Какие особые характеристики или приемы управления есть у бипланов?

Короткий ответ:

Для пояснения: эквивалентность биплана и моноплана означает, что оба имеют одинаковую площадь крыла и один и тот же двигатель. Тогда основными отличиями в маневрировании являются:

• У биплана лучшее ускорение по крену, чем у эквивалентного моноплана.
• У биплана более высокая скорость крена, чем у эквивалентного моноплана при тех же скоростях.
• Все полеты на бипланах происходят на более низких скоростях, что приводит к меньшим требованиям к пространству для всех маневров. Это также означает, что инерционные эффекты менее выражены: при подтягивании меньше кинетической энергии, доступной для подъема, поэтому (например, повороты молота заканчиваются меньшим набором высоты).

Отличия в управлении : Биплан имеет

• меньшие усилия на элеронах при той же скорости крена на той же скорости
• в целом меньшие усилия управления из-за меньшей скорости полета

Отличия в производительности :

• короткие взлетная и посадочная дистанции
• более низкая скорость сваливания
• гораздо более низкая максимальная скорость
• более низкая оптимальная крейсерская скорость и дальность полета
• более низкая потребляемая мощность из-за более низких скоростей полета или, если оба используют один и тот же двигатель, лучшее соотношение мощности к весу

по сравнению с эквивалентным монопланом. Эти различия наиболее заметны, если на самолете находится только пилот и не так много полезной нагрузки.

Техника полета такая же, как и на моноплане. Косвенно различия, вероятно, связаны с различиями в конструкции. Пример: Немногие бипланы выигрывают от убирающегося шасси, в то время как убирание шасси имеет смысл для монопланов с более высокой нагрузкой мощности (установленная мощность относительно площади крыла).

Объяснение

Бипланы имеют два основных отличия:

• Меньший размах крыла при той же площади крыла, и
• Благодаря проволочным раскосам крылья биплана стали очень легкими.

Меньший размах уменьшает демпфирование по крену и инерцию по крену, поэтому биплан будет разгоняться до крена быстрее, чем эквивалентный моноплан, и будет достигать более высокой скорости крена. Это главное отличие в маневрировании.

Меньший размах крыла приводит к большему индуктивному сопротивлению, если оба имеют одинаковую массу и одинаковую скорость. С проволочной растяжкой это условие невыполнимо, и эквивалентный биплан будет намного легче. Если конструкция составляет значительную часть массы самолета (это типично для пилотажных самолетов), результатом может быть меньшее индуктивное сопротивление, несмотря на меньший размах, а также меньшая нагрузка на крыло. Это, в свою очередь, означает, что оба самолета летают с разной скоростью: биплан сможет лететь намного медленнее, но аэродинамическое сопротивление распорки будет ограничивать его скорость до низких. Это также означает, что инерционные эффекты менее выражены: меньшая масса и меньшая скорость биплана в совокупности создают заметную разницу с эквивалентным монопланом.

Для пилотажных представлений это идеально: все действия происходят близко к зрителям, и биплану потребуется гораздо меньшая площадь для всех маневров, чем эквивалентному, но более тяжелому моноплану. Минусы — низкая максимальная скорость и малая дальность полета.

Еще одно отличие в характеристиках - гораздо более короткие взлетная и посадочная дистанции из-за меньшей нагрузки на крыло, что приводит к меньшей скорости сваливания. Оптимальная выносливость и оптимальная дальность скоростей также ниже, чем у эквивалентного моноплана, поэтому все полеты бипланов происходят на более низких скоростях, что выгодно для учебных самолетов.

Поскольку управляющие силы пропорциональны динамическому давлению, биплан будет иметь меньшие управляющие силы, чем эквивалентный моноплан. Здесь эквивалентность также означает, что относительная хорда всех рулей одинакова. На самом деле хороший конструктор выберет более высокую относительную хорду для управляющих поверхностей биплана, чтобы гарантировать, что управляющие усилия превышают требуемый минимум.

Тяжелые и ненадежные двигатели первых лет сделали бипланы идеальным средством для подъема в воздух. Когда двигатели стали более мощными и позволили увеличить полезную нагрузку, моноплан стал лучше подходить для перевозки пассажиров и грузов на более высоких скоростях и на большие расстояния.

Вкратце преимущества и недостатки :

Преимущества

• Бипланы (или трипланы ) обычно могут поднимать на 20% больше, чем моноплан аналогичного размера с аналогичным размахом крыла. Поэтому биплан обычно имеет более короткий размах крыла, чем эквивалентный моноплан, что обеспечивает большую маневренность.
• Стойки и проволочные распорки типичного биплана образуют балку коробчатого сечения . В частности, при разделении на отсеки это позволяет получить очень легкую, но прочную и жесткую конструкцию крыла. Это позволяет биплану летать с очень небольшой мощностью...

Недостатки

• Каждое крыло отрицательно влияет на аэродинамику другого, требуя большей общей площади поверхности для создания такой же подъемной силы, как у эквивалентного моноплана.
• Биплан обычно также создает большее сопротивление, чем моноплан, особенно при увеличении скорости.

Технологические достижения

В первые дни (1900-1930-е годы) самым большим преимуществом бипланов была удвоенная площадь поверхности и жесткая конструкция для поддержки крыльев. Но в настоящее время высокопрочные пластмассы, армированные углеродным волокном, позволили построить крылья с очень большим удлинением без какой-либо (или небольшой) внешней поддержки. С появлением стальных, а затем и алюминиевых авиационных рам прежние соображения отпали, и монопланы стали более распространенными, чем бипланы.

У НАСА есть историческая дискуссия по этому поводу.

Бипланы управляются как кирпичи. Они быстрее теряют высоту на малой скорости, и их гораздо легче свалить. У них больше сопротивление, и они легче входят в вращение. Они гораздо более восприимчивы к боковому ветру, чем монопланы, и поэтому могут взлетать и приземляться только в относительно умеренных условиях, поскольку легко переворачиваются.

У них есть преимущество в том, что они могут поворачиваться намного быстрее, чем моноплан, поэтому в настоящее время они в основном используются для акробатических трюков, таких как Pitts Specials.

Во время войны пилоты Fairey Swordfish и Fireflies подвергались большой опасности из-за гораздо более быстрых Bf109. Они спасутся, упав в океан в виртуальном свободном падении, а затем вытащив его в последний момент. Любой пилот «Мессершмидта», достаточно глупый, чтобы следовать за ними в этом маневре, выполнял бы свою последнюю миссию.

Принципиальной разницы в управлении нет. Оба имеют одинаковый набор управляющих поверхностей и устойчивость достигается одними и теми же методами, поэтому техника пилотирования одинакова. Обычно будет разница в производительности. Бипланы быстрее теряют скорость, но чуть маневреннее.

Главное преимущество биплана в том, что его можно построить из менее прочных материалов, потому что крылья короче, а коробчатая балочная конструкция очень хорошо распределяет нагрузки. Это часто означало меньший вес, который компенсировал повышенное сопротивление.

Основным недостатком биплана является то, что меньший размах крыла означает меньшее удлинение и, следовательно, более высокое индуктивное сопротивление, которое преобладает на малой скорости, а большая площадь лобовой части и площадь поверхности (взаимовлияние крыльев означает, что они менее эффективны, чем могли бы быть по отдельности) означают более высокое сопротивление формы, которое преобладает на высокой скорости. Таким образом, биплану нужен более мощный двигатель при том же весе, и он не будет планировать так далеко, если двигатель выйдет из строя.

До того, как были разработаны свободнонесущие (без распорок) крылья, распорки не позволяли монопланам достичь гораздо меньшего лобового сопротивления, а их более высокий вес сводил на нет небольшое аэродинамическое преимущество, которое у них было, поэтому бипланы доминировали. С свободнонесущими крыльями аэродинамическое преимущество монопланов стало более важным, а бипланы почти исчезли.

Несколько пилотажных бипланов (например, знаменитый Pitts SC1) остались, скорее всего, потому, что с меньшим размахом крыла они имеют меньший момент инерции по крену и, следовательно, немного легче катятся.

Бипланы обычно имеют большую площадь крыла для самолетов того же размера. Помню, биплан, на котором я катался, разбился не на час позже, потому что на коротком финале он поймал порыв ветра и перевернулся на взлетно-посадочной полосе!

(Все было в порядке, но вы никогда не забудете консервную банку, свисающую с велосипеда, издав звук авиакатастрофы.)