Введение
Моноплан — это конструкция самолета с фиксированным крылом, имеющая одну несущую плоскость, в отличие от биплана или других типов многопланов, которые имеют несколько несущих плоскостей. Моноплан обладает наилучшей аэродинамической эффективностью и наименьшим сопротивлением воздуха среди всех схем крыла и является самым простым в изготовлении. Однако в первые годы авиации эти преимущества нивелировались большим весом и меньшей маневренностью, что делало монопланы относительно редкими до 1930-х годов. С тех пор моноплан стал наиболее распространенной конструкцией самолетов с фиксированным крылом.
A monoplane is a fixed wing aircraft configuration with a single mainplane, in contrast to a biplane or other types of multiplanes, which have multiple planes. A monoplane has inherently the highest efficiency and lowest drag of any wing configuration and is the simplest to build. However, during the early years of flight, these advantages were offset by its greater weight and lower manoeuvrability, making it relatively rare until the 1930s. Since then, the monoplane has been the most common form for a fixed wing aircraft.
Поддержка и вес
Внутренняя эффективность моноплана лучше всего реализуется в консольном крыле, которое воспринимает все структурные нагрузки внутри себя. Однако, для достижения практических скоростей крыло должно быть тонким, что требует прочной и жесткой конструкции, а значит – более тяжелой. Внешняя расчалка позволяет повысить эффективность конструкции, снизить вес и стоимость. Для крыла заданного размера снижение веса позволяет летать с меньшей скоростью и использовать менее мощный и более экономичный двигатель. Именно поэтому все крылья монопланов в эпоху пионеров были расчалованы, и большинство из них оставались таковыми до начала 1930-х годов. Однако, открытые стойки или тросы расчалки создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, снижая эффективность и уменьшая максимальную скорость. Высокоскоростные и дальнемагистральные самолеты, как правило, имеют чисто консольные крылья, в то время как низкоскоростные самолеты с малой дальностью часто оснащаются расчалками.
- Да.
Помимо общих различий в конфигурации крыла, таких как положение хвостового оперения и использование расчалок, основное различие между типами монопланов заключается в месте крепления крыла к фюзеляжу по высоте.
Низкий
Низкое крыло – это крыло, расположенное на нижней части фюзеляжа или вблизи нее. Размещение крыла в нижней части обеспечивает хороший обзор вверх и освобождает центральную часть фюзеляжа от проходящего через него лонжерона крыла. Уменьшая маятниковую устойчивость, это делает самолет более маневренным, как, например, Spitfire; однако самолеты, для которых устойчивость важнее маневренности, могут потребовать некоторого угла V. Характерной особенностью низкого расположения крыла является выраженный эффект земли, из-за которого самолет имеет тенденцию к более длительному планированию перед посадкой. В то же время, этот эффект позволяет сократить разбег при взлете.
Средняя
Среднее крыло крепится посередине фюзеляжа. Конструкция проходящего через фюзеляж лонжерона может уменьшить полезный объем фюзеляжа в районе центра тяжести, где пространство часто наиболее необходимо.
Рамо
Однокрыловое (конфигурация, занимающая промежуточное положение между высоко- и среднепланом) – это схема, при которой крыло устанавливается вблизи верхней части фюзеляжа, но не на самой его верхней точке. Название происходит от того, что крыло располагается на "плече" фюзеляжа, а не над головой пилота. Плечевые и высокопланы имеют общие характеристики: они поддерживают фюзеляж маятникового типа, не требующий диэдра для обеспечения устойчивости; и, по сравнению с низкопланом, ограниченный эффект земли у плечевого крыла уменьшает эффект "парения" при посадке. По сравнению с низкопланом, плечевые и высокопланы обеспечивают увеличенный зазор для винтов на многодвигательных самолетах. На больших самолетах практической разницы между плечевым и высокопланом немного, но на легких самолетах эта конфигурация важна, поскольку обеспечивает пилоту лучший обзор. На легких самолетах плечевые крылья обычно устанавливаются дальше к корме, чем высокопланы, и поэтому могут нуждаться в стреловидности с положительным углом для поддержания правильной центровки. Примеры легких самолетов с плечевыми крыльями включают ARV Super2, Bölkow Junior, Saab Safari и Barber Snark.
- Да.
Высокое крыло имеет верхнюю поверхность на уровне или выше верхней части фюзеляжа. Оно разделяет многие преимущества и недостатки с крылом среднего расположения, но на легком самолете высокое крыло обеспечивает худшую видимость вверх. На легких самолетах, таких как Cessna 152, крыло обычно расположено над кабиной, так что лонжерон крыла проходит над головами пассажиров, обеспечивая крылу оптимальное продольное положение. Преимуществом конфигурации высокого крыла является то, что фюзеляж находится ближе к земле, что облегчает погрузку груза, особенно для самолетов с грузовой дверью в задней части фюзеляжа. Военные грузовые самолеты преимущественно имеют высокую конструкцию крыла с задней грузовой дверью. Дополнительная поддержка может обеспечиваться стойками или тросами, идущими от боковых сторон фюзеляжа. Первые монопланы с крылом-зонтиком были адаптацией монопланов с крылом среднего расположения, поскольку поднятие крыла среднего расположения над фюзеляжем значительно улучшало видимость вниз, что было полезно для разведывательных задач, как, например, у широко используемого Morane Saulnier L. Крыло-зонтик обеспечивает эффективную конструкцию с хорошей видимостью для пилота и было применено на некоторых истребителях, таких как Fokker D. VIII и Morane Saulnier AI в конце Первой мировой войны. Крыло-зонтик также обеспечивает высокую точку крепления для двигателей, и в межвоенный период было популярно на летающих лодках, которым необходимо поднимать винты над брызгами. Примеры включают Martin M 130, Dornier Do 18 и Consolidated PBY Catalina. По сравнению с бипланом, крыло-зонтик имеет меньше расчалок и меньшее сопротивление. Оно остается популярной конструкцией для амфибий и небольших самодельных и сверхлегких самолетов.
The parasol wing allows for an efficient design with good pilot visibility, and was adopted for some fighters such as the Fokker D. VIII and Morane Saulnier AI in the later part of the First World War. A parasol wing also provides a high mounting point for engines and during the interwar period was popular on flying boats, which need to lift the propellers clear of spray. Examples include the Martin M 130, Dornier Do 18 and the Consolidated PBY Catalina. Compared to a biplane, a parasol wing has less bracing and lower drag. It remains a popular configuration for amphibians and small homebuilt and ultralight aircraft.
История
Хотя первыми успешными самолетами были бипланы, первые попытки создания летательных аппаратов тяжелее воздуха были монопланами, и многие пионеры продолжали разрабатывать конструкции монопланов. Например, первым самолетом, поступившим в серийное производство, был Santos Dumont Demoiselle 1907 года, а Blériot XI совершил перелет через Ла-Манш в 1909 году. В течение 1909–1910 годов Хьюберт Латэм установил несколько рекордов высоты на своем моноплане Antoinette IV, достигнув в итоге… Эквивалентным немецким термином является Eindecker, как, например, истребитель Fokker Eindecker со среднерасположенным крылом 1915 года, который на некоторое время доминировал в небе, получив название «Фоккер-мор». В немецкой военной системе обозначений самолетов Idflieg, действовавшей до 1918 года, обозначения типов монопланов начинались с буквы E, до утверждения истребителя Fokker D. VIII, ранее обозначенного как "E. V". Однако успех Fokker был недолгим, и в Первой мировой войне преобладали бипланы. К концу войны монопланы вновь стали популярными, и успешные модели выпускались в 1920-е годы. Тем не менее, в период с 1914 по конец 1920-х годов было построено относительно немного типов монопланов по сравнению с количеством бипланов. Это было обусловлено в основном практическими причинами. При низкой мощности двигателей и доступных скоростях полета крылья моноплана должны были быть большими, чтобы создать достаточную подъемную силу, в то время как биплан мог иметь два меньших крыла и, следовательно, быть меньше и легче. К концу Первой мировой войны присущее бипланам высокое аэродинамическое сопротивление начало ограничивать их характеристики. Двигатели еще не были достаточно мощными, чтобы сделать тяжелый консольный моноплан жизнеспособным, и крыло типа «парасол» стало популярным на истребителях, хотя немногие успели принять участие в боевых действиях. Оно оставалось популярным на протяжении 1920-х годов. На летающих лодках с неглубоким корпусом крыло типа «парасол» позволяло устанавливать двигатели над брызгами воды при взлете и посадке. Эта схема была популярна на летающих лодках в 1930-х годах; поздним примером является Consolidated PBY Catalina. Она устарела, когда во время Второй мировой войны стали нормой более высокие корпуса, что позволило крепить крыло высокого расположения непосредственно к корпусу. По мере увеличения мощности двигателей вес всеметаллической конструкции и консольного крыла становились все более практичными — впервые совместно реализованными в революционном немецком самолете-демонстраторе Junkers J 1 в 1915–16 годах — они стали обычными в послевоенный период. Эпоха подкосов ушла в прошлое, и к 1930-м годам консольный моноплан быстро становился стандартной конфигурацией для самолетов с фиксированным крылом. В начале-середине 1930-х годов передовые конструкции одноплановых истребителей были запущены в массовое производство для военных служб по всему миру, в Советском Союзе и Соединенных Штатах, соответственно Polikarpov I-16 и Boeing P-26 Peashooter. Большинство военных самолетов Второй мировой войны были монопланами, как и практически все самолеты с тех пор, за исключением нескольких специализированных типов. Реактивные и ракетные двигатели обладают еще большей мощностью, и все современные высокоскоростные самолеты, особенно сверхзвуковые, являются монопланами.
The equivalent German language term is Eindecker, as in the mid wing Fokker Eindecker fighter of 1915 which for a time dominated the skies in what became known as the "Fokker scourge". The German military Idflieg aircraft designation system prior to 1918 prefixed monoplane type designations with an E, until the approval of the Fokker D. VIII fighter from its former "E. V" designation. However, the success of the Fokker was short lived, and World War I was dominated by biplanes. Towards the end of the war, the parasol monoplane became popular and successful designs were produced into the 1920s. Nonetheless, relatively few monoplane types were built between 1914 and the late 1920s, compared with the number of biplanes. The reasons for this were primarily practical. With the low engine powers and airspeeds available, the wings of a monoplane needed to be large in order to create enough lift while a biplane could have two smaller wings and so be made smaller and lighter. Towards the end of the First World War, the inherent high drag of the biplane was beginning to restrict performance. Engines were not yet powerful enough to make the heavy cantilever wing monoplane viable, and the braced parasol wing became popular on fighter aircraft, although few arrived in time to see combat. It remained popular throughout the 1920s. On flying boats with a shallow hull, a parasol wing allows the engines to be mounted above the spray from the water when taking off and landing. This arrangement was popular on flying boats during the 1930s; a late example being the Consolidated PBY Catalina. It died out when taller hulls became the norm during World War II, allowing a high wing to be attached directly to the hull. As ever increasing engine powers made the weight of all metal construction and the cantilever wing more practical — first pioneered together by the revolutionary German Junkers J 1 factory demonstrator in 1915–16 — they became common during the post–World War I period, the day of the braced wing passed, and by the 1930s, the cantilever monoplane was fast becoming the standard configuration for a fixed wing aircraft. Advanced monoplane fighter aircraft designs were mass produced for military services around the world in both the Soviet Union and the United States in the early–mid 1930s, with the Polikarpov I 16 and the Boeing P 26 Peashooter respectively. Most military aircraft of WWII were monoplanes, as have been virtually all aircraft since, except for a few specialist types. Jet and rocket engines have even more power and all modern high speed aircraft, especially supersonic types, have been monoplanes.