Утка (аэродинамическая схема)

Сюда перенаправляется запрос «Переднее горизонтальное оперение». На эту тему нужна отдельная статья.

«Утка» — аэродинамическая схема, при которой у летательного аппарата (ЛА) органы продольного управления по тангажу (горизонтальное оперение) расположены впереди центра тяжести ЛА (крыла). Названа так, потому что один из первых самолётов, сделанных по этой схеме — «14-бис» Сантос-Дюмона — напомнил очевидцам утку: вынесенные вперёд плоскости управления без хвоста сзади.

Преимущества

Классическая аэродинамическая схема летных аппаратов имеет недостаток, называемый «потерями на балансировку».  Горизонтальное оперение (стабилизатор) в нормальной аэродинамической схеме имеет отрицательную подъемную силу, то есть в горизонтальном полете для создания положительного угла атаки несущего крыла стабилизатор как бы опускает хвостовую часть самолета вниз. При этом положительная подъёмная сила крыла уменьшается на величину отрицательной подъёмной силы горизонтального стабилизатора. В авиации это называется потеря на "балансировку". В схеме «утка» управление по тангажу осуществляется без потерь подъемной силы на балансировку. Здесь все происходит наоборот, для создания выгодного угла атаки крыла стабилизатор как бы поднимает переднюю часть самолета, при этом подъёмные силы складываются, так как направлены в одном направлении. Поэтому самолеты, сделанные по этой схеме имеют важное преимущество - меньшую нагрузку на единицу площади крыла. Площадь плоскости стабилизатора является тоже несущей. Еще одним важным преимуществом схемы "Утка" является почти полное отсутствие сваливания, то есть войти в неуправляемый плоский штопор самолет практически не может. Это объясняется тем, что при потере скорости или большом угле атаки срыв воздушного потока происходит прежде на переднем горизонтальном оперении (ПГО), и самолет слегка опускает нос "клюёт", тем самым предотвращая срыв потока, на основном крыле и переводя ЛА в режим управляемого пикирования.

Схема «утка» обеспечивает управление по тангажу без потерь подъёмной силы на балансировку. Поэтому ЛА, построенные по этой схеме, имеют лучшие характеристики грузоподъёмности на единицу площади крыла и маневренности по тангажу. Указанные свойства аэродинамической схемы позволяют рассчитывать на получение более высоких несущих свойств и более высокого 

аэродинамического качества самолёта.

Недостатки

Самолёты, построенные по аэродинамической схеме «утка», имеют тенденцию которая в одном случае является достоинством, а в другом серьёзным недостатком, которая называется «тенденция к клевку». «Клевок» наблюдается на больших углах атаки ПГО, близких к критическим. Из-за скоса потока за ПГО угол атаки на крыле меньше, чем на ПГО. В результате по мере увеличения угла атаки срыв потока начинается сначала на ПГО. Это резко уменьшает подъёмную силу на ПГО, что сопровождается самопроизвольным опусканием носа самолёта — «клевком», который на высоте препятствует сваливанию, но очень опасен при взлёте и посадке. С применением ЭДСУ все положения ПГО на разных режимах полёта, приводящие к "клевку", ограничиваются компьютером, вне зависимости от управляющих воздействий пилота на органы управления ЛА.

Существует мнение, что расположенное спереди ПГО способствует увеличению эффективной площади рассеяния (ЭПР) самолёта, а потому считается нежелательным для истребителей пятого поколения (напр., американский F-22 Raptor и российские ПАК ФА использует поворотные части наплывов крыла в качестве ПГО), выполненных с соблюдением технологий радиолокационной малозаметности. Однако, указанные самолёты имеют хвостовое горизонтальное оперение большей площади, которое в зависимости от своего положения также увеличивает ЭПР. Поэтому, ЛА с передним или задним горизонтальным оперением будет одинаково проигрывать в ЭПР ЛА без горизонтального оперения (летающее крыло, бесхвостка).

Также пилоты, привыкшие летать на самолётах с классической аэродинамической схемой, при полётах на «утке» жалуются на ограничение обзора, создаваемого ПГО. Устранить этот недостаток можно на стадии проектирования ЛА переносом ПГО из зоны обзора (например за кабину пилота, как на "Рафалях", "Миражах", "Еврофайтерах", "Саабах" и др. ЛА).

Похожие схемы

«Бесхвостка с ПГО» — схема, в которой переднее оперение используется не для управления по тангажу, а для улучшения взлётно-посадочных характеристик или балансировки на сверхзвуковых скоростях (Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Ту-144 и North American XB-70 Valkyrie).

Биплан-тандем — «утка» с близкорасположенным передним крылом — схема, в которой основное крыло расположено в зоне скоса потока от переднего горизонтального оперения (ПГО). По такой схеме сбалансированы Saab JAS 39 Gripen и МиГ 1.44.

Также различные разновидности схемы «утка» используются для многих управляемых ракет.

• Wrightflyer.jpg

  Самый первый аэроплан «Флайер-1» использовал схему «утка».

• Typhoon1JM.jpg

  Eurofighter Typhoon

• Rafale2 ag1.jpg

  Dassault Rafale

• Swedish JAS-39 Gripen landing.jpg

  Saab JAS 39 Gripen

• NASA-2000Starship.jpg

  Административный самолет Beechcraft Starship

• PterodactylAscenderII-B202.jpg

  Схема «утка» применяется и в малой авиации (Pterodactyl Ascender II+2)

• Saab JA37 37447 Swedish Air Force Marcel van Leeuwen.jpg

  Saab 37 Viggen. Первый в мире серийный военный реактивный самолёт с передним горизонтальным оперением

См. также

• Бесхвостка
• Летающее крыло
• Нормальная аэродинамическая схема
• Триплан

Литература

• Лётные испытания самолётов, Москва, Машиностроение, 1996 (К. К. Васильченко, В. А. Леонов, И. М. Пашковский, Б. К. Поплавский)

Отрывок, характеризующий Утка (аэродинамическая схема)

Лошадей подали. Денисов рассердился на казака за то, что подпруги были слабы, и, разбранив его, сел. Петя взялся за стремя. Лошадь, по привычке, хотела куснуть его за ногу, но Петя, не чувствуя своей тяжести, быстро вскочил в седло и, оглядываясь на тронувшихся сзади в темноте гусар, подъехал к Денисову.
– Василий Федорович, вы мне поручите что нибудь? Пожалуйста… ради бога… – сказал он. Денисов, казалось, забыл про существование Пети. Он оглянулся на него.
– Об одном тебя пг'ошу, – сказал он строго, – слушаться меня и никуда не соваться.
Во все время переезда Денисов ни слова не говорил больше с Петей и ехал молча. Когда подъехали к опушке леса, в поле заметно уже стало светлеть. Денисов поговорил что то шепотом с эсаулом, и казаки стали проезжать мимо Пети и Денисова. Когда они все проехали, Денисов тронул свою лошадь и поехал под гору. Садясь на зады и скользя, лошади спускались с своими седоками в лощину. Петя ехал рядом с Денисовым. Дрожь во всем его теле все усиливалась. Становилось все светлее и светлее, только туман скрывал отдаленные предметы. Съехав вниз и оглянувшись назад, Денисов кивнул головой казаку, стоявшему подле него.
– Сигнал! – проговорил он.
Казак поднял руку, раздался выстрел. И в то же мгновение послышался топот впереди поскакавших лошадей, крики с разных сторон и еще выстрелы.
В то же мгновение, как раздались первые звуки топота и крика, Петя, ударив свою лошадь и выпустив поводья, не слушая Денисова, кричавшего на него, поскакал вперед. Пете показалось, что вдруг совершенно, как середь дня, ярко рассвело в ту минуту, как послышался выстрел. Он подскакал к мосту. Впереди по дороге скакали казаки. На мосту он столкнулся с отставшим казаком и поскакал дальше. Впереди какие то люди, – должно быть, это были французы, – бежали с правой стороны дороги на левую. Один упал в грязь под ногами Петиной лошади.
У одной избы столпились казаки, что то делая. Из середины толпы послышался страшный крик. Петя подскакал к этой толпе, и первое, что он увидал, было бледное, с трясущейся нижней челюстью лицо француза, державшегося за древко направленной на него пики.
– Ура!.. Ребята… наши… – прокричал Петя и, дав поводья разгорячившейся лошади, поскакал вперед по улице.
Впереди слышны были выстрелы. Казаки, гусары и русские оборванные пленные, бежавшие с обеих сторон дороги, все громко и нескладно кричали что то. Молодцеватый, без шапки, с красным нахмуренным лицом, француз в синей шинели отбивался штыком от гусаров. Когда Петя подскакал, француз уже упал. Опять опоздал, мелькнуло в голове Пети, и он поскакал туда, откуда слышались частые выстрелы. Выстрелы раздавались на дворе того барского дома, на котором он был вчера ночью с Долоховым. Французы засели там за плетнем в густом, заросшем кустами саду и стреляли по казакам, столпившимся у ворот. Подъезжая к воротам, Петя в пороховом дыму увидал Долохова с бледным, зеленоватым лицом, кричавшего что то людям. «В объезд! Пехоту подождать!» – кричал он, в то время как Петя подъехал к нему.
– Подождать?.. Ураааа!.. – закричал Петя и, не медля ни одной минуты, поскакал к тому месту, откуда слышались выстрелы и где гуще был пороховой дым. Послышался залп, провизжали пустые и во что то шлепнувшие пули. Казаки и Долохов вскакали вслед за Петей в ворота дома. Французы в колеблющемся густом дыме одни бросали оружие и выбегали из кустов навстречу казакам, другие бежали под гору к пруду. Петя скакал на своей лошади вдоль по барскому двору и, вместо того чтобы держать поводья, странно и быстро махал обеими руками и все дальше и дальше сбивался с седла на одну сторону. Лошадь, набежав на тлевший в утреннем свето костер, уперлась, и Петя тяжело упал на мокрую землю. Казаки видели, как быстро задергались его руки и ноги, несмотря на то, что голова его не шевелилась. Пуля пробила ему голову.
Переговоривши с старшим французским офицером, который вышел к нему из за дома с платком на шпаге и объявил, что они сдаются, Долохов слез с лошади и подошел к неподвижно, с раскинутыми руками, лежавшему Пете.
– Готов, – сказал он, нахмурившись, и пошел в ворота навстречу ехавшему к нему Денисову.
– Убит?! – вскрикнул Денисов, увидав еще издалека то знакомое ему, несомненно безжизненное положение, в котором лежало тело Пети.
– Готов, – повторил Долохов, как будто выговаривание этого слова доставляло ему удовольствие, и быстро пошел к пленным, которых окружили спешившиеся казаки. – Брать не будем! – крикнул он Денисову.
Денисов не отвечал; он подъехал к Пете, слез с лошади и дрожащими руками повернул к себе запачканное кровью и грязью, уже побледневшее лицо Пети.
«Я привык что нибудь сладкое. Отличный изюм, берите весь», – вспомнилось ему. И казаки с удивлением оглянулись на звуки, похожие на собачий лай, с которыми Денисов быстро отвернулся, подошел к плетню и схватился за него.
В числе отбитых Денисовым и Долоховым русских пленных был Пьер Безухов.


О той партии пленных, в которой был Пьер, во время всего своего движения от Москвы, не было от французского начальства никакого нового распоряжения. Партия эта 22 го октября находилась уже не с теми войсками и обозами, с которыми она вышла из Москвы. Половина обоза с сухарями, который шел за ними первые переходы, была отбита казаками, другая половина уехала вперед; пеших кавалеристов, которые шли впереди, не было ни одного больше; они все исчезли. Артиллерия, которая первые переходы виднелась впереди, заменилась теперь огромным обозом маршала Жюно, конвоируемого вестфальцами. Сзади пленных ехал обоз кавалерийских вещей.
От Вязьмы французские войска, прежде шедшие тремя колоннами, шли теперь одной кучей. Те признаки беспорядка, которые заметил Пьер на первом привале из Москвы, теперь дошли до последней степени.