Аэродинамическая схема «утка»

Как избежать потерь на балансировку? Ответ прост: аэродинамическая компоновка статически устойчивого самолёта должна исключать балансировку с отрицательной подъёмной силой на горизонтальном оперении. В принципе, добиться этого можно и на классической схеме, но наиболее простым решением является компоновка самолёта по схеме «утка», которая обеспечивает управление по тангажу без потерь подъемной силы на балансировку (рис. 3). Тем не менее, «утки» практически не используются в транспортной авиации, и, кстати, совершенно справедливо. Объясним, почему.

Как показывает теория и практика, самолёты схемы «утка» имеют один серьёзный недостаток – малый диапазон лётных скоростей. Схема «утка» выбирается для самолёта, который должен иметь более высокую скорость полёта по сравнению с самолётом, скомпонованным по классической схеме, при условии, что мощности силовых установок этих самолётов равны. Данный эффект достигается за счёт того, что на «утке» удаётся до предела снизить сопротивление трения воздуха за счёт уменьшения площади омываемой поверхности самолёта.

С другой стороны, на посадке «утка» не реализует максимальный коэффициент подъёмной силы своего крыла. Это объясняется тем, что по сравнению с классической аэродинамической схемой при одинаковых межфокусных расстояниях крыла и ГО, относительной площади ГО, а также при равных абсолютных значениях запасов продольной статической устойчивости, схема «утка» имеет меньшее балансировочное плечо ПГО. Именно это обстоятельство не позволяет «утке» конкурировать с классической аэродинамической схемой на взлётно-посадочных режимах.

Решить эту проблему можно одним способом: увеличить максимальный коэффициент подъёмной силы ПГО () до значений, обеспечивающих балансировку «утки» на посадочных скоростях классических самолётов. Современная аэродинамика уже дала «уткам» высоконесущие профили со значениями Су max = 2, что позволило создать ПГО с . Но, несмотря на это, все современные «утки» имеют более высокие посадочные скорости по сравнению с классическими компоновками.

Срывные характеристики «уток» также не выдерживают критики. При заходе на посадку в условиях высокой термической активности, турбулентности или сдвига ветра ПГО, обеспечивающее балансировку на максимальном допустимом Су самолёта, может иметь . В этих условиях, при внезапном увеличении угла атаки самолёта, ПГО выйдет на закритическое обтекание, что приведёт к падению его подъёмной силы, и угол атаки самолёта начнёт уменьшаться. Возникающий при этом глубокий срыв потока с ПГО вводит самолёт в режим резкого неуправляемого клевка, что в большинстве случаев приводит к катастрофе. Такое поведение «уток» на критических углах атаки не позволяет использовать эту аэродинамическую схему в сверхлёгкой и транспортной авиации.

Изобретение относится к самолетам с передним горизонтальным оперением. Самолет схемы «утка» включает крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение (ПГО). Самолет имеет равномерную загруженность крыла и ПГО на единицу площади, при отношении расстояния между планами ПГО к среднему арифметическому величин хорд каждого из планов, равном 1,2. Изобретение направлено на уменьшение размеров самолета. 1 ил.

Изобретение относится к самолетам с передним горизонтальным оперением, преимущественно к сверхлегким, спортивным.

Известен самолет схемы «утка», включающий крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение .

У самолета схемы «утка» загруженность переднего горизонтального оперения (ПГО) на единицу площади существенно меньше, чем у крыла. Такое положение является следствием того, что отношение расстояния между планами ПГО к среднему арифметическому величин хорд этих планов составляет всего 0,7. Поскольку несущая площадь ПГО используется неэффективно, требуется увеличение размеров площади крыла и переднего горизонтального оперения, что увеличивает размеры самолета.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является уменьшение размеров самолета.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно изобретению в самолете схемы «утка», включающем крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение (ПГО), имеется равномерная загруженность крыла и ПГО на единицу площади, обеспечиваемая при отношении расстояния между планами ПГО к среднему арифметическому величин хорд каждого из планов, равном 1,2.

Такое выполнение конструкции самолета позволяет уменьшить его размеры.

Изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемым чертежом.

На фиг. 1 изображено сечение бипланного переднего горизонтального оперения самолета схемы «утка» по плоскости, параллельной базовой плоскости самолета, выполненного согласно изобретению.

Устройство «Самолет схемы «утка» включает крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение, состоящее из нижнего плана и верхнего плана. При этом удельная нагрузка ПГО равна удельной нагрузке крыла и составляет, например, 550 ньютонов на 2.2 квадратный метр. То есть имеется равномерная загруженность крыла и ПГО на единицу площади.

На фиг. 1 величина хорды нижнего плана 1 ПГО обозначена литерой bн, а величина хорды верхнего плана 2 - литерой bв. Расстояние между верхним 2 и нижним 1 планами обозначено буквой h.

Хорда bн нижнего плана 1 равна хорде bв верхнего плана 2 и составляет, например, 300 мм. Расстояние h между планами 1 и 2 равно, например, 360 мм. При этом отношение расстояния h к среднему арифметическому величин хорд планов составляет 1,2.

Величина указанного отношения обеспечивает равномерную загруженность крыла и ПГО для сверхлегких спортивных самолетов. Это следует из следующих обстоятельств.

Уменьшение величины h приводит с одной стороны к смещению назад фокуса самолета, что положительно до тех пор, пока загруженность ПГО не сравняется с загруженностью крыла. С другой стороны уменьшение величины h сопровождается увеличением индуктивного сопротивления ПГО, что, безусловно, отрицательно. В связи с этим, явным образом невозможно определить, какую именно величину расстояния между планами ПГО следует выбирать. При этом надо иметь в виду, что с точки зрения уменьшения суммарной площади крыла и ПГО и, следовательно, размеров самолета должно выполняться условие равномерной загруженности крыла и ПГО на единицу площади.

При одинаковой, или почти одинаковой загруженности крыла и ПГО выполняется условие превышения на три градуса критического угла атаки крыла над критическим углом атаки ПГО в их посадочной конфигурации. Это условие является обязательным для предотвращения «клевка» - резкого опускания носа самолета из-за срыва потока на ПГО. При этом незначительная разница загруженности возможна как в пользу ПГО, так и крыла.

Величина вышеприведенного соотношения выявлена посредством аналитических исследований и проверки их результатов посредством летных испытаний модели самолета, на которой имелась возможность изменять расстояние между планами ПГО.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Самолет схемы «утка», включающий крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение (ПГО), отличающийся тем, что в нем имеется равномерная загруженность крыла и ПГО на единицу площади, обеспечиваемая при отношении расстояния между планами ПГО к среднему арифметическому величин хорд каждого из планов, равном 1,2.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям высокоскоростных летательных аппаратов. Летательный аппарат содержит фюзеляж с кабиной управления, треугольной формы крыло, двигатели, установленные с возвышением над крылом, хвостовое оперение, шасси.

Изобретение относится к авиации, более конкретно - к аппаратам тяжелее воздуха, а именно к самолетам схемы “утка”, и может быть использовано в конструкции пассажирских, транспортных самолетов для повышения их экономичности и топливной эффективности.

Изобретение относится к области летательных аппаратов. Носовая часть летательного аппарата содержит кабину управления с вытянутой вперед головкой в форме конуса, снабженной поворотной на вертикальной оси деталью в виде клина, конец которой выполнен острым по направлению к набегающему потоку воздуха, имеет возможность отклонения влево и вправо на угол от 0о до 10о с помощью поворотного гидродвигателя/пневмодвигателя и совершения колебательных движений, приводящих к синусоидального вида траектории полета летательного аппарата. Изобретение направлено на повышение маневренности летательного аппарата в горизонтальной плоскости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам легкомоторной авиации. Мотопланер содержит фюзеляж, двигатель, несущее крыло и вспомогательное крыло, рычаги приводов в управлении крыльев, руля поворота, колеса, руля высоты. Несущее крыло оснащено шарнирными узлами, из которых два расположены симметрично относительно поперечной оси симметрии на лонжероне. Один шарнирный узел расположен на вспомогательном лонжероне и закреплен на стойке, которая закреплена шарнирно на ползуне, подвижно установленном в направляющих рамы, и связан со стойкой штурвала подпружиненной тягой. Вспомогательное крыло состоит из двух независимых консолей, посаженных подвижно на поперечную ось, неподвижно закрепленную в носовой части рамы, оснащенных рычагами, связанными тягами с двуплечим рычагом штурвала. Стойка переднего колеса, подвижно закрепленная во втулке рамы, оснащена обтекателем колеса, выполненным в форме поворотного киля, и оснащена двуплечим рычагом, снабженным компенсаторами. Изобретение направлено на повышение безопасности полета. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к авиационно-космической технике и может быть использована для осуществления полетов в атмосфере и космическом пространстве, при взлёте с Земли и возвращении на неё. Аэрокосмический самолёт (АКС) выполнен по аэродинамической схеме «утка-бесхвостка». Носовые плоскости и крылья образуют совместно с фюзеляжем дельтообразную несущую поверхность. Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) содержит теплообменную камеру, состыкованную с ядерным реактором через радиационную защиту. В качестве рабочего тела используется (частично) атмосфера, сжижаемая бортовыми установками ожижения. Питающие и охлаждающие бортовые турбоагрегаты и турбоэлектрогенераторы, а также управляющие реактивные двигатели подключены к теплообменной камере с возможностью работы непосредственно на маршевом рабочем теле. При отключенном маршевом сопле в ЯРД предусмотрено специальное запорное устройство. В долговременных аэрокосмических полетах АКС периодически дозаправляется сжижаемой атмосферной средой. Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности АКС с ЯРД за счет повышения их тяговооруженности и термодинамического качества при обеспечении устойчивости и управляемости полета. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой самолет с крыльями замкнутой конструкции (ССКЗК) имеет планер с передним горизонтальным оперением, два киля, низко расположенное переднее крыло, имеющее концевые крылышки, соединенные по дуге с концами высокорасположенного заднего крыла, корневые части которого соединены с концами отклоненных наружу килей, фюзеляж и турбореактивные двухконтурные двигатели (ТРДД). ССКЗК выполнен по аэродинамической схеме продольного триплана с разнонаправленными в поперечной плоскости стреловидными крыльями замкнутой конструкции. Передние и задние части гондол ТРДД смонтированы в изломах под внутренней частью заднего крыла и над внутренней частью стабилизатора переменной стреловидности U-образного оперения, имеющего на левой и правой консолях как внутренние рулевые поверхности, смонтированные с внутренних бортов соответствующих гондол, так и переднюю и заднюю кромки. Комбинированная силовая установка имеет разгонно-маршевые ТРДД и вспомогательный маршевый прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Изобретение направлено на улучшение естественного ламинарного сверхзвукового обтекания системы крыльев. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиации. Сверхзвуковой самолет с тандемными крыльями имеет продольную компоновку триплана и содержит фюзеляж с плавным сопряжением наплывов дельтовидного в плане крыла (1), низкорасположенное заднее крыло (8) типа обратная “чайка”, переднее горизонтальное оперение (6), вертикальное оперение, выполненное совместно со стабилизатором (7), два турбореактивных двухконтурных двигателя, передние и задние части которых смонтированы соответственно под крылом типа чайка и по внешним их бортам с консолями стабилизатора и трехопорное шасси. Фюзеляж (3) снабжен конусообразным гасителем (4) звукового удара в носовом обтекателе (5). Крылья выполнены соответственно с отрицательным и положительным углами их поперечного V, имеют переменную стреловидность и образуют при виде спереди ромбовидную замкнутую конструкцию. Стабилизатор выполнен с обратной V-образности с округленной вершиной и оснащен гондолой (14) двигателя. Изобретение повышает аэродинамическую эффективность летательного аппарата. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой конвертируемый самолет содержит планер, включающий переднее горизонтальное оперение, вертикальное оперение, переднее треугольное крыло типа чайка, заднее крыло с трапециевидными консолями, разгонно-маршевый реактивный двигатель и вспомогательные маршевые прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Переднее крыло и заднее крыло размещены в замкнутой конструкции продольного триплана с возможностью преобразования полетной конфигурации. Изобретение направлено на повышение бесшумности полета путем улучшения ламинарного сверхзвукового обтекания крыльев. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам схем «утка» и «нормальная». Летательный аппарат (ЛА), включает механизированное крыло и флюгерное горизонтальное оперение (ФГО), с которым связан серворуль. ФГО (1) с серворулем (3) шарнирно размещены на оси вращения. Производная по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы ФГО повышается от нуля до необходимой величины за счет того, что угол между базовыми плоскостями ФГО (1) и ЛА изменяется кратно изменению угла между базовыми плоскостями серворуля (3) и ЛА при изменении угла атаки ЛА механизмом из элементов (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10). В «утке» угол порота ФГО меньше угла поворота серворуля, а в нормальной схеме - больше. В результате в обеих схемах фокус смещается назад. В нормальной схеме это позволяет увеличить нагрузку на стабилизатор - ФГО, а в «утке» - использовать современные средства механизации крыла при сохранении статической устойчивости. Изобретение направлено на уменьшение площади крыла за счет оптимизации загруженности горизонтального оперения. 3 ил.

Изобретение относится к авиационной технике. Летательный аппарат (ЛА) аэродинамической схемы «флюгерная утка» содержит механизированное крыло и флюгерное переднее горизонтальное оперение (ФПГО) (10) с серворулем (3), которые шарнирно размещены на оси вращения ОО1. Производная по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы ФПГО повышается от нуля до необходимой величины за счет того, что угол между базовыми плоскостями ФПГО (10) и ЛА изменяется лишь на часть изменения угла между базовыми плоскостями серворуля (3) и ЛА при изменении угла атаки ЛА механизмом из элементов (11, 12, 13). Для управления по тангажу ось ОО3 имеет возможность смещаться к оси ОО1 или от нее, при этом ее положение зафиксировано тягой (14), являющейся элементом системы управления. Изобретение направлено на уменьшение площади крыла за счет уравнивания с ним крейсерской загруженности ФПГО. 3 з.п. ф-ы, 4 ил.

Изобретение относится к авиации. Сверхзвуковой преобразуемый самолет содержит фюзеляж (3), трапециевидное ПГО, стабилизатор (7), силовую установку, включающую два турбореактивных двухконтурных двигателя форсажных в гондолах, размещенных по обе стороны от оси симметрии и между килями (18), смонтированных на конце фюзеляжа (3) на верхних и боковых его частях. Самолет также содержит переднее крыло (1) с наплывом (2), выполненное с переменной стреловидностью типа «обратная чайка», снабженное предкрылками (8), заостренными законцовками (9), флапперонами (10). Сзади и ниже поверхностей первого крыла (1) на балках установлены цельноповоротные консоли заднего крыла (13), снабженные закрылками (14), с возможностью поворота в вертикальной поперечной плоскости вокруг продольной оси на поворотной средней части (15) балки. Также самолет содержит U-образное оперение, имеющее кили (18) с серповидной задней кромкой и цельноповоротными развитыми заостренными законцовками (19). Изобретение улучшает подъемную силу и управляемость и повышает аэродинамическую эффективность, а также уменьшает шум самолета. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП выполнен по схеме "утка", снабжен дополнительным хвостовым рулем высоты, состоящим из закрепленных с возможностью поворота на оси вращения носовой части и хвостовой части с нижней и верхней поверхностями. Ширина хвостового руля высоты равна ширине фюзеляжа. Насадок каждого подъемно-маршевого вентилятора снабжен боковыми ограничителями потока воздуха от вентилятора. Поворотные профили решеток выполнены в виде сборных гибких лопаток, а выходное сечение насадка выполнено сложной формы с верхней и нижней горизонтальными гибкими кромками. Выхлопные сопла двигателей прилегают к верхней поверхности дополнительного хвостового руля высоты, по краям нижней поверхности фюзеляжа установлены продольные гребни. Достигается возможность получения дополнительной подъемной силы на взлете, посадке и переходных режимах полета. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к самолетам с передним горизонтальным оперением. Самолет схемы «утка» включает крыло, фюзеляж, двигательную установку, шасси, вертикальное оперение и бипланное переднее горизонтальное оперение. Самолет имеет равномерную загруженность крыла и ПГО на единицу площади, при отношении расстояния между планами ПГО к среднему арифметическому величин хорд каждого из планов, равном 1,2. Изобретение направлено на уменьшение размеров самолета. 1 ил.

Так как первый взлетевший летательный аппарат тяжелее воздуха-самолет братьев Райт "Флайер" (1903 год) - построен по схеме, которая сегодня известна под названием "утка", представляется логичным начать повествование о летательных аппаратах нетрадиционных схем с самолетов этого класса.

ОШИБОЧНЫЙ ТЕРМИН

Во-первых, термин "утка" - ошибочный. Под "уткой" в авиации общепринято понимать самолет, горизонтальное оперение которого-стабилизатор и рули высоты-расположено перед крылом, а не позади него. Этот термин может быть с таким же успехом применен и к дирижаблям, и к планерам. В частности, первые модели жестких дирижаблей Цеппелина оснащались расположенными впереди горизонтальными поверхностями управления в дополнение к традиционным хвостовым.

Обычно термин "утка" подразумевает расположение в передней части летательного аппарата основных, а не вспомогательных средств аэродинамического управления.

Этот термин появился впервые во Франции; его происхождение, вероятно, связано с тем, что крыло летящей утки находится ближе к ее хвосту, чем к голове, а вовсе не потому, что эта птица управляет своим полетом с помощью специального органа, расположенного перед крылом. Летательные аппараты этой схемы получили довольно широкое распространение.

Многие самолеты схемы "утка" можно рассматривать как самолеты с тандемными крыльями, переднее крыло которых относительно мало. В этом случае переднее горизонтальное оперение (ПГО), состоящее обычно из неподвижных (стабилизаторы) и подвижных (рули высоты) поверхностей, несет значительную часть аэродинамической нагрузки.

В последние годы термин "утка" стал применяться для описания самолетов, оснащенных вспомогательными поверхностями аэродинамического управления, установленными на носовой части, вообще говоря, самолетов довольно традиционных схем (а также некоторых самолетов с треугольным крылом), для обеспечения балансировки летательного аппарата или управления обтекающим его потоком, а не для осуществления основного управления или создания части суммарной подъемной силы, как это бывает на классической "утке".

ПОЧЕМУ ПЕРЕДНЕЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ОПЕРЕНИЕ?

До того, как братья Райт непосредственно приступили к созданию самолета, они
Во-первых, братья Райт прекрасно понимали функции "горизонтального руля" при управлении положением самолета в пространстве и считали, что расположенное впереди оперение будет выполнять такие функции более эффективно, чем хвостовое. В этом они оказались правы, но недостатков такого технического решения они, конечно же, не знали.

Второй основной причиной их выбора было место проведения первых полетов, которые выполнялись с песчаной площадки, и поэтому отсутствовала возможность использования шасси колесного типа. И созданные ранее планеры, и первый "Флайер" оснащались полозковым шасси, при котором фюзеляж самолета располагался очень близко к земле. В то же время братья Райт понимали необходимость большого угла атаки при взлете и посадке. Низкосидящая машина типа "Флайера" наверняка цепляла бы хвостовым оперением за землю, если бы оно было выбрано; поэтому конструкторы отказались от такого решения. Они установили в хвостовой части своего летательного аппарата вертикальный киль. Балки, поддерживающие киль, оснащались шарнирами и с помощью тросовой проводки могли отклоняться вверх, не оказывая влияния на управляемость самолета, так как киль не отклонялся относительно набегающего потока.

ДОСТОИНСТВА

В современном понимании главным преимуществом аэродинамической схемы "утка" считается повышение маневренности самолета, что привлекает к этой схеме создателей военной техники. Более высокие маневренные качества самолетов такой схемы оказались очень полезными в совершенствовании характеристик некоторых из созданных в последнее время ультралегких летательных аппаратов.

Еще одним преимуществом самолетов: схемы "утка" считается то, что практически всегда можно построить такой летательный аппарат с естественной противоштопорной защитой: срыв воздушного потока на ПГО происходит раньше, чем на крыле, создающем большую часть подъемной силы, поэтому нос самолета в этом случае слегка опускается, и машина возвращается в нормальный полет.

НЕДОСТАТКИ

Существенным недостатком чсхемы "утка" является то, что летательным аппаратам этой схемы присуща продольная неустойчивость. Вместо того чтобы демпфировать движения самолета относительно поперечной оси (по тангажу), как это делает, например, оперение стрелы, воздействие воздушного потока на переднее горизонтальное оперение усиливает соответствующие возмущения.

В своих записках О. Райт отмечал, что устойчивость "утки" по тангажу определяется мастерством летчика. Опыт первых полетов показал, что в том случае, когда на переднем горизонтальном оперении создается значительная подъемная сила, она оказывает существенное влияние на балансировку самолета.

Срыв потока на ПГО вызывает примерно такое же воздействие на балансировку летательного аппарата, как, например, складывание пары ножек стола-две другие ножки продолжают поддерживать противоположный конец, и стол падает в ту сторону, где опора отсутствует.

Поэтому противоштопорные достоинства самолетов схемы "утка" довольно скоро поблекли.

Самолеты этой схемы практически полностью исчезли из практики авиастроения вплоть до того, как в начале второй мировой войны начали проводиться углубленные исследования "утки", нацеленные на поиск возможных путей повышения характеристик маневренности самолетов.

Однако и в этот период развития авиации не удалось реализовать достоинства этой схемы. Лишь в последние годы было создано несколько очень удачных самолетов схемы "утка", которые продемонстрировали преимущества этой схемы в некоторых специфических условиях применения авиационной техники.

Однако на этих самолетах уже применялись специальные средства предотвращения мощного срыва потока с ПГО. Это достигается путем увеличения критического угла атаки за счет выдува п отока на ПГО, использования аэродинамических профилей с различными несущими свойствами или применения ПГО в качестве лишь балансировочной поверхности (в этом случае ПГО не создает сколь-нибудь заметного вклада в подъемную силу), например, на самолетах с близким к треугольному крылом большой площади или самоле-тах-"бесхвостках" с крылом прямой стреловидности.

По схеме "утка" построены некоторые из современных ракет, но системы управления этих ракет обычно работают с использованием бортовых ЭВМ и автоматических средств повышения устойчивости, которые вырабатывают и осуществляют балансировочные команды, предотвращающие нарастание возмущений в канале тангажа.

Следует отметить, что все самолеты схемы "утка", реализованные в соответствии с техническим уровнем, достигнутым до 1960-х гг., стали сущим несчастьем. Как бы предвидя это, братья Райт уже в 1909 году (когда они стали использовать колесное шасси, позволяющее приподнять самолет от земли и обеспечить набор угла атаки на разоеге) отказались от ПГО и установили рули высоты в хвостовой части аппарата около руля направления.

Наиболее широкое распространение схема "утка" получила в области ультралегких летательных аппаратов. Этот класс современных летательных аппаратов проделал своеобразный путь назад к полетам того типа, которые выполняли братья Райт и которые характеризуются весьма ограниченным скоростным диапазоном, ограниченной маневренностью и сравнительно небольшой полезной нагрузкой.
В период с 1980 по 1983 гг., вероятно, было спроектировано и построено больше самолетов этой схемы, чем за всю предыдущую историю авиации.

Идеи наших читателей

ЮАН-2 «Sky Dweller> на авиасалоне МАКС-2007

ЯпЬтсрнатиЗнар

На МАКС-2009 этого самолёта ещё не будет -конструкция совершенствуется, и следующая её версия создаётся в значительной мере из деталей и узлов предыдущей. А вот на прошлом МАКСе сверхлёгкий ЮАН-2 вызвал большой интерес, несмотря даже на подпорченный многочисленными испытаниями внешний вид. Потому что это не просто ещё один СЛА. В самолёте реализована аэродинамическая схема - так называемая «флюгерная утка», - которую без натяжки можно назвать революционной. В этой статье автор идеи и руководитель строительства опытных машин, молодой авиаконструктор Алексей Юрконенко, обосновывает преимущества новой схемы. По его мнению, она идеальна для неманёвренных самолётов, и в этой категории - весьма, кстати сказать, обширной ~ может стать основой нового направления в развитии мирового самолётостроения.

Применение современных технологий проектирования самолётов привело к результату, на первый взгляд, парадоксальному: процесс улучшения характеристик авиационной техники «потерял темп». Найдены новые аэродинамические профили, оптимизирована механизация крыла, сформулированы принципы построения рациональных структур авиационных конст

рукций, улучшена газодинамика двигателей... Что же дальше, неужели развитие самолёта пришло к своему логическому завершению?

Что ж, эволюция самолёта в рамках нормальной, или классической, аэродинамической схемы действительно замедляется, На авиационных выставках и салонах массовый зритель находит огромное и пёстрое многообразие; опыт

ный же специалист видит принципиально одинаковые самолёты, отличающиеся лишь по эксплуатацией но-тех-пологическим признакам, но имеющие общие концептуальные недостатки,

«КЛАССИКА»: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Напомним, что пол термином «аэродинамическая схема самолёта* подразумевается способ обеспечения статической устойчивости и управляемости самолёта в канале тангажа 1 .

Главное и, пожалуй, единственное положительное свойство классической аэродинамической схемы заключается в том, что расположенное за крылом горизонтальное оперение (ГО) позволяет без особых трудностей обеспечить продольную статическую устойчивость на больших углах атаки самолёта".

Основным недостатком классической аэродинамической схемы является наличие так называемых потерь на балансировку, которые возникают из-за необходимости обеспечения запаса продольной статической устойчивости самолёта (рис. I). Таким образом, результирующая подъёмная сила самолёта оказывается меньше, чем подъёмная сила крыла, на величину отрицательной подъёмной силы ГО.

Максимальное значение потерь на балансировку имеет место на взлётно-посадочных режимах при выпущенной механизации крыла, когда подъёмная сила крыла и, следовательно, пикирующий момент, ею обусловленный (см. рис. 1), имеют максимальное значение. Существуют, например, пассажирские самолёты, у которых при полностью выпущенной механизации отрицательная подъёмная сила ГО равна 25% их веса. Значит, примерно на ту же величину переразмерено крыло, и все экономические и эксплуатационные показатели такого летательного аппарата, мягко говоря, далеки от оптимальных значений.

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СХЕМА «УТКА»

Как избежать этих потерь? Ответ прост: аэродинамическая компоновка статически устойчивою самолёта должна исключать балансировку с отрицательной подъёмной силой на горизон-

" Тангаж - угловое движение летательного аппарата относительно поперечной оси инерции. Угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата и горизонтальной гласностью.

1 Угол атаки самолёта - угол между направлением скорости набегающего потока и продольной cmpoume.tbHuu осью самолёта.

Самолет МиГ-8 «утка»

На заре развития авиации, когда знакомый нам облик самолета еще не сформировался, схема «утка»: часто встречалась в конструкции летательных аппаратов. Именно эту аэродинамическую схему имели самолет братьев Райт и самолет А. Сантос-Дюмона «14 bis», совершивший первый в Европе официально зарегистрированный полет (1906 г.). Как известно, идея самолета возникла на основе наблюдения за полетом птиц. Копируя их форму, пионеры авиации создавали проекты самолетов, в которых горизонтальное оперение должно было располагаться позади крыла. По этой так называемой классической схеме создавали летающие модели Д. Кейли, А. Пено, строил самолет А. Ф. Можайский. Чем же объяснить, что первые поднявшиеся в воздух самолеты имели иную аэродинамическую схему? Как известно, балансировочная сила, возникающая на переднерасположенном горизонтальном оперении (ПГО) на режимах взлета, набора высоты и горизонтального полета, направлена вверх и увеличивает общую подъемную силу системы крыло+оперение. Не исключено, что это обстоятельство также принималось во внимание пионерами авиации. Одним из первых, кто предложил располагать горизонтальный стабилизатор перед крылом, был выдающийся русский изобретатель в области авиации и ракетной техники С. С. Неждановский. В 1894 г. на IX съезде естествоиспытателей и врачей он показал полеты модели планера схемы «утка». Один из очевидцев этих полетов писал: «С. С. Неждановский демонстрировал модель очень устойчивого планера, который представлял собой два плана (крыла): один впереди другого, и передний был несравненно меньше... Вторая поверхность аэроплана, дающая ему устойчивость, называлась стабилизатором. Чем расстояние между главным, поддерживающим планом и стабилизатором больше, тем устойчивее аэроплан». В конце XIX в. широкое распространение получил принцип балансирного управления летательным аппаратом, впервые осуществленный в планерных опытах О. Лилиенталя. Сторонники этого принципа считали, что устойчивость и управляемость планера или самолета может быть обеспечена только с помощью непрерывного изменения положения тела летчика относительно крыла. Компенсацией недостаточной устойчивости летательного аппарата, на котором не предполагалось устанавливать стабилизирующие поверхности, должно было служить мастерство пилота. У. и О. Райт, являясь приверженцами школы О. Лилиенталя, усовершенствовали разработанный им способ балансирного управления. Понимая, что с увеличением размеров и массы летательного аппарата возможности управления им с помощью перемещения тела летчика становятся все более ограниченными, они стали устанавливать на планерах поверхности управления: спереди - горизонтальный руль для продольного управления, сзади - руль направления, а также применили перекашивание крыла для поперечного управления. Таким образом удалось добиться управления летательным аппаратом относительно всех трех осей, причем величина управляющих моментов уже не зависела от физических возможностей летчика. На основе успешных испытаний планеров в 1900-1902 гг. братья Райт в конце 1903 г. создали первый самолет, пригодный для полетов. Этот самолет явился также первым самолетом схемы «утка». Конструкция и полеты самолета братьев Райт широко известны, поэтому мы не будем останавливаться на их изложении.

Самолет А. Сантос-Дюмона «14 bis»

Сведения о полетах братьев Райт стимулировали активность европейских пионеров авиации. В конце 1905 г. французская газета «Ауто» поместила зарисовку самолета американских изобретателей. На основании этих данных состоятельный бразилец А. Сантос-Дюмон, работавший во Франции над проблемой полета, построил самолет, который получил обозначение «14 bis» (рис. 1). Как и самолет братьев Райт, «14 bis» имел бипланное крыло, толкающий винт, переднерасположенное оперение. Однако в целом конструкция самолета Сантос-Дюмона была значительно менее совершенна, чем конструкция самолета американских изобретателей. Первоначальный вариант «14 bis» не имел поперечного управления (по мнению Сантос-Дюмона, поперечная устойчивость должна была полностью обеспечиваться значительным поперечным V крыла), цельноповоротное вертикальное оперение, представляющее собой вертикальные стенки коробчатого крылышка, было расположено перед крылом и не обеспечивало путевую устойчивость. Кроме того, в отличие от самолета братьев Райт рули «14 bis» были установлены на большом расстоянии от центра масс аппарата, что вызывало их чрезмерную эффективность и затрудняло пилотирование. Несмотря на указанные недостатки, Сантос-Дюмону удалось в октябре 1906 г. совершить полет на расстояние более 50 м. Месяц спустя была достигнута дальность в 220 м. Однако техническое несовершенство самолета в конце концов дало о себе знать - в апреле 1907 г. «14 bis» разбился при попытке очередного полета. Первые полеты самолета Сантос-Дюмона оказали большое влияние на пионеров французской авиации и способствовали активизации их работ. По примеру бразильского авиаконструктора самолет с передним рулем высоты и толкающим пропеллером (рис. 2) построил Л. Блерио - конструктор и летчик, получивший впоследствии мировую известность своим перелетом через пролив Ла-Манш.

Самолет Блерио-5 «Капар»

Аппарат, названный Блерио «Канар» (по-французски «утка»), оказался очень неустойчивым в полете, и его испытания сопровождались частыми авариями. При первой же попытке взлета весной 1907 г. самолет поломал шасси. Когда, наконец, Блерио удалось подняться на нем в воздух, аппарат перевернулся в полете и упал, причем сам конструктор лишь чудом остался невредим. Недостаточная устойчивость первых самолетов схемы «утка» заставила их создателей обратиться к иным аэродинамическим схемам. А. Сантос-Дюмон в 1907 г. построил и успешно испытал моноплан классической схемы, в том же году аналогичную конфигурацию при создании нового самолета применил и Л. Блерио. В конце первого десятилетия XX в. получает распространение схема самолета, в которой горизонтальное и вертикальное оперения располагались на балках за крылом, а перед крылом устанавливался руль высоты (самолеты «Фарман», «Вуазен» и др.). Это позволяло добиться удовлетворительной продольной и путевой устойчивости и при этом сохранить преимущества переднерасположенного руля высоты. Положительные стороны такой конструкции оценили братья Райт, которые в 1910 г. добавили к своему самолету горизонтальное оперение за крылом.. Несмотря на общую тенденцию к отказу от применения схемы «утка» в авиации, до начала первой мировой войны имели место отдельные работы по самолетам этого типа.

В 1908 г. в Германии В. Фокке получил патент на самолет-моноплан схемы «утка» с толкающим винтом, а год спустя вместе с инженером Альберта воплотил свой замысел в жизнь. Самолет Фокке и Альберта имел цельнопово-ротное переднее горизонтальное оперение, фюзеляж из сварных труб и был снабжен двигателем мощностью 40 л. с. (29 кВт). Аппарат был установлен на трехколесном шасси с носовым колесом, применявшимся впоследствии практически на всех самолетах типа «утка». Самолет испытывался в сентябре 1909 г. Результаты этих испытаний были весьма скромными - самолет совершил «подлет» длиной 40 м на высоте в несколько метров. Спустя три года в Германии был построен еще один самолет схемы «утка» (конструктор И. Зольман). Этот летательный апарат отличался применением раздельных горизонтальных поверхностей стабилизации и управления (руль высоты располагался между стабилизатором и крылом).

Сведений о полетах самолета Зольмана не обнаружено. В Англии в 1910 г. конструктор Г. Барбер построил моноплан с вынесенным вперед на балках горизонтальным оперением бипланного типа. Верхняя поверхность оперения представляла собой неподвижный стабилизатор, а нижняя-являлась рулем высоты. Удачная центровка (двигатель и летчик располагались вблизи передней кромки крыла) и двойное заднерасположенное успешные полеты этого вертикальное оперение обеспечили самолета, названного «Валькирия». Только за 1911 г. на трехместном варианте «Валькирии» Барбер без единой аварии поднял в воздух 151 пассажира, общий налет за год составил 11000 км. В том же году на самолете была выполнена первая коммерческая перевозка груза по воздуху. Всего с 1910 по 1912 гг. конструктор построил 12 самолетов «Валькирия». Однако, несмотря на успешный опыт их эксплуатации, правительство Англии не проявило интереса к необычным самолетам, и Барбер из-за недостатка средств прекратил свою деятельность в авиации.

Самолеты Барбера можно считать первыми успешно летавшими монопланами схемы «утка». В 1911 г. Л. Блерио вновь построил самолет-моноплан схемы «утка». В отличие от его первой конструкции крыло имело прямоугольную форму и было снабжено элеронами. На крыле имелись поворотные вертикальные кили. Как и четыре года назад, испытания самолета не дали положительных результатов. Незадолго до начала первой мировой войны самолет схемы «утка» был создан в России. Его конструктор - А. В. Шиуков - заинтересовался авиацией еще будучи гимназистом в г. Тифлисе. В 1908-1910 гг. он построил и испытал несколько планеров различных схем. Наилучшие результаты были достигнуты при полетах на планере схемы «утка». На его основе в 1912 г. Шиуков построил самолет-моноплан с ротативным двигателем «Гном». После ряда доработок (установка элеронов, киля, применение шасси с носовым колесом) самолет получил обозначение «Ка-нар-1бис».

Он имел расчалочный четырехгранный фюзеляж до кабины прямоугольного, а перед ней - трапециевидного (широкой стороной вниз) сечения; каркас был выполнен из ясеня. Крылья - двухлонжеронные, лонжероны были изготовлены из сосны, нервюры - из бамбука, носок крыльев обшит картоном. Крылья имели S-образный профиль с толстым носком и резко вогнутой нижней стороной за носком. На самолете «Ка-нар-бис» в течение 1913 г. было совершено 30 полетов. Однако ненадежная работа двигателя ограничивала продолжительность полетов до 8 мин и высоту до 100 м. В 1914 г. А. В. Шиуков стал проектировать второй самолет той же схемы, но с более мощным двигателем. Самолет должен был иметь военное назначение, поэтому вертикальное оперение предполагалось сделать двойным, разнесенным - для лучшего обзора вперед и для возможности установки пулемета и прицела. Значительно более высоким конструктивным совершенством отличался гидросамолет схемы «утка» Г. Вуазена (Франция, 1911 г.). Этот аппарат был весьма больших для тех лет размеров (он был рассчитан на экипаж 2-3 человека). В отличие от «Гидроавиона» этот самолет имел бипланное крыло, закрытый фюзеляж четырехгранного сечения, горизонтальное оперение в виде одной плоскости. В связи с большой взлетной массой самолета под крылом было установлено не два, а три поплавка. Два экземпляра гидросамолета Вуазена закупило военно-морское ведомство России. В 1912-1913 гг. в Севастополе на этих самолетах было совершено много полетов. В скором времени благодаря изменению формы и размеров поплавков удалось осуществлять взлет и посадку на воду на самолетах обычной классической схемы. Гидросамолеты с передним оперением больше не строились. Несмотря на создание удовлетворительно летавших самолетов схемы «утка», к моменту начала первой мировой войны работы по летательным аппаратам этого типа полностью прекратились. Все усложняющиеся требования, предъявляемые к самолетам, вызвали возросшее внимание к их устойчивости. В этом отношении первые самолеты схемы «утка», несомненно, уступали самолетам обычного типа. В годы первой мировой войны началось массовое производство самолетов, сформировалась наиболее рациональная для этого периода аэродинамическая схема - биплан с тянущим пропеллером и хвостовым оперением позади крыла. К 1918 г. подавляющее большинство выпускаемых самолетов имело именно эту схему. К концу 20-х годов авиационная техника достигла весьма высокого совершенства. В связи с этим возникла идея создания легкомоторного самолета личного пользования, который был бы также прост в управлении, как автомобиль, сравнительно дешев и мог бы найти массовый рынок сбыта. Основным требованием к «летающему автомобилю» была безопасность эксплуатации. По этой причине в конце 20-х и в 30-е годы вновь возродился интерес к самолетам схемы «утка». Опыт показывал, что расположение горизонтального оперения перед крылом способствует уменьшению опасности попадания самолета в срывной режим при большом угле атаки. Действительно, при перетягивании летчиком ручки управления срыв сначала наступал не на крыле, как на самолетах классической схемы, а на горизонтальном оперении, имеющем из условия продольной балансировки летательного аппарата схемы «утка» больший, чем у крыла, угол атаки. В связи с этим возникал пикирующий момент, автоматически выводящий самолет из опасного положения. Другой особенностью самолета схемы «утка», повышающей безопасность его эксплуатации, было удобство компоновки трехколесного шасси с носовым колесом, исключающего возможность капотирования при посадке. Расположение оперения впереди крыла уменьшало также опасность касания фюзеляжем земли при посадке на больших углах атаки (из-за укороченной задней части фюзеляжа). Все это делало весьма привлекательным применение схемы «утка» при создании самолетов массового пользования, рассчитанных на малоопытных летчиков. Первый самолет схемы «утка», появившийся после окончания первой мировой войны, был построен в Германии конструктором Г. Фокке совместно с Г. Вульфом. Интерес к летательным аппаратам этого типа появился у Г. Фокке еще в юности, когда его старший брат В. Фокке построил и испытал самолет с передним горизонтальным оперением. В 1909-1910 гг. Г. Фокке и его товарищи построили примитивный самолет схемы «утка» с мотором в 8 л. с. (6 кВт). Но самолет так и не оторвался от земли. В 1925 г. Г. Фокке и Г. Вульф основали самолетостроительную фирму. Одной из первых работ этой фирмы стал двухмоторный моноплан схемы «утка», который получил обозначение F-19.

Конструкция самолета была выполнена в основном из стальных труб, обтянутых полотняной обшивкой. Деревянную обшивку имели только горизонтальное оперение и передняя часть крыла. В центральной части фюзеляжа располагалась закрытая кабина на трех человек, перед ней имелась открытая кабина пилота. Самолет был снабжен трехколесным шасси с носовым управляемым колесом. Горизонтальное оперение, установленное на ферме из стальных труб над носовой частью фюзеляжа, состояло из стабилизатора и щелевого руля высоты. Для обеспечения продольной устойчивости самолета при различных положениях центра масс стабилизатор был сделан переставным (угол его установки мог быть изменен перед полетом). В связи с влиянием скоса потока за оперением на обтекание крыла центральная часть крыла была расположена под большим углом атаки, чем его концы. В 20-е годы значительно усовершенствовались методы расчета устойчивости самолетов. Конструкторы F-19 в отличие от первых создателей самолетов схемы «утка» отчетливо представляли себе, что удлиненная передняя часть самолета (необходимая для достаточного плеча действия горизонтального оперения) вызывает значительный дестабилизирующий момент рыскания. Поэтому при проектировании F-19 большое внимание было уделено обеспечению удовлетворительной путевой устойчивости в полете- задняя часть фюзеляжа плавно переходила в киль больших размеров, под крылом были установлены дополнительные вертикальные кили. Общая площадь вертикального оперения составляла примерно 25% площади крыла, что в 2...3 раза больше, чем у самолетов обычной схемы. Самолет F-19 был снабжен двумя двигателями по 75 л. с. (55 кВт) с тянущими пропеллерами. Двигатели были установлены в гондолах под крылом. Для компенсации разворачивающего момента в случае отказа одного из двигателей была предусмотрена возможность отклонить в полете горизонтальное оперение относительно продольной оси, вследствие чего образовывался боковой момент, дополняющий момент от руля направления. Испытания самолета начались осенью 1927 г. В одном из полетов самолет потерпел аварию, во время которой погиб Г. Вульф. В 1930 г. был построен самолет F-19a, снабженный более мощными двигателями. В отличие от его предшественника полеты самолета F-19a проходили вполне успешно. Самолет испытывался с 1930 по 1939 гг. В ходе испытаний выяснилось, что при полетах в безветренную погоду пилотирование самолета мало отличается от пилотирования самолетов обычной схемы, например самолета Юнкере F-13. Отмечалась высокая эффективность руля высоты, малая нагрузка на ручке управления, возможность управляемого полета при су=1,2, простота взлета и посадки. В качестве недостатков самолета F-19a указывалось на тенденцию к продольным колебаниям в ветреную погоду и «просадка» самолета при выходе из срыва. В рассматриваемый период самолеты схемы «утка» строились также в США, Италии и во Франции. В 1931 г. в США братья Гранвилл под влиянием сообщений о полетах F-19a сконструировали легкий одномоторный самолет Джи Би «Асендер».

Он имел одноместную закрытую кабину, переходящую в вертикальный киль, монопланное крыло, тянущий пропеллер. Конструкторы установили также дополнительное вертикальное оперение над передним горизонтальным стабилизатором, что оказалось ошибочным. После нескольких коротких испытательных полетов самолет попал в плоский штопор и упал с высоты около 15 м на поле аэродрома. Пилот остался жив. Причиной аварии послужила недостаточная путевая устойчивость самолета. Итальянский инженер С. Стоффанатти в 1936 г. построил маленький экспериментальный самолет SS-2. Это был цельнодеревянпый одноместный моноплан с полотняной обшивкой. Самолет был снабжен двигателем мощностью 16 л. с. (12 кВт), приводившим во вращение толкающий пропеллер. Крыло и переднерасположенное горизонтальное оперение имели треугольную форму в плане, что способствовало улучшению путевой устойчивости и демпфированию продольных колебаний. Примерно по середине каждого полукрыла были расположены вертикальные кили. Рули направления, установленные на килях, помимо своих основных функций могли отклоняться одновременно в разные стороны, действуя в этом случае в качестве аэродинамических тормозов. Горизонтальное оперение было снабжено щелевым рулем высоты. Для поперечного управления, как обычно, применялись элероны. Самолет был установлен на трехколесном шасси с носовым колесом. Сообщения, появившиеся в авиационной периодике, говорили об успешных полетах этого самолета. Отмечались, в частности, легкий взлет самолета, короткий пробег (шасси с носовым колесом позволяло осуществлять интенсивное торможение без опасности капотирования), автоматический выход из срыва на больших углах атаки. На основе самолета SS-2 Стоффанатти построил туристский самолет SS-3. Известно, что этот самолет был показан на авиационной выставке во Франции в 1937 г., однако сведений о его полетах обнаружить не удалось. Во Франции в 1936 г. Л. Клод построил цельнодеревянный одномоторный двухместный самолет «Канар».

Как и итальянские конструкторы, Клод стремился создать безопасный самолет, пригодный для пилотирования без прохождения специальной подготовки. В конструкции этого самолета были использованы многие принципы популярного в 30-е годы французского самолета А. Минье «Пудюсьель» («Небесная блоха»). Клод применил цельноповоротное переднее крыло, значительно разнесенное по высоте с задним. «Канар» был снабжен тянущим пропеллером. Дифференциальные элероны, размещенные на крыле, были связаны с передним горизонтальным оперением и при повороте его на увеличение угла атаки отклонялись вверх. Это должно было способствовать улучшению маневренности самолета, особенно на больших углах атаки. Исследования на модели показали, что при одновременном отклонении руля высоты и элеронов возможен полет под углом атаки около 55°. Увлечение идеей «безопасного» самолета схемы «утка» не миновало и нашу страну. В середине 30-х годов В. К. Грибовский и В. Л. Моисеенко разработали проекты легких монопланов с переднерасположенным горизонтальным оперением. Самолеты были рассчитаны на установку двигателя М-11 в 100 л. с. (74 кВт). В результате опытов с моделями выявилась недостаточная путевая устойчивость этих летательных аппаратов, и оба проекта так и остались на бумаге. В конце 30-х годов, на пороге второй мировой войны, интерес к идее легкомоторного самолета личного пользования значительно снизился. Усилия авиационных конструкторов сосредоточились на проектировании новых боевых самолетов. К моменту начала второй мировой войны аэродинамическое совершенство винтомоторных самолетов приблизилось к своему пределу. Некоторое увеличение скорости могло быть достигнуто дальнейшим увеличением мощности двигателей, однако этот путь вел к возрастанию взлетной массы, а следовательно, к ухудшению маневренности и взлетно-посадочных характеристик. Поэтому в различных странах были предприняты попытки использования необычных схем для создания скоростных самолетов. Определенные преимущества при разработке военных самолетов обещало использование схемы «утка». Применение горизонтального оперения перед крылом позволяло уменьшить потребную площадь крыла и увеличить максимальную скорость полета. В отличие от обычной схемы в схеме «утка» на горизонтальном оперении создается не отрицательная, а положительная подъемная сила. По оценке С. Гейта, в этом случае мог быть достигнут прирост су = 0,5. Следовательно, при равных посадочных скоростях максимальная скорость полета самолета схемы «утка» была бы примерно на 4% выше, чем у самолета с заднерасположенным горизонтальным оперением. Расположение горизонтального оперения в невозмущенном потоке способствовало улучшению продольной маневренности; особенности схемы обеспечивали удобство размещения бомбовой нагрузки вблизи центра масс и позволяли применить несинхронизированное стрелковое вооружение в носовой части фюзеляжа. (Последнее обстоятельство способствовало увеличению точности и скорострельности). Первый военный самолет схемы «утка», SS-4, был построен в Италии в 1939 г. на основе самолетов SS-2 и SS-3 и имел сходную компоновку.

Эта машина должна была использоваться в качестве легкого истребителя и была вооружена двумя пушками калибра 20 мм. В ходе испытаний в 1941 г. самолет SS-4 потерпел аварию и больше не восстанавливался. В США в годы второй мировой войны также была предпринята попытка создать истребитель схемы «утка». В 1940 г. руководство армии, стремясь найти новые пути повышения скорости винтомоторных самолетов, обратилось к самолетостроительным фирмам с предложением разработать ряд истребителей необычных схем. В результате фирмой «Нортроп» был создан самолет схемы «бесхвостка» ХР-56, а фирма «Кертисс» построила опытный истребитель схемы «утка» ХР-55 «Асендер».

Созданию самолета ХР-55 предшествовали испытания его уменьшенного аналога CW-24B. Этот самолет был выполнен из дерева и полотна и снабжен двигателем мощностью 275 л. с. (202 кВт). Самолет CW-24B проходил испытания с конца 1941 г. по май 1942 г., в ходе которых самолет претерпел ряд изменений, направленных в основном на повышение его путевой устойчивости, в частности были установлены дополнительные вертикальные кили. Летом 1943 г. завершилась постройка первого самолета ХР-55. Это был цельнометаллический одноместный низкоплан со стреловидным крылом (35° по передней кромке). Расположенный в задней части фюзеляжа двигатель вращал толкающий пропеллер. Для обеспечения безопасного покидания самолета в воздухе пропеллер мог быть сброшен в полете по команде из кабины. Воздухозаборник над двигателем и радиатор под фюзеляжем образовывали вертикальное оперение. Вертикальные кили были установлены также на крыле, примерна на 3/4 его размаха. Кили были снабжены рулями направления. К внутренней части крыла (до килей) крепились закрылки, к внешней - элероны. Самолет имел трехколесное убирающееся шасси с носовым колесом. Первые полеты самолета ХР-55 выявили ряд проблем, связанных с устойчивостью самолета схемы «утка» из-за большой нагрузки на крыло. Во время одного из полетов в ноябре 1943 г. летчик не смог вывести самолет из штопора и покинул его на парашюте на высоте около 5 км. В связи с этим при испытаниях второго экземпляра самолета ХР-55 был введен ряд ограничений (в частности, запрещалось вводить самолет в срыв на высоте менее 6 км). Для улучшения управляемости самолета на больших углах атаки конструкция третьего экземпляра самолета ХР-55 была немного изменена - увеличен угол отклонения руля высоты, размах крыла возрос на 1,2 м, увеличена площадь элеронов. В носовой части фюзеляжа установили стрелково-пушечное вооружение. В 1944 г. самолет прошел испытания на стрельбы, были замерены летные характеристики. Из-за недостаточно хороших характеристик устойчивости в серийном производстве было отказано. В самом конце войны в Японии фирма «Куши-Хикокии» построила опытный истребитель - «утку» J7W-1 «Шинден».

Самолет имел низкорасположенное стреловидное крыло, к которому крепились закрылки, элероны и вертикальные кили, двигатель за кабиной, толкающий пропеллер, трехколесное шасси с носовым колесом, пушечное вооружение в носовой части фюзеляжа и внешне весьма напоминал истребитель ХР-55. К моменту капитуляции Японии самолеты J7W-1 (всего было построено два экземпляра) не вышли из стадии пробных полетов. Единственный самолет схемы «утка» 40-х годов сугубо гражданского назначения был построен в СССР вскоре после окончания Великой Отечественной войны. Самолет получил обозначение МиГ-8 «утка». Это был трехместный моноплан цельнодеревянной конструкции с полотняной обшивкой, закрытой кабиной и верхнерасположенным подкосным стреловидным крылом. В качестве силовой установки использовался двигатель М-11. МиГ-8 явился первым советским самолетом со стреловидным крылом и одним из первых отечественных летательных аппаратов, имеющих трехколесное шасси с носовым колесом. Для устранения опасности потери динамической устойчивости переднего колеса при движении по земле - так называемого «шимми»- носовая стойка была снабжена масляным демпфером колебании. Как известно, эти конструктивные решения широко применялись затем в реактивной авиации, в том числе и на самолетах с маркой «МиГ». Испытаниям самолета МиГ-8 предшествовали продувки его модели в аэродинамической трубе. Исследования показали, что самолет обладает удовлетворительной путевой, но излишней поперечной устойчивостью. Первый полет самолета МиГ-8 состоялся в конце 1945 г. Его выполнил один из старейших советских летчиков-испытателей А. И. Жуков. Впоследствии на самолете летал А. Н. Гринчик. В ходе испытаний в конструкцию были внесены незначительные изменения -вертикальные кили перенесли с концов крыла ближе к центроплану, устранили фиксированные предкрылки на концах крыла. В целом полеты самолета МиГ-8 прошли вполне успешно, отмечалась безопасность полетов на больших углах атаки. После завершения испытаний самолет в течение нескольких лет использовался как связной.

Все рассмотренные в данном разделе самолеты схемы «утка» не вышли из стадии экспериментальных машин. Сравнение однотипных самолетов схемы «утка» и классической схемы показывает, что первые, как правило, не обладали превосходством в отношениях диапазона скоростей и весового совершенства. Это объясняется в первую очередь тем, что многие отмеченные выше преимущества схемы с передним горизонтальным оперением не удавалось реализовать на практике. Так, например, считалось, что использование схемы «утка» позволяет получить большие значения супос из-за наличия положительной балансировочной силы на оперении. Однако, как показали исследования, с помощью переднего горизонтального оперения удается сбалансировать самолет, у которого Сутах крыла не более 2, что делало невозможным применение высокоэффективной посадочной механизации крыла, например двойных закрылков Фаулера. Это объясняется тем, что сила, возникающая на крыле от действия закрылков, у самолетов схемы «утка» имеет значительно большее плечо действия, чем у летательных аппаратов других аэродинамических схем (из условия нормальной центровки Хт «утки» равно примерно - 0,05, т. е. находится впереди крыла, а у самолета обычной схемы Хт=0,20... 0,25). Эффективность рулей высоты оказывалась недостаточной для компенсации возникающего при этом пикирующего момента. Малое плечо действия вертикального оперения и значительный дестабилизирующий момент фюзеляжа «утки» заставили заметно (иногда в 2... 3 раза) увеличивать площадь вертикального оперения по сравнению с аналогичным параметром самолетов обычной схемы. Это вело к возрастанию сопротивления и массы летательного аппарата. Не оправдали себя полностью и надежды на безопасность полета самолета на больших углах атаки. Как отмечалось, экспериментальный самолет Джи Би «Асендер» и истребитель ХР-55 разбились в результате штопора. Существует мнение, что первый экземпляр самолета F-19 потерпел катастрофу также по причине штопора. Кроме опасности штопора срыв потока с горизонтального оперения вызывал потерю эффективности рулей высоты и мог привести к интенсивному неуправляемому пикированию. Винтомоторные самолеты схемы «утка» не получили распространения в авиации, однако некоторые особенности конструкции (шасси с носовым колесом, стреловидное крыло) способствовали накоплению опыта, который впоследствии был использован при создании реактивных самолетов.