Üç yüzeyli uçak - Three-surface aircraft

Bir üç-yüzey uçağı ya da bazen üç kaldırma yüzey uçağın bir sahiptir foreplane , merkezi bir kanat ve bir yatay kuyruk . Merkezi kanat yüzeyi her zaman kaldırma sağlar ve genellikle en büyüğüdür, baş ve arka düzlemlerin işlevleri türler arasında değişebilir ve kaldırma, kontrol ve/veya dengeyi içerebilir.

Sivil uçaklarda, güvenli stall özellikleri ve kısa kalkış ve iniş (STOL) performansı sağlamak için üç yüzey konfigürasyonu kullanılabilir. Ayrıca, toplam kanat yüzey alanının en aza indirilmesine izin vererek, beraberindeki deri sürtünmesini azalttığı da iddia edilmektedir. Muharebe uçaklarında bu konfigürasyon ayrıca, genellikle vektörlü itme ile bağlantılı olarak, stall'dan önce ve sonra manevra kabiliyetini arttırmak için de kullanılabilir .

Tarih

1911'de kullanılan erken bir tanım "üç düzlemli sistem" idi. 1920'lerin Fernic tasarımları "tandem" olarak adlandırıldı. Aslında birbiri ardına iki kaldırma kanadı yüzeyi varken, kuyruk düzlemi üçüncü bir yatay yüzey oluşturur.

öncü deneyler

Havacılığın öncü yıllarında, bir dizi uçak hem ön hem de arka yardımcı yüzeylerle uçtu. Kontrol ve stabilite sorunu tam olarak anlaşılmamıştı ve tipik olarak yunuslama kontrolü ön yüzeydeydi ve arka yüzey de kalkıyordu ve bu da ziftte dengesizliğe yol açıyordu. Kress Drachenflieger 1901 ve DUFAUX triplane 1908 çıkarmak için yeterli gücü vardı. Daha başarılı türler arasında Voisin-Farman I (1907) ve Curtiss No. 1 (1909) vardı. Wright Kardeşler de, hem kontrol edilebilirlik hem de stabilite elde etmek için temel Flyer tasarımı üzerinde deneyler yaptılar, onu çeşitli zamanlarda ilk kanard, ardından üç yüzey ve son olarak geleneksel konfigürasyonlarda uçurdular. 1914'te Birinci Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle, daha küçük arka kuyruk yüzeyine sahip ana kanat geleneksel konfigürasyon haline geldi ve birkaç üç yüzey tipi uzun yıllar boyunca uçacaktı. 1917 tarihli Fokker V.8 ve 1921 tarihli Caproni Ca.60 Noviplano'nun ikisi de başarısızdı.

Yumuşak durak ve STOL

1920'lerde George Fernic, geleneksel bir kuyruk düzlemi ile birlikte iki kaldırma yüzeyi fikrini geliştirdi. Küçük ön uçak oldukça yüklüydü ve hücum açısı arttıkça ilk önce stall olacak şekilde tasarlandı, bu da burnun düşmesine neden oldu ve uçağın ana kanadı durdurmadan güvenli bir şekilde toparlanmasına izin verdi. Bu "yumuşak" durak, durakta genellikle geleneksel tasarımlarda bulunmayan bir güvenlik seviyesi sağlar. Üç yüzeyli bir tek kanatlı uçak olan Fernic T-9 , 1929'da uçtu. Fernic, halefi FT-10 Cruisaire ile uçarken bir kazada öldü.

Saf bir canard tasarımı ile böyle yumuşak bir duraklama elde etmek mümkündür , ancak bu durumda yunuslamayı kontrol etmek zordur ve ön kanat tekrar tekrar burnu kaldırırken, durur ve toparlanırken salınımlar gelişebilir. Ayrıca, tasarımda, durmuş ön uçaktan gelen türbülanslı izinin, kendi başına, ana kanat üzerindeki hava akışını, önemli bir kaldırma kaybına neden olacak ve burun aşağı yunuslama momentini ortadan kaldıracak kadar bozmamasına dikkat edilmelidir. Üç yüzeyli tasarımda üçüncü, kuyruk yüzeyi durmaz ve daha iyi kontrol edilebilirlik sağlar.

1950'lerde James Robertson deneysel Skyshark'ını geliştirdi. Bu, geniş ölçüde geleneksel bir tasarımdı, ancak yalnızca güvenli bir stall sağlamakla kalmayıp aynı zamanda iyi bir Kısa kalkış ve iniş (STOL) performansı sağlamayı amaçlayan küçük bir ön kanat da dahil olmak üzere çeşitli özelliklere sahipti . Ön kanat, STOL performansının, geleneksel STOL tasarımlarının gerektirdiği yüksek saldırı açıları ve eşlik eden durma tehlikeleri olmadan elde edilmesini sağladı. Uçak ABD Ordusu tarafından değerlendirildi. Robertson'ın sistemi, değiştirilmiş bir Cessna hafif uçağı olan Wren 460 olarak ticarileştirildi . Bu da daha sonra 1980'lerde Peterson 260SE olarak ve ön kanat modifikasyonu ile sadece 230SE olarak lisanslandı ve üretildi . 2006'da sağlamlaştırılmış bir varyant olan Peterson Katmai üretime girdi. Büyük ölçüde benzer bir yaklaşım, 1988 Eagle-XTS ve türevleri olan Eagle 150 serisi tarafından benimsenmiştir .

Tezgahın ötesinde manevra kabiliyeti

1979 civarında, askeri jet tasarımcıları, özellikle kalkış ve savaş gibi düşük hızlarda ve yüksek saldırı açılarında gelişmiş manevra kabiliyeti ve kontrol sağlamanın bir yolu olarak üç yüzeyli konfigürasyonları incelemeye başladılar. Amerika Birleşik Devletleri'nde deneysel Grumman X-29 1984'te ve değiştirilmiş bir McDonnell Douglas F-15 , F-15 STOL/MTD , 1988'de uçtu, ancak bu tasarımlar takip edilmedi. In Sovyetler Birliği'nin bir Sukhoi Su-27 uydurma foreplanes 1985 yılında uçtu ve bu tasarımın türevleri üretimi girmek için sadece askeri üç yüzey tipleri haline ile güncellenmiştir.

Minimum kanat yüzeyi

Ayrıca 1979'da Piaggio , Learjet ile işbirliği içinde Piaggio P.180 Avanti olarak ortaya çıkacak üç yüzeyli sivil ikiz turboprop üzerinde tasarım çalışmalarına başladı . Bu tip ilk uçuşunu 1986 yılında yapmış ve 1990 yılında hizmete girmiş ve günümüzde üretimi devam etmektedir. Avanti'de, üç yüzeyli konfigürasyonun, geleneksel eşdeğerine kıyasla kanat boyutunu, ağırlığı ve sürtünmeyi önemli ölçüde azalttığı iddia ediliyor.

Bu konfigürasyonu benimseyen iki deneysel uçak daha sonra Burt Rutan liderliğinde Scaled Composites tarafından inşa edildi ve 1988'de uçtu. Triumph , Beechcraft için tasarlanmış ikiz turbofanlı çok hafif bir jet uçağıydı . Uçuş testi, hedeflenen performans aralığını doğruladı. Catbird için yedek olarak Rutan tarafından öngörülen tek motorlu pervaneli uçak, oldu Beechcraft Bonanza . 2014 yılında belirlenen 334.44 km/sa (207.81 mph) yük taşımadan 5.000 km'lik (3.100 mi) kapalı bir devrede hız için dünya rekorunu elinde tutuyor.

Savaş uçağı tasarımı

Bazı gelişmiş jet uçakları, genellikle itme vektörü ile bağlantılı olarak üç yüzeyli bir konfigürasyona sahiptir . Bu, tipik olarak, özellikle ana kanadın stall noktasının ötesindeki çok yüksek hücum açılarında , kontrolü ve manevra kabiliyetini arttırmayı amaçlar . Pugachev'in Kobrası ve Kulbit gibi bazı gelişmiş savaş manevraları ilk olarak Sukhoi üç yüzeyli uçaklarda gerçekleştirildi.

Deneysel Grumman X-29 , ana kanat köklerinden arkaya doğru uzanan sıra dışı öne eğik kanatlara ve sıralara sahip , temel "önce kuyruk" yamuk konfigürasyonuna sahipti. Sıraların uçlarındaki hareketli kanatlar, onu etkili bir şekilde üç yüzeyli bir tasarım haline getirdi. X-29, olağanüstü yüksek açılı saldırı manevra kabiliyeti gösterdi.

Daha basit bir üç yüzeyli tasarım, aksi takdirde geleneksel Sukhoi Su-27'nin çeşitli varyantlarında görülür . Bir geliştirme uçağına başarılı bir şekilde canard ön uçakların eklenmesinin ardından, bunlar deniz Su-33 (Su-27K), bazı Su-30'lar, Su-35 ve Su-37 dahil olmak üzere bir dizi sonraki üretim varyantına dahil edildi . Çinli Shenyang J-15 , Su-33'ün konfigürasyonunu da devraldı.

McDonnell Douglas F-15 STOL / MTD STOL performansı ve yüksek hareket kabiliyeti, hem bu teknolojilerin göstermek için tasarlanmış uydurma foreplanes ve itme vektörleme, modifiye edilmiş bir F-15 uçak gövdesi oldu.

Azaltılmış yüzey alanı tasarımı

Üç yüzeyli konfigürasyonun, geleneksel ve kanard konfigürasyonlarına kıyasla toplam aerodinamik yüzey alanını azalttığı ve böylece sürüklenme ve ağırlık düşüşlerini sağladığı iddia ediliyor.

adım dengesi

Çoğu uçakta, kanat basınç merkezi, uçuş koşullarına göre ileri ve geri hareket eder. Ağırlık merkezi ile aynı hizada değilse , uçağın yalpalamasını önlemek ve böylece dengeyi sağlamak için bir düzeltici veya trim kuvveti uygulanmalıdır.

Geleneksel bir uçakta bu eğim trim kuvveti bir kuyruk düzlemi tarafından uygulanır . Birçok modern tasarımda, kanat basınç merkezi normalde ağırlık merkezinin kıç tarafındadır, bu nedenle kuyruk düzlemi aşağı doğru bir kuvvet uygulamalıdır. Kuyruk tarafından oluşturulan bu tür herhangi bir negatif kaldırma, ana kanattan ek kaldırma ile telafi edilmelidir, böylece kanat alanı, sürüklenme ve ağırlık gereksinimleri artar.

Üç yüzeyli bir uçakta, yunuslama trim kuvvetleri, uçuş sırasında gerektiği gibi, ön kanat ve arka kanat arasında paylaşılabilir. Denge, kuyruk düzleminden bastırma kuvveti yerine ön düzlemden kaldırma ile sağlanabilir. Her iki etki, azaltılmış bastırma kuvveti ve ekstra kaldırma kuvveti, ana kanat üzerindeki yükü azaltır.

Piaggio P.180 Avanti vardır kanatlara onun ileri kanat ve ana kanat hem. Her iki kanat da kalkış ve iniş için yunuslama tarafsızlığını korumak için uyum içinde açılır.

Statik kararlılık ve durak

Normal uçuşta doğal statik yunuslama stabilitesine izin vermek için bir uçak uçağında , ön uçak kaldırma sağlamalıdır. Ayrıca, uçağın güvenli stall özelliklerine sahip olması için ön uçağın ana kanattan önce stall olması, uçağı düşürmesi ve uçağın toparlanmasına izin vermesi gerekir. Bu, maksimum kaldırma katsayısına ve kanat yüküne pratikte asla ulaşılmaması için ana kanat alanında bir güvenlik payının kullanılması gerektiği anlamına gelir . Bu da ana kanadın boyutunun büyütülmesi gerektiği anlamına gelir.

Üç yüzeyli bir uçakta, kuyruk düzlemi geleneksel bir yatay dengeleyici görevi görür . Stall durumunda, ana kanat takılmış olsa bile, kuyruk düzlemi bir aşağı inme anı sağlayabilir ve toparlanmaya izin verebilir. Kanat böylece maksimum kaldırma katsayısına kadar kullanılabilir, bu da alanının ve ağırlığının azalmasına dönüşebilen bir avantajdır.

Bir kaldırma ön düzlemi, ağırlık merkezinin önüne yerleştirilmiştir, bu nedenle kaldırma momenti, eğimdeki herhangi bir hareketle aynı yönde hareket eder. Uçağın doğal olarak stabil olması gerekiyorsa, ön uçağın boyutu, kaldırma eğimi ve moment kolu, kanat ve arka düzlem tarafından sağlanan dengeleyici momenti aşmayacak şekilde seçilmelidir. Stabilite kısıtlamaları, bu nedenle, ön düzlemin hacim oranını (trim ve stabilite terimlerindeki etkinliğinin bir ölçüsü) sınırlar; bu da, yukarıda tarif edildiği gibi eğim trim kuvvetlerini paylaşma kabiliyetini sınırlayabilir.

Kanat alanı azaltma

Bir uçağın kaldırma kanatlarının minimum boyutu: uçağın ağırlığı, yatay dengeleyici tarafından üretilen negatif kaldırmaya karşı koymak için gereken kuvvet, hedeflenen kalkış ve iniş hızları ve kanatların kaldırma katsayısı ile belirlenir. .

Modern uçakların çoğu, kalkış ve iniş sırasında kanat kaldırma katsayısını artırmak için ana kanatta arka kenar kanatları kullanır; böylece kanadın olması gerekenden daha küçük olmasına izin verir. Bu, kanadın ağırlığını azaltabilir ve her zaman kanadın yüzey alanını azaltır. Yüzey alanının azaltılması, tüm hızlarda cilt sürtünmesini orantılı olarak azaltır.

Arka kenar kanatçıklarının kullanılmasının bir dezavantajı, kullanım sırasında önemli ölçüde negatif yunuslama momenti üretmeleridir. Bu yunuslama momentini dengelemek için, yatay dengeleyici, arka kenar kanatçıkları tarafından oluşturulan negatif yunuslama momentini dengelemek için yeterli kuvveti üretebilmesi için, aksi takdirde olacağından biraz daha büyük olmalıdır. Bu da, ana kanadın, daha büyük yatay dengeleyici tarafından üretilen daha büyük negatif kaldırmayı dengelemek için olması gerekenden biraz daha büyük olması gerektiği anlamına gelir.

Düz bir uçakta, ön uçak kalkışta pozitif kaldırma sağlayabilir, aksi takdirde arka dengeleyicinin oluşturmak zorunda kalacağı aşağı kuvvetinin bir kısmını azaltır. Bununla birlikte, ana kanat, yalnızca uçağın kalkışta kalan ağırlığını kaldıracak kadar büyük değil, aynı zamanda stall'ı önlemek için yeterli güvenlik marjı sağlayacak kadar büyük olmalıdır. Üç yüzeyli bir uçakta, bu handikapların hiçbiri mevcut değildir ve ana kanadın boyutu küçültülebilir, böylece ağırlık ve sürtünme de azaltılabilir. Üç yüzeyli bir uçağın tüm kanat yüzeylerinin toplam alanının, eşdeğer iki yüzeyli bir uçağınkinden daha az olabileceği ve böylece hem ağırlığın hem de sürüklenmenin azaldığı iddia edilmektedir.

Seyir halindeki minimum alan, kanatlar gibi geleneksel yüksek kaldırma cihazlarının kullanılmasıyla daha da azaltılabilir ve üç yüzeyli bir tasarımın uçuş zarfındaki tüm noktalarda minimum yüzey alanına sahip olmasını sağlar.

Azaltılmış alanlı üç yüzeyli uçak örnekleri arasında Piaggio P.180 Avanti ve Scaled Composites Triumph ve Catbird sayılabilir . Bu uçaklar, minimum toplam yüzey alanını hava akımına maruz bırakacak şekilde tasarlanmıştır; böylece hız ve yakıt verimliliği için yüzey sürtünmesini azaltır. Birkaç inceleme, Avanti'nin en yüksek hızını ve hizmet tavanını alt uç jet uçaklarınınkiyle karşılaştırır ve seyir hızında önemli ölçüde daha iyi yakıt verimliliği bildirir. Piaggio, bu performansı kısmen uçağın düzenine bağlıyor ve geleneksel bir düzene kıyasla toplam kanat alanında %34'lük bir azalma olduğunu iddia ediyor.

üç yüzeyli uçakların listesi

Tip	Ülke	Sınıf	rol	Tarih	Durum	Numara.	Notlar
Aceair AERIKS 200	İsviçre	pervane	Özel	2002	Prototip		Bir ev inşa kiti olarak tasarlanmıştır.
Curtiss/AEA Haziran Böceği	Biz	pervane	Deneysel	1908	Prototip
Caproni Ca.60 Noviplano	İtalya	pervane	Ulaşım	1921	Prototip		Toplamda dokuz kanat oluşturan üç üç kanatlı istif. Uçan tekne.
1 numara	Biz	pervane	Deneysel	1909	Prototip		Curtiss Gold Bug veya Curtiss Golden Flyer olarak da bilinir.
de la Farge Pulga	Arjantin	pervane	Özel	1990 dolaylarında			Modifiye Uçan Pire
Dufaux	İsviçre	pervane	Deneysel	1908	Prototip		Uçan ilk İsviçre uçağı.
Kartal-XTS	Avustralya	pervane	Özel	1988
Kartal Uçak Kartal 150	Avustralya	pervane	Özel	1997
Farman üç kanatlı tek kanatlı uçak	Fransa	pervane	Deneysel	1908	Prototip
Fernik T-9	Biz	pervane	Özel	1929
Fernic-Cruisaire FT-10	Biz	pervane	Özel	1930
Fokker V.8	Almanya	pervane	Deneysel	1917	Prototip
Grumman X-29	Biz	Jet	Deneysel	1984	Prototip		Kanard ön kanatlı ve kuyruk bomu kanatlı ileri süpürülmüş kanat.
Ringa-Burgess	Biz	pervane		1910			Çift kanatlı.
Kress Drachenflieger	Avusturya-Macaristan	pervane	Deneysel	1901	Prototip		Uçamadı: motor kalkış için yeterli güce sahip değildi.
McDonnell Douglas F-15 STOL/MTD	Biz	Jet	Deneysel	1988	Prototip		İtki vektörleme kullanımı da dahil olmak üzere gelişmiş manevra kabiliyetinin teknoloji göstericisi
Mikoyan-Gurevich Ye-8	Sovyetler Birliği	Jet	Deneysel	1962	Prototip
NPO Molniya 1	Rusya		Ulaşım	1992
Peterson 260SE ve 230SE	Biz	pervane	Özel	1986
Peterson Katmai	Biz	pervane	Özel
Piaggio P.180 Avanti	İtalya	pervane	Ulaşım	1986	Üretim
Robertson Gök Köpekbalığı	Biz	pervane	Özel
Rutan Ölçekli Model 120 'Yırtıcı Hayvan'	Biz	pervane	Deneysel	1984	Prototip
Ölçekli Kompozitler ATTT (model 133)	Biz	pervane	Deneysel	1987	Prototip
Ölçekli Kompozitler Zaferi (model 143)	Biz	Jet	Deneysel	1988	Prototip
Ölçekli Kompozitler Catbird (model 181)	Biz	pervane	Deneysel	1988	Prototip
Shenyang J-15	Çin	Jet	Yüksek manevra kabiliyetine sahip savaş	2009
Kısa No.1 çift kanatlı	Birleşik Krallık	pervane	Deneysel	1910	Prototip		Uçmadı.
Sukhoi Su-27 M	Sovyetler Birliği	Jet	Yüksek manevra kabiliyetine sahip savaş				Standart arka düzleme ek olarak bir ön kanat ile donatılmış bazı örnekler.
Sukhoi Su-30 MKI	Hindistan	Jet	savaşçı	1989	Üretim		Sukhoi Su-30'un lisanslı versiyonu
Sukhoi Su-33	Sovyetler Birliği	Jet	savaşçı	1987	Üretim
Sukhoi Su-34	Rusya	Jet	Saldırı	1990	Üretim
Sukhoi Su-37	Rusya	Jet	savaşçı	1996	Prototip
Sukhoi Su-47	Rusya	Jet	Deneysel	1997	Prototip		Ana kanat ileriye doğru süpürülür.
Voisin-Farman I	Fransa	pervane	Deneysel	1907
çalı 460	Biz	pervane	Özel	1963
Wright Model A (Değiştirilmiş)	Biz	pervane	Deneysel	1909

Ayrıca bakınız

• Canard (havacılık)
• Sabitleyici (havacılık)
• kuyruk uçağı
• Kanat konfigürasyonu

Referanslar

Notlar

bibliyografya

• Garnizon, P ; TEKNİKLER: Three's Company ; Uçan , Aralık 2002, ss85–86