Почему у большинства бипланов верхнее крыло немного впереди нижнего?

Размещение верхнего крыла впереди нижнего в бипланах называется (положительным) смещением. Он в основном используется в небольших бипланах и улучшает зрение пилота.

Чтобы приспособиться к изменению веса пилота и уменьшить ускорения при маневрах, рекомендуется размещать пилота очень близко к центру тяжести. Если бы верхнее крыло находилось в том же положении по длине, оно мешало бы обзору пилота вперед и вверх.

Почему так важно видеть вверх? Из-за угла крена в поворотах нужно смотреть вверх, чтобы видеть, что впереди. Высоко расположенное крыло прямо в центре тяжести лишило бы пилота переднего обзора на поворотах.

Поэтому в небольших бипланах верхнее крыло смещено вперед, а нижнее соответственно смещено назад, поэтому подъемная сила создается близко к центру тяжести, но верхнее крыло не мешает.

Большие бипланы не нуждаются в таком расположении, потому что пилот сидит впереди крыла. Ниже приведен пример Антонова 2 ( источник ):

Во многих конструкциях центроплан имеет вырез в задней части, чтобы дать пилоту лучший обзор. Еще более интересно то, что нужно было сделать для улучшения обзора пилотов в монопланах с зонтиками. Focke-Wulf 56 использовал небольшую стреловидность крыла в сочетании с уменьшенной корневой хордой, чтобы уменьшить препятствие для поля зрения пилота в центре заднего крыла ( источник изображения ).

Это называется ступенчатым крылом и делается для уменьшения аэродинамических помех между крыльями в определенных обстоятельствах. Крыло с положительным (вперед) смещением наиболее распространено, потому что оно улучшает как обзор вниз, так и облегчает доступ в кабину для бипланов с открытой кабиной.

Эффективность крыла.

Вот анализ эффективности крыла биплана по отношению к разделению в процентах от хорды.

В справке говорится, что положительное смещение (верхнее крыло впереди нижнего) на 0,4 хорды дает на 5% лучшую эффективность, поэтому смещение верхнего крыла на 0,4 хорды было бы выгоднее по сравнению с показанным вертикальным расположением.

В случае с сельскохозяйственным самолетом, показанным на фото, смещение немного увеличивает номинальный диапазон ЦТ. Наконец, верхнее крыло будет иметь немного больший угол атаки, что улучшит его характеристики сваливания и выхода из сваливания.

Помните, что крыло работает благодаря высокому давлению под ним и низкому давлению над ним.

Так что, глядя на верхнее крыло, над ним низкое давление - все в порядке. И под ним высокое давление, НО... на это высокое давление влияет низкое давление нижнего крыла.

Теперь смотрим на нижнее крыло: под ним высокое давление - все в порядке. Над ним низкое давление, но на него влияет высокое давление под верхним крылом.

Таким образом, области высокого/низкого давления двух крыльев мешают друг другу, если они установлены вертикально друг над другом. Но если вы переместите одно крыло вперед или назад от вертикали, то области высокого/низкого давления будут меньше влиять друг на друга.

Вы можете сдвинуть верхнее крыло вперед, что нормально. Или вы можете сдвинуть верхнее крыло назад, как на Beech Staggerwing. В любом случае работает.