4 Схемы летательных аппаратов

Схемы ЛА характеризуются способом создания управляющих сил и управляющих моментов. Правильный выбор схемы ЛА обеспечивает возможность управления его полетом, что обеспечивает доставку полезного груза в заданную точку пространства с приемлемой точностью. Управляющие силы по своей физической природе их создания могут быть аэродинамическими или газодинамическими. Аэродинамические силы создаются при обтекании частей ЛА воздушным потоком. Газодинамические силы создаются посредством реактивной струи газов двигателя или через сопла от специальных емкостей, содержащих сжатый газ.

Способ создания нормальных управляющих сил является одним из главных признаков, характеризующих схему ЛА. В технической литературе выделяют три группы схем ЛА: аэродинамические (для крылатых беспилотных ЛА (БЛА)), газодинамические (для ракет-носителей (РН)) и комбинированные (для крылатых БЛА и РН).

4.1 Аэродинамические схемы крылатых беспилотных летательных аппаратов

Крылатые БЛА обычно сравнивают по их аэродинамическим схемам. Аэродинамическая схема характеризуется двумя признаками:

1. Числом и поперечной ориентировкой крыльев, т.е. их расположением вокруг корпуса при виде спереди. При этом различают схему с плоским расположением крыльев в горизонтальной плоскости – самолетная схема (рис. 4.1, а), пространственным расположением крыльев – «плюс»-образная схема (+) – крылья в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис. 4.1, б) и «икс»-образная схема ( ) – крылья под углом к горизонтальной плоскости, обычно под углом 45° (рис. 4.1, в).

2. Взаимным расположением подвижных (рулей) и неподвижных (крыльев) несущих поверхностей. По этому признаку все аэродинамические схемы БЛА разделяют на четыре типа: обычная (нормальная) схема (рис. 4.2, а), схема «бесхвостка» (рис. 4.2, б), схема «утка» (рис. 4.2, в), схема с поворотным крылом (рис. 4.2, г).

а б в

Рисунок 4.1 – Расположение несущих поверхностей: а – самолетная схема; б – «плюс»-образная схема; в – «икс»-образная схема

а	б
в	г

Рисунок 4.2 – Аэродинамические схемы БЛА: а – нормальная схема; б – схема «бесхвостка»; в – схема «утка»; г – схема с поворотным крылом

Для всех перечисленных аэродинамических схем характерным является то, что управляющая сила создается в основном несущими поверхностями – крыльями. Это подъемная сила ЛА . Доля управляющей силы, создаваемая тягой двигателя , в большинстве случаев невелика, тем более что чаще всего вектор тяги двигателя направлен вдоль оси корпуса ЛА и .

4.2 Особенности плоской схемы и схемы с пространственным расположением крыльев

Плоское расположение крыльев, присущее ЛА самолетной схемы, может быть выполнено с углом поперечной V-образности или без него. Управляющие силы создаются в основном крыльями, а управляющие моменты – вертикальным и горизонтальным оперением с рулями (которые могут быть частью оперения или являться цельноповоротным оперением). Особенностью этой схемы является то, что управляющие силы в вертикальной плоскости создаются за счет угла атаки , а в горизонтальной плоскости – посредством угла скольжения при плоском развороте (разворот без крена) или за счет угла крена при координированном развороте (крен без скольжения). При плоском развороте упрощается система управления, но в создании боковой силы участвуют только корпус и вертикальное оперение, площадь которого значительно меньше площади крыла. При координированном развороте боковая сила может быть достаточно большой, так как она создается крыльями, однако при этом усложняется система управления.

Следует также обратить внимание на то, что при плоской схеме расположения крыльев горизонтальное оперение может устанавливаться как в носовой, так и в кормовой части корпуса. Вертикальное оперение при этом может быть только в кормовой части корпуса, в противном случае ЛА не будет обладать статической устойчивостью пути (в горизонтальной плоскости). К преимуществу плоской схемы относится меньшее лобовое сопротивление, что полезно при полете на большие дальности.

Пространственное расположение крыльев позволяет получить требуемую для маневра боковую управляющую силу без координированного разворота, т.е. без крена. При одинаковой площади крыла «плюс»-образная схема обладает той же подъемной силой, что и плоская, однако масса крыльев в ней в два раза больше, что является недостатком. Если рули расположены по «икс»-образной схеме, они более эффективны, чем при «плюс»-образном их расположении.