Почему Ту-144 единственный коммерческий самолет с конфигурацией «слух»?

Вопросы / ответыПочему Ту-144 единственный коммерческий самолет с конфигурацией «слух»?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 2 недели назад

Я понимаю, что дельта-крыло было выбрано из-за сверхзвукового круиза (например, Concorde), и были добавлены утки, чтобы уменьшить скорость подхода/посадки. Но утки могут использоваться без Дельта-крыла (например, Focke Wulf F-19, Soukhoï Su-47, Rutan Voyager,…), поэтому я не понимаю, почему конфигурация крыла утки не используется среди коммерческих самолетов.

TU144

flyman Админ. ответил 2 недели назад

Было бы полезно добавить изображение упомянутого самолета?

3 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 2 недели назад

Короткий ответ: утки имеют наибольший смысл с отрицательной статической стабильностью и высокой маневренностью. Коммерческий самолет тоже не нужен, поэтому обычная компоновка работает лучше всего.

Для статически стабильного самолета обычная компоновка дает наибольшую эффективность при достаточном демпфировании. Статическая стабильность требует, что передние поднимаясь поверхности создают больше подъема пропорционально к их размеру чем задние поверхности. Вот ответ на соответствующий вопрос.

Вы хотите, чтобы самолет вернулся в исходное положение полета, если он был нарушен, скажем, порывом или толчком на палке. Это может быть сделано, создавая пропорционально больше подъемной силы с передними поверхностями (= крыло в обычной конфигурации), чем с задними поверхностями (= крыло в конфигурации утки). Скажем, толчок поднимает самолет. Теперь аэродинамические силы должны измениться таким образом, чтобы увеличить подъемную силу пропорционально больше на задних поверхностях, поэтому самолет опускается и возвращается в исходное положение. Распределяя подъемную силу вышеописанным способом, одно и то же изменение угла атаки как на переднюю, так и на заднюю поверхность создаст пропорционально более высокое увеличение подъемной силы на задней поверхности, делая самолет (статически) стабильным.

Это требует, чтобы одна из (в основном) двух поверхностей не вносила столько же вклада в создание лифта, сколько могла. Вы хотите, чтобы эта поверхность была меньше одной из них, поэтому вся конфигурация может создать как можно больше лифта с заданной скоростью. Слух был бы плохим выбором для коммерческого самолета, потому что большое крыло теперь будет летать на долю его потенциала.

Как только вы переместите центр тяжести назад, чтобы улучшить маневренность, все изменится: теперь задняя поверхность создает пропорционально больше лифта, поэтому меньшая поверхность должна идти впереди. Вуаля, слух!

Теперь добавьте вперед стреловидность, которая заставит кончики крыльев закручиваться на более высокие углы атаки при увеличении подъемной силы, и вы получите действительно отзывчивый самолет (но нужно быть осторожным, чтобы не перенапрячь его!). Это было сделано на Х-29 и «Беркуте«.

Как отметил джуэнтинг, утка на Ту-144 не была контрольной поверхностью, но ее следует рассматривать как своего рода отдельную планку. Кроме того, добавляя некоторую подъемную силу перед крылом, он позволяет опускать закрылки крыла в медленном полете, увеличивая потенциал подъема основного крыла при сохранении местоположения центра тяжести и стабильности.

И пока мы этим занимаемся: у Piaggio Avanti есть слух и обычный хвост. Здесь утка помогает поставить лонжерон крыла за зону кабины, облегчает полет с широким диапазоном c.g. положения и увеличить аэродинамическое демпфирование. Это один из очень немногих примеров, когда в коммерческих самолетах слухи делаются правильно!

flyman Админ. ответил 2 недели назад

Вы заявляете, что обычная компоновка является наиболее эффективной для статически стабильного самолета. Поэтому я думаю, что это ставит вопрос о том, почему коммерческие самолеты продолжают требовать статической стабильности: что-то еще считается слишком небезопасным, даже для грузовых самолетов, и даже если есть значительный прирост эффективности? Я чувствую, что это большая часть первоначального вопроса.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@romkyns: строго говоря, естественная статическая стабильность не требуется, если FCS работает. Кроме того, самолет по-прежнему может летать с пониженной стабильностью, и если маловероятный отказ означает ограниченное увеличение рабочей нагрузки для пилота, уменьшенная, но все же положительная стабильность будет соответствовать действующим стандартам сертификации. Но даже тогда утка все равно была бы хуже стандартной конфигурации. И подумайте вот о чем: я говорил около 1990 года с пилотами а-310, которые категорически отказались когда-либо заполнять танк в empennage, потому что они ошибочно полагали, что это сделает самолет мгновенно неустойчивым.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 2 недели назад

Слухи на Ту-144 технически не были утками. Это были неподвижные поверхности, не двигающиеся.
Они были чисто подъемными устройствами для улучшения низкоскоростной обработки (и, таким образом, помогали снизить скорость посадки, которая была чрезмерно высокой).
Они были добавлены, потому что низкоскоростная обработка, как находили, была недостаточной из-за худшего (по сравнению с Concorde) дизайна крыла.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

Статический слух все еще слух.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@ slebetman jwenting аватар приводит меня к мысли, что он знает о слух Тхо…

flyman Админ. ответил 2 недели назад

Проблема была не в крыле (во всяком случае, оно, вероятно, превосходило аэродинамически Concorde и в любом случае имело значительно меньшую нагрузку); скорее, это было сочетание конструктивных решений с тесно упакованными двигателями и более коротким шасси. Это сделало Ту более восприимчивым к ударам хвостом и значительно ограничило его посадочное положение. Таким образом складывая утки были добавлены так, что щитки смогли быть использованы.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@Зевс крыло было проблемой для низкой скорости полета. На высоких скоростях это было действительно очень хорошо. Факторы, о которых вы упомянули, конечно, не помогли.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 2 недели назад

Потому что это не аэродинамически эффективно. Для достижения устойчивости передняя поверхность должна лететь под большим углом атаки, чем задняя. Таким образом, утка должна летать под довольно высоким углом атаки, что приводит к высокому сопротивлению и нарушает воздушный поток для основного крыла, что еще больше снижает его эффективность. Это не шанс, что большинство современных самолетов имеют одинаковую компоновку. Самая эффективная известная конструкция.

Кроме того, в то время как более высокий угол атаки утки приводит к его самому большому преимуществу, нежное поведение сваливания, когда самолет просто мягко опускает нос, это означает, что максимальный применимый угол атаки уменьшается. Это увеличивает скорость посадки и уменьшает запас прочности в случае, если самолет попадет в сдвиг ветра. Подходящий поворот крыла обеспечивает не намного худшее поведение стойла без этих недостатков.

С крыльями перепада, утка имеет преимущество что она увеличивает угол стойла нападения и таким образом максимального подъема, потому что утка действует как генератор Вортекса. Это означает более резкие повороты на высокой скорости и более низкую посадочную скорость, поэтому такая конфигурация популярна у истребителей (Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Saab JAS-39 Grippen), где маневренность важнее эффективности. Кроме того, эти конструкции не являются стабильными (вместо этого стабилизированы компьютером; позволяет быстрее управлять ответом), поэтому утка не производит столько сопротивления.

Су-47 использует утку в первую очередь по компоновочным соображениям, так как крыло с прямой стреловидностью не оставляет много места в хвосте, но много места в носу. И неясно, насколько хороша компоновка на самом деле; похоже, что за ней не следуют другие военные проекты. Grumman X-29 впервые полетел в 1984 году, но никакого последующего дизайна не было создано.

Rutan Voyager противостоит неэффективности, не летая на утке под высоким углом атаки, что дает хорошую эффективность, но плохую стабильность высоты тона. Это было управляемо для хороших летчиков-испытателей, но не подходит для среднего пилота авиакомпании. И заметьте что это также исключает преимущество поведения стойла утки.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

Хорошо для превосходства мастерства летчиков-испытателей, но в настоящее время почти все новые коммерческие самолеты летают по проводам с повышением компьютерной стабильности.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@ManuH: fly-By-wire на самом деле снижает стабильность, если он делает что-нибудь с ним. Airbus FBW делает самолет искусственно нейтрально стабильным, но аэродинамически самолет по-прежнему положительно стабилен, поэтому его можно летать с механической поддержкой. И Airbus один (Sukhoi копирует его в СУ-100, но это единственное, о чем я знаю); Boeing FBW обеспечивает только защиту конверта полета, но не влияет на стабильность.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@ManuH: конечно, военные самолеты-это другое дело. Новые истребители почти всегда аэродинамически неустойчивы, а их FBW повышает стабильность (дополнительным осложнением является то, что сверхзвуковые самолеты более стабильны в сверхзвуковом режиме, поэтому, если они хотят быть очень маневренными на сверхзвуковой скорости, они оказываются неустойчивыми на дозвуковой). Но это не относится к транспортным самолетам.

flyman Админ. ответил 2 недели назад

@ManuH, вы покрываете много земли в нескольких словах:»…в настоящее время почти все новые коммерческие самолеты летают по проводам с повышением компьютерной стабильности.»Fly-By-wire на самом деле снижает стабильность, если он делает что-нибудь с ним.»Boeing FBW обеспечивает только защиту конверта полета, но оставляет стабильность незатронутой.- Помедленнее, точно указывай, что ты хочешь сказать.