вот Вам один из возможных вариантов компоновки.

Про широкофюзеляжные лайнеры a la Ил-86 etc.

Здесь от фюзеляжа избавиться трудно, по определению. И, я думаю, оптимальны именно тандемы-бипланы c традиционным фюзеляжем. Например, схема «утка»-тандем. Хотя опыт Northrop очень интересен.

Малые и сверхмалые ЛА и БПЛА

Из-за уже упомянутых мною в других сообщениях причин, а также потому, что их прочность и жёсткость, как правило, определяется не общей, а местной прочностью, схема и компоновка таких ЛА может быть почти любой и обусловлена назначением. Подобная разница в разнообразии аэродинамических схем в природе: у микроорганизмов, спор, семян, насекомых и более крупных летающих животных.
_________________________
В общем, я не вижу причин объединять самолёты столь разного назначения и веса и формулировать простые рецепты их компоновки. Природа показывает, что таких рецептов нет. Также, мне очевидно, что эволюционно, совершенствуя только хорошо изученные схемы, к оптимуму можно приближаться только асимптотически, то есть бесконечно долго. Например, в судостроении за тысячи лет эволюции представлений люди достигли только тупиков. Применение научных методов совместно с инженерными значительно изменило сам характер развития этой отрасли, он перестал быть эволюционным. Забавно, что анализ развития мировой авиации даёт не менее яркие примеры. А представление, что ОКБ МиГ или Су или Ту или ЦАГИ идёт единственно верным путём примитивно.

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Здравствуйте!

Snipper>Хм... Это не совсем корректный вопрос. Имеет смысл говорить не о смачиваемой поверхности, а о "эквивалентном теле вращения". А тут наихудший вариант (с учетом интерференции) у классической схемы с крылом "низкоплан".

Смоченная поверхность совершенно устоявшийся термин аэродинамики, заимствованный из гидродинамики. Дозвуковую аэродинамику в классических трудах рассматривают как приложение гидродинамики. Эквивалентное тело вращения мало актуальная, по-моему, метафора из времени приближённых ручных расчётов основанных на эмпирике и плохих теориях. Прошу прощения за категоричность, но я просто устал от шелухи накопившейся в механике за короткий (менее 100 лет) период её прикладного применения с помощью методик ручного счёта. Очень надеюсь, что новое поколение инженеров-механиков будет освобождаться от этого наследия.

С оценкой традиционного низкоплана я согласен. По современным представлениям у этой схемы почти нет достоинств в сравнении с другими, однако, большинство самолётов именно этой схемы — парадокс, проблема!

Valeri2>Давным-давно читал я статейку о перспективных схемах для авиалайнеров. Одна мне понравилась.

Забавная статейка. Дело в том, что по этой схеме построен один из самых массовых и удачных истребителей конца 50-х: американский палубный истребитель Ling-Temco-Vought F-8 Crusader. Самолёт этот, возможно, до сих пор ещё на вооружении (у бразильцев? Во Франции его сняли недавно). Он, видимо, является первым серийным самолётом с изменяемой геометрией крыла. Вы когда её читали?

Правда с движками под крылом Вы получите конвертоплан (см. Dornier, BAC, Osprey и проч.).

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Так... резво вспоминаем о неплохом поршневом бомбере ХВ-35 ... и паршивеньком реактивном ХВ-49... Погубило последний то, что у него была низкая путевая устойчивость в том числе из-за отсутствия винтов, и толстое крыло оказалось невыгодным для скоростей порядка 800 км/ч, хотя оно вполне было пригодным для 600 км/ч (рост, если я правильно помню, индуктивного сопротивления). При скоростях выше 600 тонкое крыло выгоднее. А ведь для того, чтобы в крыле разместить пассажиров, его нужно делать толстым. То есть оно будет оптимальным для... что там у нас на потолке написано ну скажем, для километров 500 в час...
Вы захотите летать вдвое медленнее, чем сейчас? В Японию из Европы- не 9, а 15 часов? Пусть и на 10% дешевле?

Насколько я помню, хоть Су у летающих крыльев в принципе высокое, оно не может быть резко повышено за счёт Сх... то есть закрылками. То есть кроме низкой крейсерской, будет ещё высокая посадочная скорость... Хотя для 500 км/ч крейсерской скорости, конечно, она будет меньше 200...

Кстати летающем крыле иллюминаторы можно сделать в передней кромке. Прорабатывали в 30е годы такой вариант, и даже делали - у Калинина, кажется, было.

Удачи.

Юрий Кузьмин>Дмитрий, а когда Вы говорили об опыте Northrop Вы имели в виду линию M-1 - B-35 - B-2 или есть какие-то проекты по пассажирским самолётам?

Здравствуйте!

Northrop мужик весьма интересный. Его известные машины: YB-35/49 Flying Wing, T-38 Talon, F-5 Freedom fighter, YF-17 Cobra и их развития B-2 Stealth, F-20 Tigershark и F/A-18 Hornet аэродинамически весьма самостоятельны, необычны и удачны. В конце 40-х и до конца 60-х он занимался раскруткой и НИОКР проекта пассажирского дальнемагистрального лайнера большой вместимости. В основу, как я понимаю, был положен B-49. Аэродинамическое качество B-49 было чемпионским. Проект не реализован, причины очевидны, но Northrop сделал всё, что мог, то есть очень много. Я видел даже телевизионный рекламный ролик, пропагандирующий этот проект, с ним в главной роли. B-2 базируется на его идеях и наработках его коллектива. Уникальная механизация крыла на B-2 именно с B-35.

Даже в период расцвета Northrop corp., во времена F-5, фирма эта едва справлялась с производством, настолько была мала. В результате этого, по слухам, конкурс на лёгкий истребитель был проигран General Dynamics YF-16, а планер YF-17 продан McDonnell Douglas, а фирма слилась с Grumman (проекты JSF от Grumman, верно, от туда). В то время ещё тёрли всемирный скандал с участием фирм выскочек Lockheed и Northrop, связанный с взятками правительству Японии и многих других стран.

А F/A-18 и сейчас ничего себе. Ковшовые воздухозаборники F/A-18E на YF-17 были бы неуместны, так как особенностью проекта было использование ДТРД General Electric с малой степенью двухконтурности и, соответственно, расходом воздуха. Аэродинамически YF-17 очень актуален и является предком компоновки Су-27 и МиГ-29.

Достоверность написанного мною невысокая. Большая часть моих источников для меня не доступна, а на память я жалуюсь. Перепроверяйте!

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Здравствуйте Zeus!

Zeus>Народ, вы что? Какие вообще пассажирские летающие крылья? А окошки куда ставить?! Как же без окон летать?.. Не, меня в такой самолет не заманишь

На упомянутом ролике иллюминаторы были впереди, а кресла широкими рядами. На самолёте с компоновкой по мотивам B-2 иллюминаторы можно сделать по бокам сверху интегрального фюзеляжа. Эта проблема не самая сложная (да и есть ли она: хотите иллюминаторы — делайте иллюминаторы!).

Zeus>Никакого парадокса. ИКАО даже настаивает на этой схеме, хотя бы потому, что она самая безопасная в случае аварийной посадки. Для ГА этого вполне достаточно.

Консерватизм этой организации оправдан. Чего Вы от них то хотите? А с чем (с какой схемой) Вы (Zeus) или они (ИКАО) сравниваете? А то волюнтаризьм какой-то!

Здесь уместна аналогия с автомобилями, облик которых окончательно определился к концу 20-х. А после Войны, лет за 20, авто с компоновкой, названной классической (крылья, не несущий нагрузку кузов), не найти. А потом вдруг все автомобили наиболее массовых классов стали переднеприводными. Сейчас если с нуля, как Корейцы, разрабатывать легковушку, я думаю, НИОКР для «привода классического» потребуется больше. Только не надо развивать эту тему, бог с ней.

Vale>При скоростях выше 600 тонкое крыло выгоднее. А ведь для того, чтобы в крыле разместить пассажиров, его нужно делать толстым. То есть оно будет оптимальным для... что там у нас на потолке написано ну скажем, для километров 500 в час...

Вот опять! Хотите тонкий профиль — делайте! Кто помешает? Чтобы разместить пассажиров в одноэтажном салоне Вам, при достаточной хорде, придётся делать тонкий профиль! Переразмеренно крыло — уменьшайте.

Vale>Насколько я помню, хоть Су у летающих крыльев в принципе высокое, оно не может быть резко повышено за счёт Сх... то есть закрылками. То есть кроме низкой крейсерской, будет ещё высокая посадочная скорость...

Вот это проблема, отсюда и следует, видимо, начать. Надо искать альтернативу механизации задней кромки и рулей на горизонтальном оперении. Решений, теоретически, много, только надо напрячь то, что есть, позитивно анализировать. Я предложил бы газодинамическое (УВТ и т.п.) управление тангажом во время посадки, цельноповоротные консоли крыла, выдвижное переднее горизонтальное оперение.

Я понимаю, что это не для ИКАО, но недостатки традиционного низкоплана велики, напоминаю. Неразрешимые проблемы надо искать в другом месте, а то наставили могильных камней. Будущее, как я думаю, за иной схемой. Предпосылки для изменения представлений конструкторов на облик пассажирского самолёта есть. Хотя именно летающее крыло именно для большого дозвукового лайнера не оптимально, но поиск других схем вести необходимо хотя бы в виртуальной реальности.

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Здравствуйте!

Valeri2>Читал в 80х. Поcмотрел на F-8 - и правда, я как-то раньше не обращал внимание. Соответственно вопрос - а почему бы и нет? В чем недостатки этой схемы? На мой неизбалованный взгляд, одни плюсы.

Я думаю, реализовать такую схему на самолёте большей размерности будет тяжело. Представьте, что на привод подъёма крыла и его опоры будет действовать статическая нагрузка 60 тс, а о динамических нагрузках в момент взлёта я даже предполагать боюсь. С механизмом изменения стреловидности всё несколько проще. Однако, если внимательно посмотреть избалованным взглядом (рекомендую побаловаться!), то можно увидеть, что даже в случае с изменяемой стреловидностью поворотные консоли крыла на тяжёлых машинах проектируются меньших размеров. Чем тяжелее, тем меньше. Отсюда вывод, на тяжёлом самолёте поворачивать следует малую часть консоли или малое (не основное) крыло. А теперь, шаля, посмотрим на Су-27 и т.п.

Valeri2>А по поводу летающего крыла - чего обсуждать умозрительные проекты, вон В-2 летает.

А я то думал, что я о нём, в основном, и говорю, как об образце современной реализации обсуждаемой схемы. Всё дело в том, что авторы B-2 как раз кивают на Джека Нортропа.

Из бомбардировщиков интересен английский Vulcan B-2. Он, правда, бесхвостка, но тоже очень любопытен как прототип дозвукового лайнера.

После того, как я обнаружил так много недоговорённостей и неточностей в своём сообщении о John Knudsen Northrop 10.10.1895-18.02.1981, я решил сделать страничку в Сети о нём и его коллективах на русском языке. Ждите рекламы (не пройдёт и пол года).

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)

Здравствуйте Zeus!

Строго говоря, кашу варил не я. Вот, пытаюсь расхлёбывать. Я не сторонник схемы летающее крыло ни для сколь-нибудь больших дозвуковых лайнеров, ни для истребителей, в том качестве каком они существовали до сего дня. Я лишь достаточно вяло пытаюсь защитить её от ещё более вялых нападок.

В рамках Форума не вижу никаких перспектив такого обсуждения, кроме чисто провокационных, вдруг кто скажет что-нибудь новое для меня. По живо интересующим меня вопросам все со мной согласны и никто ничего не возражает. Хотя я, в том числе и сознательно, оставил там несколько провокационных несуразностей. Потому прошу прощения… и продолжу здесь.

Zeus> Понятное дело, с высокопланом. Другого из пассажиских особо и не летает (ну, бесхвостовть - это уже частновсти).

Zeus> Только последнее, думаю, реально и оправдано. Остольное вряд ли окупит выигрыш схемы.

Здесь сказывается ущербность качественного (на пальцах) подхода. Я вот думаю, что у не слишком больших самолётов управление вектором тяги привьётся и не только в форме реверса. Цельноповоротные консоли применяются в военной авиации столь интенсивно, что пора уже и на гражданку.

Zeus> Да как сказать... У страха глаза тоже "велики" Достоинства тоже есть. Да и разница-то в единицах процентов, так что и вы в своих новых идеях попытайтесь в нее уложиться (по их стоимости).

Летать бояться — шасси не убирать. Конечно же, развитие авиации сдерживается двигателями и хулиганами, но ведь мы здесь не лайнер сертифицируем, а преимущества различных схем и способ реализации этих преимуществ обсуждаем.

А потому интересно:
+ Как реализуется преимущество низкоплана при аварийной посадке?
+ Нельзя ли парировать это у высокоплана?
+ Как это связано с обсуждаемой здесь схемой летающего крыла?
+ Не является ли летающее крыло более безопасным?
+ Какая схема или меры способствовали бы ещё большей безопасности аварийной посадки?

Zeus> Да ведут вовсю все кто ни попадя. Но до реальности у всех далеко...

Об этом-то я знаю. Но вот мне кажется, что после того как мы здесь обсудили сложности реализации приемлемых взлётно-посадочных характеристик на нетрадиционных схемах можно вернуться к разговору о «сверхманёвренности» и управляемом векторе тяги.

Zeus> Маевцы вот с Боингом прорабатывают тандемную схему с совмещенными законцовками (переднее крыло низкопланное с положительными V и стреловидностью, заднее - всё наоборот). Оба крыла тонкие и длинные, что тоже хорошо, а жесткость - все же треугольник образуется...

Знаю, что прорабатывают. Я думал, что Boeing без маевцев (МАИ?). Первые, виденные мною, рисуночки в «Технике молодёжи» чуть не в 70-х? С тех пор в любом обзоре перспективных схем. Интересно, но здесь хотелось бы «совершить закрытие» схемы летающего крыла, особо не уклоняясь. Меня самого на тандемы ведёт.

Дмитрий Журко, Кёнигсберг (Калининград)