Обсуждение схем низкоплана и высокоплана
рейтинг: +7+x

А что по поводу компоновок высокоплан / низкоплан?

Высокоплан

high-plane.GIF

Низкоплан

low-wing.GIF

Достоинство высокоплана одно — низкорасположенный фюзеляж сильно облегчает загрузку. Особенно тем, кто "может заехать своим ходом" :) Выше двигатели, снижается вероятность попадания мусора — ценно при посадке на грунт. Однако высоко висящий двигатель сложнее обслуживать — требуется таскать стремянку. При аварии высокоплан, кстати, садится на брюхо, в котором — колеса, а не крылья, баки и двигатели. При посадке на воду у низкоплана топливные кессоны и фюзеляж обеспечивают плавучесть самолёта (крыло служит понтоном). У высокоплана такого "понтона" нет.

К счастью, такое случается редко, а вот каждый день:

  • Высокое крыло не позволяет использовать при взлете эффект «экрана» — значит, разбег на взлёте будет длиннее.
  • Высокое крыло отправляет спутную струю перелохмаченного воздуха на хвостовое оперение — следовательно оперение нужно делать "Т"-образное, больше, тяжелее и поднимать наверх (смотрите на снимки, сравните оперение на разных самолетах). При маневрах все равно — чревато.
  • При высоком крыле шасси выводится в фюзеляж, оно занимает место, гондолы выпирают, увеличивая лобовое сопротивление (это я к мелочам придираюсь)
  • Главное: в полёте на крыло действует подъёмная сила (давит вверх), на земле — гравитация. У низкоплана шасси на крыле — значит, нагрузка на крыло всегда снизу вверх. У высокоплана на земле крыло (вместе с тяжелыми двигателями) свисает с фюзеляжа, нагрузка идет вниз. Лишняя нагрузка — нужна лишняя прочность, а это лишний вес, объем, цена.

Так понемножку и складывается суммарная переплата, которую платят транспортники за возможность брать груз чуть ли не с самой земли. Для них — оправдано. Пассажирские самолёты уже не используют (понятно почему) верхнее крыло, практически никогда.

Валерий Попов писал: Силовая схема высокоплана менее эффективна, чем у низкоплана, в том смысле, что у высокоплана необходимо вводить дополнительные силовые элементы, воспринимающие инерционные нагрузки от массы крыла при посадке. У низкоплана эти нагрузки воспринимаются теми же силовыми элементами, которые воспринимают полётные аэродинамические нагрузки.

Подробнее: все инерционные нагрузки уравновешиваются в точке контакта пневматика с ВПП, или, для простоты, в узлах навески шасси к конструкции самолёта. В случае низкоплана инерционная нагрузка от фюзеляжа передаётся к узлам навески через кессон крыла. Для высокоплана инерционная нагрузка от массы крыла передаётся к узлам навески через силовые шпангоуты, которые в полёте не работают. Т.е. всю эту светотень надо возить даром.

Коли уж названа цифра по массе конструкции крыла, завершу рассуждения о нагрузках на фюзеляж высокоплана:

Крыло — 4800 кг
2 двигателя — 4000 кг
Топливо — 11400 кг
Итого — 20,2 тонны.

Перегрузку в ЦТ при посадке с максимальным взлетным весом можно приближенно взять 1,7. Без учёта коэффициента динамичности, силовые шпангоуты фюзеляжа должны передать на узлы навески шасси расчетную нагрузку более 50 тонн. Сжатием с изгибом.

Теперь о «вездеходности» высокопланов.

Улучшение какой-либо характеристики, в частности, условий базирования, всегда сопровождается ухудшением других характеристик. Для высокопланов это объём и высота багажных отсеков под полом пассажирской кабины. Если кто-то не в курсе, для авиакомпаний это значит, что отсутствует возможность дополнительного и весьма существенного заработка на перевозке грузов. (смотрите: "сравнение багажных отсеков Ан-148 и Superjet-100")

В условиях, когда можно построить аппарат максимум на 5% лучше конкурентов, любое ухудшение характеристик чревато тем, что на проекте будет поставлен жирный крест. Я опасаюсь, что судьба высокопланов предопределена их схемой. Им позволят выполнять рейсы только в специфических неблагоприятных условиях. Львиная доля перевозок выполняется и будет выполняться самолётами классической схемы (низкопланами с двигателями под крылом) и, как только пассажиропоток вырастет и условия базирования изменятся, высокопланы будут вытеснены более эффективными конкурентами.


dibujoiom.jpg

Рыжков Сергей пишет: Участок от стойки шасси до конца крыла в нижнем варианте работает как всё крыло в верхнем. Но в нижнем плечо меньше. (Значит, у низкоплана меньше нагрузки и крыло можно сделать легче.)

При посадке нагрузка (точнее, момент силы, действующей на стыке с фюзеляжем) на участок от фюзеляжа до стойки шасси в варианте «шасси на крыле» выше, но если вы хорошо подумаете, то поймёте, что он всё равно существенно ниже, чем при полёте. Так как и в полете, и на стоянке действует одна и та же сила F, но на стоянке она приложена в точке крепления шасси, то есть достаточно близко к фюзеляжу, а в полёте распределена по всему крылу, то есть в полёте эффективное плече приложения силы существенно больше. Проблема с шасси на крыле возникает только в момент касания земли, тогда мы действительно имеем дополнительный момент силы, но всё-таки сила приложена достаточно близко к фюзеляжу.

У компоновки высокоплана на самом деле есть ещё один большой и общеизвестный недостаток — у низкоплана фюзеляж просто лежит на крыле и нагрузки в месте крепления возникают относительно небольшие, а у высокоплана он по сути подвешен под крылом и, соответственно, узел крепления должен выдерживать вес всего фюзеляжа. Нагрузки в этом месте возникают очень приличные и приходится усиливать И узел крепления, И сам фюзеляж.

***

Дискуссия о преимуществах той или другой схемы, основанная, как правило, на умозрительных доводах, достигает, порой, высокого эмоционального накала.

Достоинства схемы низкоплана по сравнению с высокопланом состоят в следующем:

  • меньшая омываемая поверхность низкоплана приводит к уменьшению сопротивления самолёта, масса его конструкции меньше;
  • низкоплан позволяет обеспечить потребную ширину колеи основных опор из расчета защиты от опрокидывания. Устойчивость к боковому опрокидыванию у высокоплана существенно ниже и явно недостаточна, что накладывает ограничения на эксплуатацию при боковом ветре;
  • более низкий уровень шума в пассажирском салоне;
  • в случае аварийного приводнения низкоплан располагает большими возможностями для эвакуации пассажиров, чем высокоплан;
  • в случае нелокализованного разлета осколков роторов основного двигателя (что обязательно рассматривается при сертификации самолета) низкоплан эффективнее защищает пассажиров и бортовые системы от мелких осколков;
  • низкое расположение облегчает обслуживание двигателя, а также боковой коробки приводов самолетных агрегатов.

Перечисленные особенности низкоплана и определяют увеличение числа пассажирских самолётов, выполненных по такой схеме.

Фактически, в мире сейчас только одна фирма делает реактивные пассажирские самолеты-высокопланы — «АНТК им Антонова». Все остальные фирмы делают (реактивные пассажирские) самолёты-низкопланы.

Турбореактивные пассажирские самолеты

высокопланы
Антонов Ан-148/158
низкопланы
Боинг 727, 737, 747, 757, 767, 777, 787
Айрбас 318, 319, 320, 330, 340, 350, 380
Эмбрайер 170, 175, 190, 195 и пр;
Бомбардье 700/800/900/1000, C-series
Яковлев Як-40/42
Туполев Ту-134/154/204/214/334
ОАК Суперджет-100, МС-21
COMAC ARJ-21;
Мицубиси MRJ;  

Зачем же КБ Антонова сделало свой выбор в пользу высокоплана?

4321 пишет: Потому-что "я его слепила из того что было". У них все самолеты в истории КБ были высокопланами (кроме Ан-2 и проекта Ан-218)

Зачем же все-таки авиакомпаниям турбореактивный высокоплан?

4321 пишет: Дык нет таких компаний последние лет 10. И новых турбореактивных высокопланов тоже. За исключением АНов.

andrey_che: Где Вы видели в природе хоть одну птицу, имеющую аэродинамическую схему "низкоплан"? Все они, говоря языком аэродинамики, имеют схему "высокоплан"…. Так что Господь Бог/Дарвин за аэродинамику КБ Антонова… Если бы птицы имели аэродинамическую схему "низкоплан", то у Вас, пардон, руки росли бы прямо из задницы!

Петр ответил: Боинг с Эрбасом бьются в истерике, осознав свою неправоту и неумение строить самолёты, а работники их КБ хором записываются на приём к хирургу, проверять откуда растут руки…
А ведь благодатнейшую тему andrey_che затронул, видимо сам не понимая, что делает. Я вот сейчас фотографии птиц рассматриваю и думаю, куда Господь Бог/Дарвин одобрил установку двигателей на самолётах Антонова. Равно как и вертикального хвостового оперения :-)

FRAM пишет: Надо еще поменять колесные шасси на лапки. Тогда аутентичнее будет. А то как-то с колесом в природе обломинго. Судя по всему эффективнее иные способы перемещения по поверхности. Гребные винты тоже выкинуть… Укронаука не велит.

Grisha пишет: Сравнение с птицами вообще некоректное… В отличие от самолетов, у птиц нет в хвосте или под крыльями вентиляторов, им крыльями махать надо. Я бы посмотрел как бы они махали, если бы крылья были снизу.

vilorov vilen пишет: Странно, что этот вопрос поднимается (и не в первый раз) среди авиаторов. Упрощенный ответ таков -

Максимальная подъемная сила крыла в машущем полете развивается в положении близко к горизонтальному. Если бы птицы были низкопланами, то крыло с силой билось бы о землю при взлете и всем им пришлось бы отращивать длинные ноги или, чтобы избежать травмирование крыла, пришлось бы тратить очень много энергии на торможение крыла в точке максимальной эффективности крыла махолетов. 

Второй момент связан с механизмом работы мышц. Мышца эффективно работает только на сокращение, растягивание же почти полностью происходит за счет сокращения других мышц. И при низком расположении крыла, при креплении мышцы к кости крыла почти у основания, будем иметь очень малую длину сокращения мышцы при максимальной (в отличие от холостого хода при взмахе) нагрузке. При верхнем расположении крыла энергоэффективность мышцы на порядки выше, плюс есть место для крепления дополнительных мышц на ребрах, коих не будет при низко расположенном крыле.
myshci_ptitsi.jpg
источник: biology1.ucoz.ru

Есть еще и мелкие причины верхнего расположения крыла у птиц и "козявок", но основные - две вышеназванные. Причем одинаково важные. 

Приводить в пример птиц, как высокопланов, - крайне не верно.

polet_ptitsi.jpg
Рисунок из книги О.П. Коклюшкина, А.В. Лашкул, "Интегрированные уроки биологии"

Читайте также:

20 Jun 2012 14:11 (опубликовано: skydiver000)


Если вам понравилась статья, не забудьте поставить "+"

рейтинг: +7+x

Facebook vk16.png twitter_icon.png livejournal.gif mailru-share-16.png ok-logo.png

Добавить новый комментарий
fancy-divider.gif

Читайте далее

  • Обсуждение темпов выпуска и композитов - О темпах выпуска Barbudos писал: Удивляет что? То, что Боинг имеет мощностя такие, что может выделить из своих многотысячных заказов 50 новых 737-х для России только за 4 (!) года. На фоне того, что мы слепили за 4-5 лет всего 28 Суперджетов...… (+20)
  • Сравнение CSeries 100 и SSJ100 - V_teme писал: CS100 даже в текущем (бумажно-идеальном) виде никакой не конкурент RRJ95B. Разница в MTOW составляет 12,271 кг при разнице в паксовместимости в стандартной конфигурации всего в 12 паксов (1,224 кг). Расчетная дальность CS100 с MTOW при...… (+19)
  • Сравнение цены двигателя SaM-146 с конкурентами - Цена двигателя SaM-146 равна $2,7 млн (в 2010-м году). Цифры из ежеквартального отчёта ГСС (страница 79, сверху): Дата совершения сделки: 29.04.2010 Вид и предмет сделки: Заказ № PO/340-RRJ-PJк Рамочному договору Поставки № DDC-RRJ-SCA-PJ-026 от...… (+11)
  • Обсуждение количества инцидентов - На одном форуме произошел небольшой спор о большом количестве инцидентов с Суперджетом. Цитаты: вовчек: за 2012 год 24 инцидента c SSJ. Соотнесите эти цифры с налетом парка, а так же с заявлениями должностных лиц разного ранга о том что для...… (+11)
  • Сравнение самолетов в сегменте 100-149 мест | 10.08.2012 - Статья не закончена: Требуется вычитка и оформление (проверьте перевод) Требуется свести все данные из картикнок в одну удобную таблицу. Ну или большинство данных. Исследование, опубликованое изданием AirInsight, утверждает, что рынок самолетов...… (+11)
page 1 of 512345next »
fancy-divider.gif

Случайные статьи

  • VNAV - Самолет Sukhoi Superjet 100 первым в России сертифицирован по VNAV: АР МАК выдал Дополнение к Сертификату типа на самолет Sukhoi Superjet 100, позволяющее использовать функцию вертикальной навигации VNAV на всех этапах полета. Engineer_2010: Справедливости ради некоторые функции VNAV уже...… (+5)
  • Испытания в высоких северных широтах - Официоз Успешно завершены дополнительные сертификационные испытания самолета Sukhoi Superjet 100 (SSJ100) с целью расширения условий эксплуатации воздушных судов этого типа по выполнению полетов из аэропортов, расположенных в высоких северных широтах. Испытания, в которых был задействован опытный...… (+4)

Использование материалов сайта разрешается только при условии размещения ссылки на superjet100.info

Пока не указано иное, содержимое этой страницы распространяется по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License