Қос балкалы ұшақ конструкциясы

Кіріспе

Қосалқы жабдықтарды орналастыру үшін екі бойлық бағананы пайдаланатын ұшақ конструкциясы.

Екі бағаналы ұшақта екі бойлық қосалқы бағана болады. Олар отын бактерілері сияқты қосалқы жабдықтарды қамти алады және/немесе басқа жабдықтар үшін тіреу құрылымын қамтамасыз етеді. Әдетте, екі құйрық бағанасы құйрық жапырақшаларын ұстайды, бірақ кейбір түрлерінде, мысалы, Rutan Model 72 Grizzly ұшағында, бағаналар қанаттың алдынан өтеді. Екі бағаналы конструкция екі фюзеляжды конструкциялардан өзгеше, себебі ол орталық фюзеляжды сақтайды.

Дизайн

Екі бумды конфигурация екі фюзеляждық типтен пилот пен жүк орналасқан жеке, қысқа фюзеляжымен ерекшеленеді. Ол әртүрлі мақсаттағы ұшақтардың дәстүрлі түйреуішімен байланысты әртүрлі конструкциялық мәселелерді шешу үшін қабылданды.

Қозғалтқышты орнату

Бір пропеллерлі, түрткіш конфигурациясындағы немесе реактивті қозғалтқышпен жабдықталған бір қозғалтқыш үшін, дәстүрлі құйрық пропеллерді немесе газды шығаруды артқа қарай жылжытуды талап етеді, бұл өте ұзын жетек валын немесе реактивтік құбырды қажет етеді, соның салдарынан итеру тиімділігі төмендейді. Екі бағаналы конфигурация әлдеқайда қысқа және тиімді орнатуға мүмкіндік береді. Saab 21 бастапқыда түрткіш типті болып жасалған, ал кейіннен реактивтік қуатқа 21R ретінде бейімделген. Мұндай конструкцияларда, құйрық жазықтығы (көлденең тұрақтандырғыш) әдетте қозғалтқыштан шығатын ағыннан қашықтау үшін екі құйрық қанатына жоғары орнатылады. Scaled Composites SpaceShipOne және SpaceShipTwo суборбитальдық ғарыш ұшақтары екі жақты бағаналарды сыртқы құйрықтарымен немесе сыртқы көлденең тұрақтандырғыштарымен (OHS) пайдаланды, бұл ұшақ корпусын кеңірек таралатын реактивтік қозғалтқыш газынан таза ұстау үшін жасалған. Екі бағаналы конструкция сондай-ақ екі қозғалтқышты ұшақтарда қолданылады, онда қозғалтқыш жүйесіне турбокомпрессорлар және жылу алмастырғыштар сияқты көлемді қосымша жабдықтар кіреді, олар көп орын алады. Мысалы, Lockheed P-38 Lightning ұшағын қарастыруға болады.

Көрініс өрісі

Артқы бақылау немесе қару позициясының кедергісіз көру аймағы болуы үшін, оны дәстүрлі құйрықтың арт жағына орналастыру оны масса орталығына және ұшақтың тепе-теңдігіне қатысты қиындықтар тудыратындай артқа жылжытады. Дәстүрлі эпеннажды жою артқы позицияны алға жылжытуға мүмкіндік береді, бұл тепе-теңдік мәселесін шешеді. Мысалы, Focke Wulf Fw 189 ұшағын қарастыруға болады. Дегенмен, екі бағаналы конструкция мен көпірлі құйрық жазықтығы көру аймағын белгілі бір деңгейде бұзады және осы позициядағы қарулардың жаққа оқ атуы шектеулі болады.

Көлікпен қатынау

Көлік және контейнерлер сияқты ірі жүктерді тиеу және түсіру үшін үлкен кіру есіктері қажет. Стандартты конструкцияларда мұндай есіктер фюзеляждың алдыңғы немесе бүйір бөлігінде орналасуы тиіс, бұл негізгі құрылымды күшейтуді талап етеді. Бүйір есіктері жүк мөлшерінің ұзындығын есіктің енімен шектейді, сондай-ақ қозғалтқыштар немесе шасси кіруге кедергі келтіруі мүмкін. Екі балкалы конструкция фюзеляждың артқы жағына үлкен есікті, Армстронг Уитворт AW.660 Аргозидегідей, құйрық бөлігіне кедересіз орналастыруға мүмкіндік береді. Дегенмен, артқы есікке кіру әлі де шектеулі, әсіресе жүк көліктері үшін кері бағытта, сондықтан көтеріңкі орналасқан стандартты артқы фюзеляж жиі артықшылық болып табылады.

Тиімділік

Екі бағаналы конструкциялар әдетте, стандартты конструкцияға қарағанда көбірек қарсылық тудырады. Олар, әдетте, фюзеляждан тар және сондықтан өзінен аз қатты болады, сондықтан құйрықтың қатаң позициясын сақтау үшін қосымша нығайту қажет. Бірақ, бұл конструкцияда құйрық жапырағының ұшқырындағы әсерлерден аулақ болады және ол екі жағынан да қолдауға ие, бұл оны кіші және жеңіл етуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, қанат бойымен жүктеме таралуы бағаналар арасындағы құрылымдық күштерді азайтады, демек, жалпы салмақты төмендетеді. Кейбір қазіргі заманғы, жоғары тиімділікке ие конструкцияларда екі бағаналы жүйелер бар, олар қанат бойымен жүктемені бөліп, немесе жалпы құрылымды нығайтады. Әлемді тоқтаусыз айналып ұша алатын "Рутан Вояджер" алдыңғы қанатты демеуші бағаналары бар және артқы жағында екі вертикальды қанатты қолдайтын, алға жылға созылған екі бағаналы конструкциялы канартты ұшақ болды. Кейінірек жасалған Virgin Atlantic GlobalFlyer реактивті двигательмен жабдықталған, бірақ ұқсас ұшу қашықтығына ие, реактивті отынды жеңіл салмақты жүктемелі құрылымда орналастыру үшін үлкен екі бағаналы конструкцияны сақтап, әр бағанада кішкентай стандартты құйрықпен жасалған.

Тарих

Екі бумды конструкциялар тарихын көптеген ертедегі бокс-кит ұшақтарында қолданылған бумдардың торлы құрылымдарына дейін жетеді. Бірінші дүниежүзілік соғыста олардың тым көп қарсылық тудыратыны анықталғаннан кейін, матамен қапталған, ықшам конструкциялар жасалды. Бұған Капрони сериялы үш қозғалтқышты бомбалаушы ұшақтар мысал бола алады. Сол кезде ағаштан жасалған алғашқы монокок фюзеляждар пайда болды, және осы техниканы екі бумды конструкцияны жасау үшін көп ұзамай қолданды. Бәлкім, алғашқысы – соғыстан бұрынғы Nieuport итераторы болған, ол бакелитпен сіңірілген қағазды қолданған, бірақ ең сәттілері AGO C. I және C. II болды, олар формаға жабыстырылған ағаштан жасалған дәстүрлі ағаш қабығын пайдаланды. Бірінші дүниежүзілік соғыстың соңында алюминийден жасалған монокок конструкцияларының дамуымен, 1920 жылдары бастап осы техника екі бумды конструкцияларға да қолданылды. Көптеген ерте конструкциялар артқы пропеллерді тазалау үшін екі бумды пайдаланды, бірақ тіпті Бірінші дүниежүзілік соғыста бірнеше үлкен ұшақтар оларды пайдаланып, қанаттың төменгі жағын қадағалаушыға көру мүмкіндігін қамтамасыз етті, бұл ұшақтың ең шеткі бөлігінде салмақты орналастырудан туындайтын тепе-теңдік және басқару проблемаларын болдырмады. Екінші дүниежүзілік соғыста ғана, ауқымды жүктер мен көлік құралдарын әуемен тасымалдау кеңінен таралғанда, жүк тиеуді жеңілдету үшін кабинамен бірқатар артқы есіктің пайдалылығы, сондай-ақ артқы фюзеляж құрылымын бүйірлерге жылжытудың қажеттілігі, Gotha Go 242 глайдеріндегідей артқы фюзеляждың тым биік болуын болдырмау үшін түсінілді. Ұшқыш ғасырының басталуымен, пропеллерге арналған бос кеңістік қажеттілігі ыстық газ ағыны үшін ашық жол беру қажеттілігімен алмастырылды. Көптеген ерте конструкцияларда қолданылған ұзақ сорғыш және шығару құбырлары ұшқыш қозғалтқышының тиімділігіне кедергі келтірді, сондықтан де Хавилленд өздерінің сәтті Vampire және Venom реактивтік истребительдеріндегідей екі бумды пайдалану арқылы шығару құбырларын ең аз ұзындыққа дейін қысқартуға болады. Аз ғана конструкциялар басқа себептермен екі бумды пайдаланды, ең танымалсы – Lockheed P-38 Lightning, оның бумдарында тым ұзын қозғалтқыш турбокомпрессорлары орналасқан, бұл әдеттен тыс ұзын гондола жасаған болар еді. Екі бумды конструкцияның соңғы қолданылуы – Rutan Voyager сияқты жоғары қанаттылық коэффициенті бар қанаттар мен қанатшаларды біріктіру, иілгендікті азайту және оны басқаша шектеу үшін қажетті салмақты азайту болды. Сонымен қатар, отынның көп бөлігін қанаттың орта бөлігінде орналастыру арқасында қанаттарға түсетін күштер айтарлықтай төмендейді, дәл осылай көптеген реактивтік көліктердегі қозғалтқыштар қанаттың орта бөлігіне орналастырылады. Осы күтілетін артықшылықтарға қарамастан, екі бумды конструкциялар сирек кездеседі. Көптеген жағдайларда, бумдар конструкциялық тұрғыдан иілгіштікке жеткілікті деңгейде кепілдік бермейді және қарсылықты арттырады. Төменге қарай көру бұрышын жақсарту үшін екі бумды пайдаланатындарда, ол көлденең және көбінесе тікелей артқа қарай көру бұрышын қатты шектейді. Көліктік ұшақтар үшін бумдар фюзеляжға кіруді жеңілдетуі мүмкін, бірақ жүк көліктері ұшақтың жақын орналасқан бөліктеріне тимеу үшін өте сақ болуы керек. Нәтижесінде C-119 ерекше жағдай болып қалды, ал соғыстан кейінгі көптеген сәтті көліктік ұшақтар, мысалы C-130 Hercules, бір артқы фюзеляжға қайта оралды.

Twin boom designs can trace their history back to the lattices of booms used on many early boxkite aircraft. With the recognition of the tremendous drag these imposed, more compact structures covered in fabric were developed during the World War I. Prime examples include the Caproni series of trimotor bombers. Around the same time, the first wooden monocoque fuselages appeared, and it wasn't long before this technique was applied to provide twin booms. Possibly the first of these was the pre war Nieuport pusher, which used paper impregnated with Bakelite however the most successful were the AGO C. I and C. II which used a more conventional wooden shell, built up from strips of wood glued over a form. With the development of aluminium stressed skin monocoques later in World War I, the same technique was extended to twin boom designs, beginning in the 1920s. Most of the early designs used twin booms to clear a rear mounted propeller, however even in World War I, several larger aircraft used them to provide a gunner with the ability to cover the underside of the tail without having to have the weight at the very extreme end of the aircraft where it posed balance and control problems. Only in World War II, with the increasing prevalence of transporting bulky items and vehicles by air was the utility of a rear door, in line with the cabin to ease loading realized, and with it, the utility of moving the rear fuselage structure to the sides to avoid excessive height in the rear fuselage as on the Gotha Go 242 glider. With the beginning of the jet age, the need for clearance for the propeller was replaced with the need to provide a clear path for hot exhaust gases. Jet engine efficiency was hampered by long intake and exhaust trunks, as were used on many early designs, and one solution was to use twin booms to shorten the exhaust trunking to the minimum, such as de Havilland used on their successful Vampire and Venom jet fighters. A small number of designs used twin booms for other reasons, most notable being the Lockheed P 38 Lightning, whose booms contained the overly lengthy engine turbo superchargers, which would have made for an unusually long nacelle. The final use for a twin boom to be developed was in tying together very high aspect ratio wings and canards as on the Rutan Voyager, to reduce flexing, and the weight needed to otherwise constrain it. Also, by having the mass from most of the fuel mid span, it reduces the forces on the wings considerably, much in the same manner mounting the engines mid span on most jet transports does. Despite these anticipated benefits, twin booms remain unusual. For most cases, the booms are less efficient structurally in providing pitch stiffness, and produce more drag. In the case of those using twin booms to improve the field of fire downwards, it severely reduces it laterally, and often directly astern. For transports, the booms may facilitate access to the fuselage, but trucks then have to be extremely careful to not hit parts of the aircraft that they are then getting closer to. As a result, the C 119 remained an anomaly, and most successful post war transports, such as the C 130 Hercules, reverted to a single rear fuselage.