Авиационный сборник № 3

Развитие и проблемы самолета типа «Утка» (ЭИ № 39 (342), август 1945 г.)

В статье рассматриваются преимущества и недостатки самолета типа «утка» в связи с проблемами проектирования самолетов.

Как утверждает автор, широкое развитие современной авиации вряд ли возможно, если отказаться от увеличения мощности, введения новых типов двигателей или иных методов улучшения скорости и других летных качеств. Чтобы улучшить летные данные, конструктор должен оставить обычные схемы и идти новыми путями.

По сравнению с обычным современным самолетом самолет типа «утка» обладает значительными преимуществами. Горизонтальное оперение, будучи размещено впереди, полностью участвует в создании подъемной силы самолета и является как бы частью крыла, а не частью самолета, создающей только вредное сопротивление. При одной и той же величине подъемной силы площадь крыла обычного самолета может быть уменьшена на величину, равную площади горизонтального оперения, т. е. примерно на 25 %. Расчеты, произведенные для нескольких типов истребителей, показывают, что лобовое сопротивление оперения составляет около 10 % всего лобового сопротивления самолета. Исключив это сопротивление, можно увеличить скорость приблизительно на 3,6 %. Дальнейшее уменьшение сопротивления может быть получено путем уменьшения размеров фюзеляжа «утки».

Основным преимуществом самолета типа «утка» до настоящего времени считалась невозможность осуществления штопора. При выходе на критические режимы срыв начинается с передней кромки оперения, и, поскольку центр тяжести расположен впереди крыла, нос машины опускается и самолет снова набирает скорость. Следовательно, в том случае, когда руль высоты выбран полностью «на себя», дальнейший полет самолета принимает форму установившихся колебаний. Однако в восходящем порыве ветра легко происходит срыв потока с оперения, что может привести к беспорядочным колебаниям относительно поперечной оси. Этот дефект можно уменьшить устройством щелей и т. п. на поверхности оперения. Боковая устойчивость полностью обеспечивается вертикальными поверхностями обычных размеров, если они размещены на достаточном расстоянии позади центра тяжести самолета. Устойчивость и маневренность самолета типа «утка» вполне удовлетворительны и повышаются благодаря тому, что органы управления всегда находятся вне струи за винтом; это особенно важно ввиду постоянно возрастающих нагрузок на единицу площади крыла и мощности мотора современного самолета. Применение трехколесного шасси с носовым колесом под фюзеляжем предрешено самой схемой «утки».

Винтомоторную группу на самолете типа «утка» нельзя устанавливать в столь различных положениях, как на самолете обычного типа. У одномоторного самолета мотор должен находиться в хвостовой части фюзеляжа (рис. 1). Выигрыш, получаемый от повышенного КПД толкающего винта, снижается вследствие увеличения лобового сопротивления концевых шайб (килей), которые необходимо устанавливать на крыле; площадь этих шайб должна быть относительно велика, если принять во внимание небольшую длину плеча вертикального оперения. Величина этого дополнительного сопротивления зависит от длины плеча. Одним из способов разрешения этого вопроса является применение двухкилевого балочного оперения. Лучше всего обеспечивается удовлетворительная боковая устойчивость (главная трудность в конструировании самолета «утка») при использовании двухмоторной схемы.

В отношении полетного веса «утка» обладает определенными достоинствами. Низкий вес конструкции самолета обеспечивает высокие полезные нагрузки или большую дальность или позволяет уменьшить несущую площадь крыльев, что дает дополнительное уменьшение лобового сопротивления. Расположение центра тяжести впереди крыла увеличивает выгодность конструкции, так как эта часть становится особенно удобной для размещения полезной нагрузки. В этой части фюзеляжа особенно хорошо размещаются изменяющиеся нагрузки, например горючее и бомбы. Кроме того, фюзеляж не имеет неиспользуемой площади: в носовой части размещаются убирающееся носовое колесо, приборы и вооружение; в центральной части помещается летчик, горючее и полезная нагрузка, а хвостовая часть используется для крепления крыла (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

На военных самолетах в носовой части фюзеляжа «утки» имеется достаточно места для мощного вооружения с неограниченной зоной обстрела. Кроме того, относительно высокие скорости, хорошие взлетные и посадочные качества даже на трудных площадках (благодаря наличию носового колеса) и хороший обзор делают этот тип самолета особенно пригодным для истребителя. Бомбардировщик «утка» (с двумя или четырьмя моторами в крыльях и двумя килями, размещенными в виде концевых шайб на крыле) со свободной зоной обстрела во всех направлениях будет отличаться особенно хорошей боеспособностью.

Для гражданского воздушного транспорта преимуществом самолета типа «утка» является малое лобовое сопротивление и большая экономичность полета; в то же время отсутствие опасности штопора, хороший обзор и легкость посадки обеспечивают полную безопасность полета. Хотя в настоящее время необходимы еще некоторые дальнейшие испытания для исследования летных качеств самолета типа «утка», совершенно очевидно, что создание такого самолета не встречает непреодолимых препятствий.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3