Почему у Ан-225 прямоугольное крыло, хотя это грузовой самолет?

Квадратные крылья вызывают неустойчивость по крену и улучшают маневренность по крену.

В больших/тяжелых самолетах с высокорасположенным крылом обычно наблюдается избыточная устойчивость к крену, поэтому такой тип крыльев может быть довольно распространенным.

Как высокая конфигурация крыла, так и стреловидность крыла вносят отрицательный момент качения , вызванный боковым скольжением, и угол наклона необходим для ограничения этого момента. Если боковое скольжение вызывает сильную качку, самолет будет иметь склонность к голландскому крену .

Да, это обычное дело для большегрузных автомобилей.

Как вы, наверное, знаете, двугранная конфигурация крыла обеспечивает устойчивость по крену. Перекатите самолет, и он естественным образом откатится в исходное положение. Центр масс значительно ниже центра подъемной силы обеспечивает тот же эффект. Положите большой вес ниже центра подъема, и вы снова получите эффект отката.

Хотя это здорово, вы можете получить слишком много. Излишняя устойчивость делает самолет очень трудным для поворота или управления другим способом. Вы также можете получить своего рода аэродинамический маятникоподобный эффект, называемый «голландский крен», поскольку действие «отката» чрезмерно корректирует и вызывает раскачивание назад в другую сторону, а также вперед и назад с комбинацией рыскания и крена, что удивительно. эффективно вызывает воздушную болезнь. Установка угла наклона крыла противодействует проблеме «слишком большой устойчивости», создаваемой распределением веса, снова облегчая управление самолетом и уменьшая нежелательные колебания.

Почему бы просто не сделать крылья ниже? Это может решить проблему стабильности, но создаст и другие проблемы. Насколько низко должны быть крылья? Повлияет ли такая конструкция на безопасность наземных операций или грунтовых взлетно-посадочных полос? А как насчет груза — насколько хорошо ваш новый дизайн работает в пустой конфигурации по сравнению с загруженной? Какой высоты должно быть шасси, чтобы такая конструкция была безопасной... и как это влияет на погрузку и разгрузку?

Некоторые самолеты, даже комично большой Airbus A300-600 Super Transport «Beluga», выбирают решение с низкорасположенным крылом, которое неизменно приводит к треугольному углу.

^{Airbus A300-600ST - фото предоставлено Airbus}

Но в некоторых случаях конструкция с высокорасположенным крылом и ярко выраженным угловым расположением крыльев выигрывала у некоторых конструкций, перевозящих тяжелые грузы, и особенно популярна у военных, которым, возможно, придется работать вне грунтовых взлетно-посадочных полос и им необходимо поднять крылья подальше от земли. , и где желательно короткое шасси.

^{CG Galaxy на взлете. Фото предоставлено ВВС США .}

Угол наклона на верхнем фото довольно преувеличен.

Если поискать фотографии Мрии в полете, то крылья более-менее ровные. На земле, полностью заправленные, крылья с тремя двигателями в каждом тяжелые и очень заметно наклоняются. У B-52 аналогичная проблема, вплоть до того, что у него есть опорные колеса ближе к концам крыльев, чтобы они не царапали тротуар.

Как высокое расположение крыла, так и стреловидность повышают устойчивость к крену. Слишком большая устойчивость к крену не только снижает маневренность, но и может привести к голландскому крену, поэтому для компенсации добавляется угол наклона.

Самолеты с высокими, но не стреловидными крыльями обычно не имеют ни прямоугольного, ни двугранного крыла.

Редактировать: Вот обсуждение устойчивости, двугранного угла и голландского крена , хотя и в контексте радиоуправляемых планеров.

Для специальной конструкции грузового самолета нет ничего необычного в том, чтобы иметь высокорасположенное крыло. Это позволяет фюзеляжу самолета располагаться ниже на взлетно-посадочной полосе, сохраняя при этом дорожный просвет для двигателей и законцовок крыла.

Это также упрощает открытие грузовой двери в полете без ущерба для целостности конструкции, поскольку основная сила фюзеляжа исходит от хребта в верхней части, к которому крепятся крылья и хвостовое оперение.

Глядя на список военно-транспортных самолетов , большинство из них используют одну и ту же конструкцию крыла. Единственным исключением являются те, которые базируются на гражданском самолете.

Крыло настолько длинное, что оно будет сильно изгибаться при приложении подъемной силы. Следовательно, присутствует начальный угловой угол, чтобы скорректировать часть этого изгиба, поскольку без него получающийся двугранный угол в ситуациях с большой подъемной силой был бы чрезмерным и привел бы к отсутствию контроля по крену.

Одной из причин использования углового крыла на грузовых самолетах является то, что на скорости крылья поднимаются и выпрямляются. Если вы посмотрите на B-52, то увидите, что крылья настолько длинные, что даже при том, что им нужны аутригеры на земле, крылья расширяются в полете.

Интересно, что некоторые из самых легких самолетов в мире — дельтапланы с гибким крылом и моторизованные «трайки» — имеют такую ​​же угловую конфигурацию, что и массивный Ан-225. Причина в случае дельтаплана заключается в том, чтобы поддерживать хорошую реакцию на крены даже при боковом скольжении из-за неблагоприятного рыскания. Т.е. сохранить общий «эффективный поперечный угол» крыла — крутящий момент крена, создаваемый боковым скольжением, — близким к нулю в той части диапазона полета, где управляемость наиболее критична, несмотря на тот факт, что геометрия стреловидного или треугольного крыла способствует этому. двугранный крутящий момент крена при наличии бокового скольжения.

В современном дельтаплане пилот свободно висит на ремне, соединенном рядом с ЦТ, поэтому, когда он не прилагает усилия мышцами, его вес эффективно воздействует на ЦТ, поэтому нет ни «эффекта маятника» (ЦТ хорошо ниже центра сопротивления крыла), ни аэродинамические помехи между фюзеляжем и крылом (см. https://www.av8n.com/how/htm/roll.html#sec-other-slip-roll ), которые способствуют смещению " эффективный поперечный угол" в положительном направлении в высокоплане типа Ан 225.

С современным грузовым самолетом неблагоприятное рыскание можно хорошо контролировать другими средствами, но слишком большой «эффективный поперечный угол» (сцепление с проскальзыванием и креном) из-за стреловидности, низкой центровки и высокого расположения крыла все еще может создать неприятную управляемость при сильном боковом ветре, и может способствовать колебаниям голландского крена. Также могут быть неблагоприятные последствия, если пилот не сможет предотвратить рыскание самолета в сторону воздушного потока при потере мощности одного или нескольких двигателей. (См. соответствующий комментарий в этом ответе на другой вопрос - https://aviation.stackexchange.com/a/56481/34686 )

Размышляя об устойчивости по крену, важно помнить, что связь скольжения и поперечного угла, т. е. положительный «эффективный поперечный угол», является ключевой частью устойчивости по крену и является причиной того, что самолет с высокорасположенным крылом будет иметь тенденцию быть более устойчивым ( или менее неустойчивый) с точки зрения устойчивости к крену или спиральной устойчивости, чем самолет с низкорасположенным крылом, спроектированный с точно такой же физической формой крыла, включая двугранный угол. Высокоплану также будет легче маневрировать в поворотах с креном, используя только руль направления через муфту с скользящим роликом. (Забавное упражнение, которое можно попробовать — спросите себя: «Смогу ли я посадить этот самолет, если отвалится штурвал управления?») Но самолет с высокорасположенным крылом будет менее приятен в управлении при сильном порывистом боковом ветре и будет страдать от большего снижения скорости крена. если пилот не

Если я не ошибаюсь, в предыдущих ответах говорилось, что высокий центр масс дестабилизирует самолет, что можно обойти за счет угловой конструкции крыльев.

В такой ситуации необходимо напомнить, что Ан-225 был разработан для перевозки российского космического корабля "Буран"!