CC BY
27Б01: 10.24412/с1-37131-2023-1-37-42
История и перспективы применения аэродинамической схемы «тандем»
Рыжков Владимир Витальевич, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,
г. Воронеж
Иванников Егор Дмитриевич,
студент
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,
г. Воронеж
Чернега Антон Алексеевич,
студент
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,
г. Воронеж
Аннотация: в данной статье описывается аэродинамическая схема «тандем», ее преимущества и недостатки, а также история появления и примеры существующих летательных аппаратов этой схемы.
Ключевые слова: схема «тандем», летательный аппарат, аэродинамическая схема, тангаж, управляемость.
Одной из первостепенных задач, которую ставит перед собой авиаконструктор при проектировании нового летательного аппарата (ЛА), является выбор аэродинамической схемы. Безусловно, инженерная мысль не знает границ поэтому и схем взаимного расположения агрегатов ЛА было разработано великое множество. Из этого множества можно выделить несколько основных,
Студент. Наука. Регион
наиболее распространенных схем: нормальная (классическая), «утка», «бес-хвостка», «летающее крыло» и «тандем». Нынешняя работа посвящена тандем-ной аэродинамической схеме [1].
«Тандем» представляет собой летательный аппарат с двумя и более крыльями приблизительно равного размера, расположенными друг за другом.
Одним из основных достоинств «тандема» можно считать его высокую поперечную управляемость. Так как масса ЛА в большей степени сосредоточена на его продольной оси, момент инерции по этой оси минимален и элероны работают исключительно эффективно.
Как правило, тандемная схема расположения крыльев дает возможность увеличить суммарную площадь несущих поверхностей (относительно классической схемы), а значит увеличить создаваемую ими подъемную силу со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Тандемную аэродинамическую схему можно считать более безопасной в сравнении с другими, так как самолет такой схемы при выходе на критический угол атаки не сваливается в штопор, а пикирует. Это связано с тем, что угол установки переднего крыла больше, чем заднего и срывные явления на переднем крыле возникают раньше. Переднее крыло теряет подъемную силу и летательный аппарат начинает пикировать.
Несмотря на это у тандемной схемы расположения крыльев есть и существенные недостатки. Одна из главных проблем, присущих всем тандемам, связана с его преимуществом. Из-за сильного разброса массовой нагрузки по продольной оси ухудшается управляемость по каналу тангажа.
В среднем вес ЛА тандемной аэродинамической схемы выше, чем у аппаратов других схем.
Для уточнения специфики обозреваемой темы, следует обратиться к истории развития авиации и рассмотреть несколько ЛА аэродинамической схемы «тандем».
Студент. Наука. Регион
«Аэродром» является первым самолетом схемы тандем. Конструкция летательного аппарата представляла собой два крыла, расположенных друг за другом на одной высоте относительно оси самолета, и крестообразное оперение с вертикальным и горизонтальным стабилизатором. Устойчивость самолета обеспечивалась положительным углом поперечного V крыльев. Был совершен ряд полетов суммарной дальности 1300 метров. Для запуска была сконструирована специальная катапульта.
Первым массовым самолетом схемы «тандем» является НМ-14 «Летающая блоха». Особенностью самолета помимо аэродинамической схемы является простота управления. На самолете не было элеронов и рулей высоты, поэтому управление по тангажу осуществлялось отклонением переднего крыла. Летательный аппарат выпускается и в настоящее время в виде наборов для самостоятельной сборки.
Как можно заметить из исторической справки, тандемное расположение крыльев - далеко не новое явление в авиастроении. На заре авиации конструкторы-энтузиасты проводили множество экспериментов используя именно эту аэродинамическую схему. Бесспорно, конструкторы представленных выше ЛА внесли большой вклад в развитие самолётостроения, но на тот момент выбор именно тандемной схемы во многом определялся номенклатурой и прочностными характеристиками доступных конструкционных материалов. Решение использовать два крыла, вместо одного давало возможность увеличить суммарную площадь несущих поверхностей, а значит (при той же взлётной массе) снизить потребную мощность двигателя, удельную нагрузку на крыло и, как следствие, снизить требования к прочности конструкции. Однако это не спасло авиаконструкторов начала прошлого века от ряда катастроф, после которых идя создания ЛА аэродинамической схемы тандем оказалась забыта.
Если принять за критерий успешности ЛА выход на этап серийного производства, то известно лишь несколько успешных тандемных самолётов. Одним из
таких является аппарат «Квики» спроектированный и построенный Томом Джу-итом, Джином Шихэном и Бертом Рутаном. Наиболее массовый из построенных до настоящего времени самолётов схемы тандем - «Квики».
С тех пор как «Квики» появился на рынке самолётов в 1980 г., суммарное производство этих аппаратов превысило общую численность самолётов схемы «тандем» построенных за всю историю. Секрет достигнутых на этом самолёте высоких характеристик заключается в использовании новых на тот момент конструктивных материалов - полимерных композиционных материалов.
Не менее интересным с точки зрения аэродинамической компоновки ЛА является тактический транспортный самолёт АТТТ. Аппарат разрабатывается компанией «Скейлдкомпозитс», дочерним предприятием фирмы «Бич эйр-крафт».
Самолёт имеет два крыла большого удлинения, расположенных по схеме тандем и классическое хвостовое оперение. Стоит отметить, что для уменьшения интерференции между крыльями, а также для увеличения путевой устойчивости, заднее крыло имеет небольшой отрицательный угол поперечного V, а переднее крыло обладает положительным углом поперечного V. Испытания, проводившиеся в 1987 г. показали, что конструкция обладает высоким аэродинамическим качеством (взлётное качество « 20). Такие высокие показатели были получены благодаря использованию ламинаризированных профилей и высокому качеству аэродинамических поверхностей. Во многом этого удалось достичь благодаря применению полимерных композиционных материалов в конструкции планера [2].
Проведенный анализ показал, что аэродинамическая схема «тандем» незаслуженно забыта. Аппараты такой схемы стояли у истоков авиации, но уровень понимания конструкторами той эпохи принципов полёта, а также существующие на тот момент материалы [3], не отвечали тем требованиям, которые предъявляет тандемная схема.
В наши дни эти трудности во многом преодолены и нераскрытый потенциал ЛА схемы «тандем» можно использовать в полную силу. Бесспорно, «тан-
дем» - не панацея, однако данную схему можно использовать для создания некоторых типов самолётов, для которых важно иметь достоинства, присущие тан-демной схеме.
Надо сказать, что крупные авиастроительные компании не спешат уходить от классической аэродинамической схемы самолёта. Это объясняется тем, что разработка самолёта «неклассической» схемы непременно повлечет за собой большие риски и материальные затраты. Поэтому начинать следует с малой авиации, в том числе беспилотной.
В настоящий момент развитие беспилотных летательных аппаратов набирает невероятные темпы [4]. Различные государственные и частные организации привлекают крупные конструкторские бюро и конструкторов-энтузиастов к разработки новых беспилотников. В этой обстановке открывается широкое поле для экспериментов. Можно сказать, что спираль истории сделала свой оборот. С огромным багажом знаний в области самолётостроения и применением современных конструкционных материалов аэродинамическая схема «тандем» может вновь стать актуальной.
Библиографический список
1. Шахов В.Г. Аэродинамические усовершенствования и схемы летательных аппаратов. - Куйбышев: авиац. ин-т им. С.П. Королева, 1984. - 72 с.
2. Чернега А.А. О применимости аддитивных технологий в промышленности / А. А. Чернега, В. В. Рыжков // Электроэнергетика сегодня и завтра : сборник научных статей 2-й Международной научно-технической конференции, Курск, 24 марта 2023 года / Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И. Иванова; Научно-образовательный центр «Инженер». Том 2. -Курск: Закрытое акционерное общество «Университетская книга», 2023. -С. 239-241.
3. Иванников Е. Д. Роль графена в авиастроении / Е. Д. Иванников // XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых): Международная молодёжная научная конференция, посвященная 60-летию со дня осуществления Первого
полета человека в космическое пространство и 90-летию Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева-КАИ. Материалы конференции. Сборник докладов. В 6-ти томах, Казань, 10-11 ноября 2021 года. Том I. - Казань: Индивидуальный предприниматель Сагиева А.Р., 2021. - С. 406-409.
4. Чернега А. А. Многоцелевой беспилотный летательный аппарат среднего радиуса действия / А. А. Чернега, Е. Д. Иванников, Е. Н. Некравцев // Научная опора Воронежской области: сборник трудов победителей конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям развития науки и технологий, Воронеж, 03-28 апреля 2023 года. -Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2023. -С. 140-141.
Б01: 10.24412/с1-37131-2023-1-42-47
Характеристика современного социально-экономического положения Опаринского муниципального округа Кировской области
Алалыкина Ираида Юрьевна, кандидат географических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», г. Киров
Кирилловых Артем Станиславович,
студент
ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», г. Киров
Аннотация: в статье дается анализ современной демографической ситуации и промышленно-сельскохозяйственной специализации Опаринского муниципального округа Кировской области
Ключевые слова: округ, население, природные ресурсы, промышленность, сельское хозяйство.
