Каковы некоторые преимущества и недостатки наличия крыла на верхней части самолета? [дубликат]

Концепции SUGAR Volt и SUGAR Freeze используют высокое крыло исключительно для обеспечения эффективной фиксации. Это проект для мира, где нефть стоит 200 долларов за баррель и выше. В основном две вещи делают его аэродинамику намного более эффективной, чем современные конструкции:

• Очень большое удлинение его крыла, обеспечиваемое раскосами, и
• Более низкое число Маха полета, что, в свою очередь, делает крыло более эффективным за счет меньшей стреловидности. Boeing не указывает число Маха на своей веб-странице , но могу поспорить, что оно где-то около 0,75. См. здесь обсуждение очень похожего дизайна.

Современные авиалайнеры используют низкое крыло, чтобы они могли убрать свои длинные шасси и поместить лонжерон крыла под пассажирской палубой. Длинные шестерни позволяют растянуть фюзеляж и при этом иметь возможность вращаться во время взлета. Большие высокопланы с их низким расположением фюзеляжа легче загружать и выгружать за счет того, что сужение фюзеляжа должно начинаться вскоре после шасси, поэтому растяжение невозможно.

Обе концепции используют довольно умозрительные конструкции двигателей, в случае SUGAR Volt даже двигатель с гибридным двигателем, работающим на природном газе и электричестве, с бортовыми батареями. SUGAR Freeze использует менее спекулятивный двигатель, работающий на сжиженном природном газе. В исследовании SUGAR компания Boeing поставила цель снизить расход топлива на 70%.

В небольших самолетах высокое крыло с меньшей вероятностью естественным образом войдет в спиральное пикирование; низкий CG (центр тяжести) по отношению к CL (центру подъемной силы) означает, что самолет имеет тенденцию возвращаться в положение на уровне крыльев, а не оставаться в крене, если термик подбрасывает крыло. Это не так важно для чего-то столь же большого, как концепт авиалайнера, который вы видите на фото.

Большие высокорасположенные крылья означают, что нет большого лонжерона крыла и топливных систем, проходящих поперек или прямо под грузовой палубой. Это основная причина, по которой военно-транспортные самолеты имеют высокое крыло, поэтому палуба может быть плоской, не занимая полезный объем груза, поднимая всю палубу над лонжероном крыла (высокое крыло также защищает двигатели от опасностей «неулучшенных» взлетно-посадочных полос. в передовых базах). Однако в коммерческом авиалайнере это означает, что лонжерон теперь проходит через ваш пассажирский салон, поэтому вы не часто видите его на реактивных авиалайнерах (Dash 8 и другие турбовинтовые двигатели используют его по необходимости и обычно требуют «верблюжьего» горб», чтобы поднять лонжерон из кабины). Эта концепция, кажется, разделяет разницу, используя тонкую распорку под фюзеляжем для усиления более тонкого лонжерона высокорасположенного крыла.

Высокие крылья, особенно стреловидные на самолетах большой массы, имеют повышенную склонность к голландскому крену. Это «стабильная неустойчивость», когда одно крыло получает подъемную силу из-за небольшого бокового ветра или рыскания/скольжения, поднимая это крыло и вызывая крен, что создает скольжение в сторону другой стороны, которое поднимает это крыло и вызывает скольжение в другом направлении. . В конечном итоге это приводит к круговому движению фюзеляжа или качанию в виде восьмерки, мало чем отличающемуся от качения корабля, что может вызвать у пассажиров тошноту.

Самолеты с высокорасположенным крылом, как правило, более восприимчивы к этому, потому что их центр тяжести находится ниже центра подъемной силы, и поэтому их естественная тенденция состоит в том, чтобы вернуться на уровень крыльев, но на больших тяжелых самолетах это оседание требует времени, в течение которого самолет развивает боковое скольжение, которое поднимает противоположное крыло, вызывая чрезмерную коррекцию, которая продолжает катящееся движение. Чтобы противодействовать этому, большие самолеты с высокорасположенным крылом обычно проектируются с некоторым углом наклона крыла (направленным вниз). Это сначала снижает центр подъемной силы, так как часть крыла теперь находится ближе к центру масс. Что еще более важно, вектор подъемной силы каждого крыла теперь направлен наружу от фюзеляжа, а не прямо вверх против силы тяжести. Эти два изменения в совокупности ослабляют естественную склонность самолета к самовыравниванию и, таким образом, склонность к голландскому крену.

Самолеты с низкорасположенным крылом, как правило, избегают голландского крена наоборот; их центр тяжести находится выше центра подъемной силы крыльев. Из-за этого самолет будет иметь тенденцию оставаться в крене, подобно высокоплану с углом наклона, но по другим причинам. Поскольку это может привести к нестабильности, такой как вылет по спирали, включая страшное пикирование по спирали, крыльям низкорасположенных самолетов обычно придают двугранный (восходящий) угол, что придает самолету некоторые характеристики самостабилизации при малых углах крена, но при этом позволяет избежать голландского крена.

Наконец, как показано в ответе aeroalias, у высоких крыльев высокие опоры двигателя. Большинство современных конструкций авиалайнеров имеют двигатели под крылом, к которым можно получить доступ очень близко к земле (стоя или с простой стремянки) и снять с самолета, опираясь на довольно простые опоры на роликах. Двигатели, установленные высоко на планере (например, на самолетах с высокорасположенным крылом, а также двигатели, установленные на фюзеляже Т-образных хвостовых оперений, и двигатель на центральной линии трехдвигательных двигателей, таких как DC-10 и 727) могут потребовать, чтобы добраться до них, и мощные аккордеонные подъемники для поддержки двигателя при его снятии. Это увеличивает затраты на техническое обслуживание и снижает возможность проведения осмысленных проверок у ворот.

Положение крыла определяется необходимой устойчивостью, необходимостью посадки на неподготовленные ВПП и т. д.

В целом самолеты с высокорасположенным крылом обладают большей поперечной устойчивостью по сравнению с конструкцией с низкорасположенным крылом. В случае конструкции с низким крылом желаемая устойчивость достигается за счет поперечного угла.

Низкое крыло имеет то преимущество, что его легко обслуживать, поскольку оно находится близко к земле. В случае высокоплана обычно требуется специальное оборудование для обслуживания двигателя и т. д.

источник: www.aviation-news.co.uk

Источник: www.robins.af.mil

Еще одно преимущество высокорасположенного крыла заключается в том, что самолеты могут приземляться на неподготовленные и полуподготовленные взлетно-посадочные полосы, поскольку высокорасположенное крыло (и расположение двигателя) обеспечивают некоторую защиту от мусора.

Источник: www.saairforce.co.za

Кроме того, в случае высокоплана влияние земли меньше. Это предотвращает «плавание» небольших самолетов и улучшает посадочные характеристики.

С точки зрения конструкции высокопланы могут иметь плоский пол для облегчения погрузки/разгрузки и использования стандартных поддонов. В случае низкорасположенного крыла лонжерон проходит через эту часть фюзеляжа. С другой стороны, высокая конструкция крыла ограничивает высоту салона по той же причине.

В случае гражданских самолетов простота обслуживания является одной из основных причин использования низкоплана.