Биплан - Biplane

Не путать с Тандемное крыло.
Для бипланов по математике см. Блочная конструкция § Бипланы.
Первая мировая война Сопвит Кэмел биплан

А биплан это самолет с двумя основными крылья сложены один над другим. Первый силовой, управляемый самолет летать, Райт Флаер, использовала бипланную компоновку крыла, как и многие самолеты в первые годы авиация. Хотя конструкция крыла биплана имеет конструктивное преимущество перед монопланом, она дает больше тянуть чем моноплан крыло. Улучшенные конструкционные технологии, лучшие материалы и более высокие скорости сделали конфигурацию биплана устаревшей для большинства целей к концу 1930-х годов.

Бипланы обладают рядом преимуществ перед обычными. консоль конструкции монопланов: они допускают более легкую конструкцию крыла, низкую нагрузку на крыло и меньший размах для данной площади крыла. Однако помехи между воздушным потоком над каждым крылом существенно увеличивают лобовое сопротивление, а бипланы обычно нуждаются в усилении жесткости, что вызывает дополнительное сопротивление.

Бипланы отличаются от тандемное крыло устройства, в которых крылья размещены вперед и назад, а не сверху и снизу.

Этот термин также иногда используется в биология, чтобы описать крылья некоторых летающие животные.

Характеристики

Биплан-дельтаплан 1920-х годов

В самолетах-бипланах два крыла расположены одно над другим. Каждое из них обеспечивает часть подъемной силы, хотя они не могут производить вдвое большую подъемную силу, чем одно крыло аналогичного размера и формы, потому что верхнее и нижнее работают почти в одной и той же части атмосферы и, таким образом, мешают поведению друг друга. . Например, в крыле соотношение сторон 6, а расстояние между крылом - один аккорд длина, конфигурация биплана будет производить только примерно на 20 процентов больше подъемной силы, чем одинарное крыло того же план.[1]

Нижнее крыло обычно крепится к фюзеляж, а верхнее крыло приподнято над фюзеляжем с расположением стойки кабана, хотя использовались другие устройства. Одно или оба основных крыла могут поддерживать элероны, а закрылки чаще располагаются на нижнем крыле. Между верхним и нижним крыльями почти всегда добавляются распорки в виде межплоскостные стойки расположены симметрично по обеим сторонам фюзеляжа и стяжных тросов, чтобы конструкция не изгибалась там, где крылья сами по себе не являются консоль конструкции.

Преимущества и недостатки

Советский Антонов Ан-2 биплан 1940-х годов

Основное преимущество биплана перед моноплан это его способность сочетать большую жесткость с меньшим весом. Жесткость требует структурной глубины, и там, где ранние монопланы должны были иметь внешние крепления, биплан, естественно, имеет глубокую структуру, и поэтому его легче сделать как легким, так и прочным. Такелажные тросы на неконтилевированных монопланах расположены под гораздо более острым углом, что обеспечивает меньшее натяжение для обеспечения жесткости внешнего крыла. На биплане, поскольку углы ближе к идеалу, когда они находятся на прямой линии с противодействующими силами, общая конструкция может быть сделана более жесткой. Из-за пониженной жесткости монопланы с тросами часто имели несколько комплектов летучих и посадочных тросов, при этом биплан можно было легко построить с одним отсеком, с одним комплектом посадочных и летучих тросов. Однако дополнительного сопротивления тросов было недостаточно, чтобы компенсировать аэродинамические недостатки из-за того, что два аэродинамических профиля мешали друг другу. Были опробованы монопланы с подкосами, но ни один из них не увенчался успехом, не в последнюю очередь из-за сопротивления из-за количества используемых стоек.

Структурные силы, действующие на лонжероны крыла биплана, как правило, ниже, поскольку они разделены между четырьмя лонжеронами, а не двумя, поэтому крыло может использовать меньше материала для получения той же общей прочности и, следовательно, легче. Заданная площадь крыла также имеет тенденцию быть короче, что снижает изгибающие моменты на лонжеронах, что позволяет им также иметь более легкую конструкцию.[2] Однако биплану необходимы дополнительные стойки для поддержания зазора между крыльями, что увеличивает как вес, так и сопротивление.

Малая мощность двигателей, имевшихся в первые годы существования авиации, ограничивала самолеты на довольно низких скоростях. Это потребовало еще меньшего торможение скорость, которая, в свою очередь, требовала низкой нагрузка на крыло, сочетающий в себе большую площадь крыла и легкий вес. Получить достаточно большую площадь крыла без того, чтобы крылья были длинными и, следовательно, опасно гибкими, легче было добиться с помощью биплана.

Меньшее крыло биплана позволяет больше маневренность. После Первой мировой войны это помогло продлить эру бипланов, и, несмотря на недостатки в характеристиках, военные самолеты одними из последних отказались от бипланов. Специалист по спорту пилотажный бипланы все еще производятся в небольшом количестве.

Бипланы испытывают аэродинамические помехи между двумя самолетами, когда воздух высокого давления под верхним крылом и воздух низкого давления над нижним крылом компенсируют друг друга. Это означает, что на практике биплан не имеет вдвое большей подъемной силы, чем моноплан аналогичного размера. Чем дальше друг от друга разнесены крылья, тем меньше столкновение, но распорки должны быть длиннее, а зазор должен быть очень большим, чтобы его заметно уменьшить. Учитывая низкую скорость и мощность ранних самолетов, сопротивление тросов и стоек, а также взаимное влияние воздушных потоков были относительно незначительными и приемлемыми факторами.

Поскольку мощность и скорость двигателя росли поздно Первая мировая война стали практичными толстые свободнонесущие крылья с изначально меньшим лобовым сопротивлением и более высокой нагрузкой на крыло, что, в свою очередь, сделало монопланы более привлекательными, поскольку помогло решить структурные проблемы, связанные с монопланами, но не дало никаких улучшений для бипланов.

Шатание

Раскачивание крыльев на Флот Финч основной тренер

В стандартной конструкции биплана крылья расположены непосредственно одно над другим. Перемещение верхнего крыла вперед относительно нижнего называется положительное колебание или, чаще, просто пошатнуться. Он может увеличить подъемную силу и уменьшить сопротивление за счет небольшого уменьшения эффекта аэродинамического взаимодействия между двумя крыльями, но чаще использовался для улучшения доступа в кабину. У многих бипланов крылья расположены в шахматном порядке. Общие примеры включают де Хэвилленд Тигровый мотылек, Bücker Bü 131 Jungmann и Путешествие Air 2000.

В качестве альтернативы, нижнее крыло может вместо этого перемещаться впереди верхнего крыла, что дает отрицательное смещение и аналогичные преимущества. Обычно это делается в данном проекте по конструктивным причинам или для улучшения видимости. Примеры отрицательного смещения: Сопвит Дельфин, Breguet 14 и Бичкрафт Staggerwing. Однако гораздо чаще встречается положительное (прямое) покачивание.

Заливы

Пространство, ограниченное набором межплоскостные стойки называется залив (во многом как архитектурная форма используется), поэтому биплан или триплан с одним набором таких стоек, соединяющих крылья с каждой стороны самолета, является одноместный биплан. Это обеспечивало достаточную прочность для небольших самолетов, таких как Первая мировая война -эра Фоккер Д.VII боец и Вторая мировая война де Хэвилленд Тигровый мотылек базовый тренер.

Большой двухместный Curtiss JN-4 Дженни двухсекционный бипланДополнительный отсек необходим, так как слишком длинные отсеки склонны к изгибу и могут выйти из строя. В SPAD S.XIII истребитель, хотя и выглядит как двухпролетный биплан, имеет только один отсек, но его середины такелажа укреплены дополнительными стойками; однако конструктивно они не являются смежными сверху вниз крыла. В Сопвит 1½ Strutter имеет W-образную перемычку, однако, поскольку он не соединяет крылья друг с другом, он не увеличивает количество отсеков.

Большой транспорт и бомбардировка бипланы часто нуждались в еще большем количестве отсеков, чтобы обеспечить достаточную прочность. Иногда их называют многоплановые бипланы. Небольшое количество бипланов, таких как Цеппелин-Линдау Д.И. не имеют межплоскостных распорок и называются бесхитростный.

Такелаж

Основная статья: Крепление (воздухоплавание) § Такелаж

Потому что у большинства бипланов нет консоль конструкции, для сохранения жесткости требуются монтажные проволоки. Ранние самолеты использовали простую проволоку (плетеную или обычную), однако во время Первой мировой войны британцы Королевский авиационный завод Разработана проволока с аэродинамическим профилем, названная RAFwire, для увеличения прочности и уменьшения сопротивления. В конструкции крыла биплана используются тросы четырех типов. Тросы внутри крыльев предотвращают складывание крыльев к фюзеляжу, проходя внутри отсека крыла от переднего внутреннего угла до заднего внешнего угла.[3] Тросы, препятствующие торможению, не позволяют крыльям двигаться вперед при остановке самолета и движутся в направлении, противоположном тросам.[4] Оба они обычно скрыты внутри крыльев, и, если в остальном конструкция достаточно жесткая, в некоторых конструкциях их можно не использовать. Действительно, многие ранние самолеты полагались на тканевое покрытие крыла, чтобы обеспечить такую ​​жесткость, пока более высокие скорости и силы не сделали этого неадекватным. С внешней стороны подъемные тросы предотвращают складывание крыльев и проходят от нижней стороны внешнего крыла к основанию нижнего крыла.[5] И наоборот, посадочные тросы предотвращают провисание крыльев и противодействуют силам при посадке самолета и проходят от верхней центральной секции крыла к внешней стороне нижних крыльев.[6] Дополнительные тяговые и антиблокировочные тросы могут использоваться для крепления распорок кабана, которые соединяют фюзеляж с крыльями, и межплоскостных распорок, которые соединяют вместе верхнее и нижнее крыло.

Sesquiplane

На фотографии ниже видно гораздо меньшее нижнее крыло. Nieuport 17

В полуторный это тип биплана, в котором одно крыло (обычно нижнее) значительно меньше другого.[7][8] Это слово буквально означает «полуторные крылья». Расположение может уменьшить тянуть и вес при сохранении конструктивных преимуществ биплана. Обычно одно крыло имеет значительно меньший размах, хотя в некоторых конструкциях верхний и нижний размах почти одинаковы, а нижний аккорд. Примеры включают серию Nieuport военный самолет - из Nieuport 10 через Nieuport 27 которые составляли основу ВВС союзников с 1915 по 1917 год и широко копировались. В Альбатрос Д.III и D.V, который копировал генеральную схему Ньюпора, также составлял основу немецких войск. Ньюпор-Делаж NiD 42 /52 /62 серии, Fokker C.Vd & е, и Potez 25 полуторные самолеты служили во многих ВВС, в то время как Waco Custom Cabin серии оказался популярным самолетом авиации общего назначения. В Саро Виндховер представлял собой полутораплан с верхним крылом меньше нижнего, конфигурация которого была гораздо более редкой, чем у заднего.

История

Отто Лилиенталь на своем Большой биплан в Лихтерфельде (близ Берлина) 19 октября 1895 г.
1909 г. Биплан Voisin с «занавесками», соединяющими верхнее и нижнее крыло.
Конец 1930-х гг. Fiat CR.42 с участием Ферма Уоррена межплоскостные стойки, которые уменьшили объем работы, необходимой для сборки биплана

Укладка самолетов крыла была предложена Сэр Джордж Кэли в 1843 г.[9] Хирам Максим принял идею своего парового испытательного стенда, который взлетал, но удерживался перилами безопасности в 1894 году.[10] Отто Лилиенталь спроектировал и пролетел два разных биплана дельтапланы в 1895 г.,[11] хотя он больше известен своими монопланами.[12] К 1896 году группа молодых людей в Соединенных Штатах во главе с Октав Шанют, летели дельтапланы включая бипланы, и пришел к выводу, что биплан с внешними подкосами предлагал лучшие перспективы для полетов с двигателями, чем моноплан. В Райт Флаер Биплан 1903 года стал первым успешным двигателем.

На протяжении первых лет как бипланы, так и монопланы были обычным явлением, но к началу Первая мировая война бипланы завоевали популярность после того, как несколько структурных отказов моноплана привели к RFC «Запрет монопланов», когда все монопланы, находящиеся на военной службе, были остановлены, в то время как французы также сняли большинство монопланов с боевых ролей и направили их на обучение. В период с 1914 по 1925 год большинство новых самолетов были бипланами, но с 1917 года немцы начали экспериментировать с ними. новое поколение монопланов, таких как Фоккер Д.VIII это могло бы положить конец преимуществам биплана раньше, если бы война не закончилась, когда она закончилась. Между тем французы Моран-Солнье А.И. распорка моноплан с зонтиком в сервисе. Sesquiplane типов, которые были бипланами с сокращенным нижним крылом, такими как французские Nieuport 17 и немецкий Альбатрос Д.III, предлагал более низкое лобовое сопротивление, чем у обычного биплана, но был сильнее, чем у моноплана.

По мере того как мощность и скорость двигателя увеличивались, сопротивление лобового сопротивления внешних опор все более ограничивало летно-технические характеристики самолета. Чтобы летать быстрее, необходимо уменьшить внешние распорки для создания аэродинамически чистой конструкции. Ранние конструкции консолей были слишком слабыми или слишком тяжелыми. 1917 год Юнкерс Дж. полуторагодовалый используется гофрированный алюминий для всех летающих поверхностей, с минимумом стоек, но это было медленно. 1918 год Цеппелин-Линдау Д.И. истребитель был цельнометаллической напряженной обшивкой монокок полностью консольный биплан, но поступить на вооружение было уже поздно.

К 1930-м годам бипланы достигли предела своих возможностей, и монопланы становятся все более преобладающими, особенно в континентальной Европе, где монопланы были все более распространены с конца Первая Мировая Война. В начале Вторая Мировая Война Некоторые военно-воздушные силы по-прежнему имели боевые самолеты-бипланы на передовой, но они больше не были конкурентоспособными, и большинство из них использовалось в нишевых ролях, таких как обучение или работа на борту корабля, вплоть до вскоре после окончания войны. Британский Глостер-гладиатор биплан, итальянский Fiat CR.42 и советский I-153 Полуторные истребители все еще были в строю после 1939 года.[13][14] Немец Heinkel He 50 и советский Поликарпов По-2 оба использовались ночью наземная атака роль на протяжении всей Второй мировой войны, причем последний служил до Корейская война.

Boeing-Stearman Модель 75 Тренажер-биплан ПТ-13Д 30-40-х годов

Британский Авиация флота полетел Фейри-меч-рыба торпедоносцы со своих авианосцев в противолодочная война роль до конца войны, потому что они могли действовать с колоды небольших эскорт-перевозчики.

Позже биплан кросовки включены де Хэвилленд Тигровый мотылек в РАФ, RCAF и другие и Stampe SV.4, который в послевоенное время несли службу в ВВС Франции и Бельгии. В Stearman PT-13 широко использовался USAAF и ВМС США управляли Авиационный завод ВМФ N3N. В более позднем гражданском использовании в США Stearman стал особенно ассоциироваться с каскадерскими полетами, такими как шагающий, и с опудриванием сельскохозяйственных культур, где его компактность хорошо работала на низких уровнях, где ему приходилось уворачиваться от препятствий.

Поликарпов По-2, из которых более 20 000 были построены Советским Союзом

Современные конструкции бипланов по-прежнему существуют в специальных ролях, таких как высший пилотаж и сельскохозяйственный самолет роль и формат соревнований по высшему пилотажу для такого биплана были четко определены к середине 1930-х гг. Удет U 12 Фламинго и Waco Taperwing. В Pitts Special доминировал в высшем пилотажа в течение многих лет после Второй мировой войны и все еще находится в производстве.

Подавляющее большинство конструкций бипланов было оснащено поршневые двигатели. Исключения включают Антонов Ан-3 и WSK-Mielec M-15 Бельфегор, оснащен турбовинтовой и турбовентилятор двигатели соответственно. Некоторые старые конструкции бипланов, такие как Грумман Аг Кот доступны в модернизированных версиях с турбовинтовыми двигателями.

Двумя наиболее производимыми проектами бипланов были британские модели 1913 года. Авро 504 из них построено 11 303, а советские 1928 г. Поликарпов По-2 из них было построено более 20 000, причем По-2 стал прямой заменой советской копии Авро 504. Оба широко использовались в качестве учебных.

Сверхлегкий самолет

Солнечный стояк Mauro электрический сверхлегкий биплан

Хотя большинство сверхлегкие являются монопланами, низкие скорости и простая конструкция послужили вдохновением для создания небольшого числа сверхлегких бипланов, таких как Ларри Мауро. Easy Riser (1975–). Мауро также создал версию, работающую на солнечных элементах, приводящих в движение электродвигатель, - названный Солнечный стояк. Мауро Easy Riser использовался "Отец Гусь", Билл Лишман.[15]

Среди других сверхлегких бипланов - разработанный в Бельгии. Авиасуд Мистраль, немец FK12 Комета (1997–), Lite Flyer Биплан,[16][17] то Шервудский рейнджер, а Мерфи Ренегат.

Птичья эволюция

В пернатый динозавр Microraptor gui планировал и, возможно, даже летал на четырех крыльях, которые, возможно, были расположены в шахматном порядке. Это стало возможным благодаря наличию маховых перьев как на передних, так и на задних конечностях, при этом перья на передних конечностях раскрываются в большем размахе. Было высказано предположение, что задние конечности не могли открываться в стороны, а в полете свисали бы ниже и немного позади передних конечностей.[18]

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

  1. ^ Доммаш, 1961, стр.?
  2. ^ Берриман, 1913, стр.26.
  3. ^ Ганстон, 2004, с.210.
  4. ^ Ганстон, 2004, стр.51.
  5. ^ Ганстон, 2004, с.382.
  6. ^ Ганстон, 2004, с.375.
  7. ^ Wragg, 1974, стр.54.
  8. ^ Ганстон, 2009 г., стр. 606
  9. ^ Дж. А. Д. Экройд; «Сэр Джордж Кэли: изобретение самолета недалеко от Скарборо во времена Трафальгара», Журнал истории авиации, статья № 2011/6, 2011 г.
  10. ^ Рэгг, стр.206
  11. ^ Швиппс, Вернер. Die Flugzeuge von Otto Lilienthal. Техник - Документация - Реконструкция. (Самолеты Отто Лилиенталя. Техника - Документация - Реконструкция). Отто-Лилиенталь-музей Анклам, 2016. ISBN  978-3-941681-88-0
  12. ^ «От Лилиенталя до Райтов». Музей Отто Лилиенталя. Дата обращения: 8 января 2012.
  13. ^ Коггинс, 2000, стр.20.
  14. ^ Поликарпов И-153 Чайка (Чайка)
  15. ^ Ларри Мауро и Билл Лишман
  16. ^ Lite Flyer Biplane
  17. ^ Pilotmix.com
  18. ^ Чаттерджи, 2007, стр.1576–80.

Список используемой литературы

внешние ссылки