Le ali alle tue idee – девиз проекта IDINTOS, означающий в переводе с итальянского «Крылья для ваших идей». Действительно, для коммерческого успеха в авиастроении необходим, в разумных пределах, консерватизм. Но без новых дерзких идей, без их воплощения в реальные конструкции опытных самолетов прогресс в авиации невозможен. Проект IDINTOS относится к числу исследований, которые представляют ценность для многих авиационных специалистов
Чтобы показать, в чем она заключается, я приведу пример из собственного опыта.
Около 35 назад 
несколько моих однокашников вместе с дипломниками художественно-промышленного института выполнили под руководством преподавателя кафедры конструкций самолетов ХАИ Владимира Никитовича Носика интересную работу. Итогом ее стали запатентованные образцы легких самолетов нетрадиционных схем. Была среди них, в частности, и амфибия с сочлененным крылом и двумя винтами в кольцах. Позже, когда довелось преподавать студентам группы СЛА проектирование самолетов, я использовал эту модель для демонстрации достоинств и недостатков аэродинамической схемы «тандем» с сочлененным крылом. В 80-е дальше изготовления моделей из пенопласта и продувок в учебной аэродинамической трубе дело не пошло. Кафедра всецело была занята проблемами повышения ресурса болтовых и заклепочных соединений конструкций агрегатов пассажирских и транспортных самолетов, денег на «баловство» с сочлененным крылом никто и не думал выделять. Да и схема, надо признать, не из простых.Ее особенности были рассмотрены в статье «Утка», «Бесхвостка» или «Тан-дем»? («АОН» No3’2011).
Процитирую несколько выдержек из нее, чтобы подчеркнуть проблемы, которые пришлось решать участникам проекта IDINTOS:
– Считается, что схема «тандем» позволяет получить следующие преимущества:
– при выходе на большие углы атаки самолет не сваливается в штопор, а переходит в пикирование и парашютирование, опуская нос за счет более раннего срыва потока на переднем крыле;
– меньшие размеры, а значит, и масса самолета при той же площади несущих поверхностей (линейные размеры уменьшаются примерно в 1,4 раза при тех же несущих свойствах крыльев);
– меньший разнос масс отно-сительно продольной оси улучшает поперечную управляемость;
– лучшие взлетно-посадочные характеристики по сравнению с «уткой» за счет меньшей удельной нагрузки на крыло, возможности ме-ханизировать оба крыла (Сyвзл = 3,35, а К = 20 удалось обеспечить самолету АТТ фирмы Beechcraft);
– возможность применения профи-лей меньшей толщины и уменьшения общего сопротивления самолета за счет уменьшения площади смачиваемой поверхности, уменьшения сопротивления интерференции по сравнению с бипланом, уменьшения сопротивления тандемной комбинации правильно спроектированного самолета, уменьшения балансировочного сопротивления.
Как всегда, рассмотренные преимущества в нетрадиционной схеме могут обернуться недостатками.
Например, исследования в аэроди-намических трубах показали, что при малых углах атаки Схmin = Схo заднего крыла меньше по сравнению с тем же крылом, но изолирован-ным от влияния переднего крыла. В тандемной комбинации общее сопротивление меньше, чем у монопланного крыла в более широком диапазоне углов. Если же учесть и меньшие потери на балансировку по сравнению с самолетом нормаль-ной схемы за счет тех же причин, что и у «утки», можно предположить, что «тандем» обеспечивает меньшее сопротивление. Однако, это верно только для крейсерских режимов.
На больших углах атаки сопротивление «тандема» больше, чем у классической схемы.Аэродинамические характеристики можно очень сильно ухудшить за счет интерференции переднего и заднего крыла, если их неправильно установить
Если профили крыльев несовершенны и характеризуются значительными перемещениями вдоль хорды центров давлений при изменении скорости полета и углов атаки, при увеличении скорости самолета может возникать значительный пикирующий момент за счет большого смещения назад фокуса комбинации крыльев относительно центра масс.
Хорошая поперечная управляемость за счет меньшего разноса масс относительно продольной оси не компенсирует плохую продольную управляемость за счет больших моментов инерции, пропорциональных массе крыльев, удаленных от центра масс.
Таким образом, «тандем» непригоден для пилотажных самолетов и маневренных военных машин.Уменьшение массы крыла за счет меньших моментов изгиба на крыло может сопровождаться увеличением массы фюзеляжа за счет увеличения Мкр от крыльев, на которых расположены элероны.Наконец, недостатком тандема может быть характерный для «утки» «клевок», если срыв потока с переднего крыла будет развиваться стремительно. При этом самолет может войти в неуправляемое пикирование вместо штопора. Очень сильно летные качества «тандема» зависят от угла продольного V. Он должен составлять около 2–3О.
Дальнейшим развитием «тандема» в настоящее время является «сочлененное» крыло.
Однако объективной информации о самолетах этой схемы пока нет. Предполагается, что за счет уменьшения Мкр на каждом из крыльев в дополнение к уменьшению Мизг можно еще более уменьшить массу конструкции за счет меньшего размаха.
При этом остаются надежды на сохранение преимуществ «тандема» перед другими схемами.Пока из опыта проектирования «тандемов» известно, что необходимо тщательно отрабатывать аэродинамические профили в тандемной комбинации, внимательно относиться к выбору углов заклинения крыльев, параметра превышения крыла над крылом Н, прорабатывать внимательно систему управления.
В частности, рекомендуется переднее крыло устанавливать ниже заднего, придавать ему большее удлинение и угол заклинения, устанавливать на нем рули высоты. На заднем элероны ведут себя более эффективно, т. к. не влияют на несущие поверхности за этим крылом (элероны на переднем крыле ухудшают обтекание потоком заднего крыла).Таким образом, проектирование самолетов схемы «тандем» требует более глубоких исследований на всех этапах создания самолета.Надо сказать, что все, что я процитировал, было написано мной два десятка назад при подготовке лекции по курсу «Проектирование легких самолетов» и базировалось на анализе доступной тогда литературы и опыте группы В.Н. Носика.
В 2011 г. я мог бы к этому добавить, пожалуй, что сочлененное крыло накладывает явные ограничения на конструкцию тандема. Очевидно, что существует некоторое оптимальное положение между передней и задней несущими поверхностями, которое определяется не только интерференцией и влиянием взаимоположения этих поверхностей на динамические характеристики самолета, но и прочностью продольных конструкционных элементов, соединяющих переднее и заднее крылья. С увеличением расстояния между крыльями требуются дополнительные меры по обеспечению прочности и устойчивости этих элементов, а масса их может расти до значений, которые не должны превышать выигрыш в массе конструкции самолета схемы с сочлененным крылом по сравнению с нормальной. Найденное таким образом оптимальное расстояние между несущими поверхностями может оказаться далеко не оптимальным для вертикального оперения, плечо которого, вполне вероятно, окажется недостаточным для эффективного управления по курсу. Придется увеличивать площадь киля, рискуя потерять потенциальный выигрыш в массе конструкции самолета.
Взаимосвязь положений передней и задней несущих поверхностей с положением вертикального оперения прослеживается и в классической схеме «тандем». Именно поэтому на самолетах Quickie Q200 и Proteus выдающийся Burt Rutan вынес кили далеко назад.
В самолете с сочлененным крылом сделать это практически невозможно, так как киль должен поддерживать заднее (верхнее) крыло.
Решение проблемы некоторые видят в изменении стреловидности переднего и заднего крыла. Но увеличение прямой стреловидности переднего крыла и обратной стреловидности заднего влияет на характеристики сваливания. Появляется риск раннего срыва потока на передней несущей поверхности и затягивания самолета в пикирование.
Возникают сложности и с влиянием на аэродинамику и динамику самолета воздушных винтов, установленных внутри коробки сочлененного крыла. Если винт установить в носовой части самолета, его характеристики будут зависеть от обдувки обоих близко-расположенных крыльев.
Причем влияние это будет зависеть не только от углов атаки и режимов работы двигателя, но и от взаиморасположения несущих поверхностей по высоте (параметра превышения Н).
При установке воздушных винтов за передней поверхностью потребуются дополнительные исследования влияния генерируемого ими потока на заднюю поверхность.
Если она будет расположена с небольшим по отношению к оси винтов превышением, обдувка нижней плоскости заднего (верхнего) крыла может существенно повлиять не только на аэродинамику, но и на динамику полета самолета.
И влияние это будет проявляться нелинейно при изменении углов атаки, так как на больших углах будет сказываться дополнительно и интерференция от передней несущей поверхности.
Как видим, сочлененное крыло создает массу «сочлененных» проблем, решение которых требует инженерного искусства и серьезных исследований.
Тем ценнее опыт проекта IDINTOS.Аббревиатура IDINTOS в переводе с итальянского означает «Инновационный гидросамолет Тосканы» (Toscana – одна из областей Италии). Ключевым исполнителем проекта и, очевидно, его инициатором является Университет города Пиза, старейшее, образованное еще в 1343 г. учебное заведение Тосканы, да и Европы в целом.
Конкретно проект выполнен ПРОЕКТ IDINTOSна кафедре энергетического машиностроения, систем, Земли и строительства с партнерами.
Региональное правительство этой области финансирует IDINTOS с 2011 г. В проекте участвуют не менее девяти партнеров – исследовательских центров, учреждений и предприятий, расположенных в Пизе, Флоренции и других городах Тосканы.
Эта область уже около века известна как один из центров гидроавиастроения. Здесь выпускали лодки Dornier Wal (1929), самолеты и амфибии Piaggio P.7 (1929), Piaggio P.136 (1948). IDINTOS – шаг к возрождению былой славы.Несмотря на глубокие итальянские корни, амфибия, спроектированная и построенная в рамках проекта IDINTOS, получила название PrandtlPlane как дань уважения выдающемуся немецкому аэродинамику Людвигу Прандтлю (Ludwig Prandtl). Именно он в начале 20-х годов прошлого века высказал идею использовать сочлененное крыло (box-wing system) для получения целого ряда преимуществ (уменьшение аэродинамического сопротивления, уменьшение габаритов и массы самолета). Эту идею с 80-х годов в аэрокосмической секции уже упомянутой кафедры Университета Пизы разрабатывал профессор Альдо Фредиани (Aldo Frediani). И вот какой получен в итоге результат.Построен опытный двухместный сверхлегкий самолет-амфибия.
К сожалению, его характеристики не приведены ни в рекламных проспектах, ни на сайте
www.idintos.eu, поэтому ограничимся общим анализом
Голосование
16 (23.2%)
Автор
Тема: Малая авиация - большое будущее, ужаснейшее начало пути... (Прочитано 257966 раз)