В начале XX века, в эпоху первых лётчиков-первопроходцев, конструкторы активно экспериментировали с компоновкой самолётов. Одной из популярных была схема, при которой горизонтальное оперение (стабилизатор и руль высоты) размещалось не в хвосте, а впереди крыла, на удлинённой носовой части. За свой специфический силуэт, напоминающий летящую птицу с вытянутой шеей, такие аппараты получили название «утка». Сегодня этот термин прочно закрепился в авиации для обозначения всех летательных аппаратов с передним горизонтальным оперением.
От прошлого к будущему: «утка» в авиации
Рис. 1. Один из первых самолётов схемы «утка» — аэроплан Альберто Сантос-Дюмона.
Рис. 2. Современное воплощение схемы — шведский сверхзвуковой истребитель Saab Viggen. Инженеры вернулись к этой компоновке при создании скоростных самолётов, чтобы решить проблему потери подъёмной силы на хвостовом оперении обычных схем.
«Утка» в мире авиамоделизма
Схема «утка» давно привлекает внимание авиамоделистов. Её ключевое преимущество для свободнолетающих моделей — лучшая приспособленность к парению в восходящих потоках воздуха. Пионером в этой области в СССР стал авиамоделист А. Деменков из Уфы, успешно запускавший свою фюзеляжную «утку» ещё в 1931 году.
В 1960-е годы интерес к схеме возродился. Советский спортсмен В. Субботин с 1965 года проводил успешные эксперименты с таймерной моделью-«уткой». Американский авиамоделист Арт Бииль, известный своими победами в пилотаже, решил исследовать потенциал этой схемы для управляемых кордовых моделей. Результатом его работы стала пилотажная модель «УИИ-Джи-Берд» с двигателем 2,5 см³.
Рис. 3. Конструкция модели «УИИ-Джи-Берд»: горизонтальное оперение закреплено на крыле с помощью двух балок, двигатель с тянущим винтом расположен в носу короткого фюзеляжа, а на задней кромке крыла установлены два несимметрично отклонённых киля.
Кропотливая настройка центра тяжести принесла свои плоды — модель показала отличные результаты на соревнованиях. Кроме того, выявилось уникальное свойство такой компоновки: при внезапной остановке двигателя во время выполнения фигуры модель самостоятельно выходила из пикирования и совершала плавную посадку. Это происходит благодаря аэродинамическому моменту, возникающему на руле высоты при потере скорости, который автоматически выравнивает модель.
Рис. 4. Ещё один успешный пример — кордовая пилотажная модель «утка», созданная японскими авиамоделистами.
Ключевой параметр: расчёт центра тяжести
Главная задача при проектировании модели «утка» — правильное определение положения центра тяжести (ЦТ). От этого напрямую зависит устойчивость полёта. Необходимое расстояние от передней кромки крыла (носка хорды) до ЦТ рассчитывается по специальным формулам, которые различаются для моделей с толкающим и тянущим воздушным винтом.
Для модели с толкающим винтом (расположенным позади крыла) применяется формула:
где:
Sго — площадь горизонтального оперения (дм²),
Sкр — площадь крыла (дм²),
Lго — плечо горизонтального оперения, расстояние от носка стабилизатора до носка крыла (дм),
в — хорда крыла (мм).
Для примера: у модели В. Субботина с параметрами Sго = 10,5 дм², Lго = 6,3 дм, Sкp = 31,9 дм², расчётное значение X составило 126 мм.
Для модели с тянущим винтом (в носу перед крылом) формула упрощается:
Кроме формул, для удобства можно использовать специальный график (номограмму), который позволяет быстро определить оптимальное положение центра тяжести в зависимости от соотношения площадей и плеча оперения.
Рис. 5. График для определения центра тяжести модели схемы «утка».
И. КОНСТАНТИНОВ