Моноплан — это конфигурация самолета с неподвижным крылом и одним основным самолетом, в отличие от биплана или других типов мультипланов , которые имеют несколько плоскостей.
Моноплан по своей сути обладает самой высокой эффективностью и самым низким лобовым сопротивлением среди всех конфигураций крыла , и его проще всего построить. Однако в первые годы полетов эти преимущества нивелировались его большим весом и меньшей маневренностью, что делало его относительно редким до 1930-х годов. С тех пор моноплан стал наиболее распространенной формой самолета.
Присущая моноплану эффективность лучше всего достигается за счет свободнонесущего крыла, которое несет все структурные силы внутри себя. Однако для полета на практических скоростях крыло должно быть тонким, а для этого требуется тяжелая конструкция, чтобы сделать его достаточно прочным и жестким.
Внешние распорки можно использовать для повышения эффективности конструкции, снижения веса и стоимости. Для крыла заданного размера снижение веса позволяет ему летать медленнее и с менее мощным и более экономичным двигателем. По этой причине все крылья монопланов в эпоху пионеров были закреплены, и большинство из них сохранялось до начала 1930-х годов. Однако открытые стойки или тросы создают дополнительное сопротивление, снижая аэродинамическую эффективность и снижая максимальную скорость. [1]
Высокоскоростные и дальнобойные конструкции, как правило, представляют собой чисто консольные конструкции, тогда как низкоскоростные конструкции ближнего действия часто имеют распорки.
Помимо общих различий в конфигурации крыла, таких как положение хвостового оперения и использование распорок, основное различие между типами монопланов заключается в том, где крыло установлено вертикально на фюзеляже .
Низкоплановое крыло — это крыло, расположенное в нижней части фюзеляжа или рядом с ней.
Низкое расположение крыла обеспечивает хороший обзор вверх и освобождает центральную часть фюзеляжа от проноса лонжерона. За счет снижения маятниковой устойчивости он делает самолет более маневренным, как на «Спитфайре» ; но самолетам, для которых стабильность важнее маневренности, может потребоваться некоторый двугранный угол .
Особенностью низкорасположенного положения крыла является его значительное влияние на землю , придающее самолету тенденцию плыть дальше перед посадкой. [2] [3] И наоборот, этот эффект земли позволяет сократить взлет.
Среднее крыло установлено посередине фюзеляжа. Проходная лонжеронная конструкция может уменьшить полезный объем фюзеляжа вблизи его центра тяжести, где пространство часто наиболее востребовано.
Плечевое крыло (категория между высокорасположенным и среднерасположенным крылом) представляет собой конфигурацию, при которой крыло устанавливается в верхней части фюзеляжа, а не на самом верху. Он назван так потому, что сидит на «плече» фюзеляжа, а не на плече пилота. Плечевые крылья и высокие крылья имеют некоторые общие характеристики, а именно: они поддерживают подвесной фюзеляж, которому для устойчивости не требуется двугранное крыло; и, по сравнению с низкопланом, ограниченное воздействие плечевого крыла на землю снижает плавучесть при приземлении. По сравнению с низкопланом, конфигурации с плечевым крылом и высоким крылом обеспечивают увеличенный клиренс пропеллера на многомоторных самолетах. [4] На большом самолете практическая разница между плечевым крылом и высоким крылом невелика; но на легком самолете такая конфигурация важна, поскольку она обеспечивает пилоту превосходную обзорность. На легком самолете плечевое крыло может быть установлено дальше к корме, чем высокое крыло, и его необходимо сместить вперед для поддержания правильного центра тяжести . [5] Примеры легких самолетов с плечевыми крыльями включают ARV Super2 , Bölkow Junior , Saab Safari и Barber Snark .
Верхняя поверхность высокого крыла находится на верхней части фюзеляжа или над ней. У него много общих преимуществ и недостатков с плечевым крылом, но на легких самолетах высокое крыло имеет плохую обзорность вверх. На легких самолетах, таких как Cessna 152 , крыло обычно располагается над кабиной, так что лонжерон крыла проходит над головами пассажиров, оставляя крыло в идеальном продольном положении. [6] Преимущество конфигурации с высоким крылом заключается в том, что фюзеляж находится ближе к земле, что облегчает погрузку груза, особенно для самолетов с грузовой дверью в задней части фюзеляжа. Военные грузовые самолеты представляют собой преимущественно конструкции с высоким крылом и задней грузовой дверью. [4]
Крыло -зонтик не прикреплено непосредственно к фюзеляжу, а удерживается над ним и поддерживается либо подкосами кабана , либо пилоном. [7] Дополнительные распорки могут обеспечиваться стойками или тросами, идущими по бокам фюзеляжа. [ нужна цитата ]
Первые монопланы-зонтики были модификацией монопланов с плечевым крылом, поскольку поднятие плечевого крыла над фюзеляжем значительно улучшало обзор вниз, что было полезно для разведывательных целей, как и в случае с широко используемым Morane -Saulnier L. [8] Крыло-зонтик обеспечивает эффективную конструкцию с хорошей обзорностью для пилота и было принято на некоторых истребителях , таких как Fokker D.VIII и Morane-Saulnier AI, в конце Первой мировой войны. [9]
Крыло-зонтик также обеспечивает высокую точку крепления двигателей и в межвоенный период было популярно на летающих лодках, которым необходимо поднимать гребные винты без брызг. Примеры включают Martin M-130 , Dornier Do 18 и Consolidated PBY Catalina .
По сравнению с бипланом крыло-зонтик имеет меньшую жесткость и меньшее лобовое сопротивление. Он остается популярной конфигурацией для самолетов-амфибий , а также небольших самодельных и сверхлегких самолетов .
Хотя первыми успешными самолетами были бипланы, первыми попытками создания летательных аппаратов тяжелее воздуха были монопланы, и многие пионеры продолжали разрабатывать конструкции монопланов. Например, первым самолетом, запущенным в производство, был Santos-Dumont Demoiselle 1907 года , а Blériot XI перелетел Ла- Манш в 1909 году . [10] На протяжении 1909–1910 годов Юбер Латам установил несколько рекордов высоты на своем моноплане Antoinette IV . , в конечном итоге достигнув высоты 1384 м (4541 фут). [11]
Эквивалентным термином на немецком языке является Eindecker , как в истребителе Fokker Eindecker со средним крылом 1915 года, который какое-то время доминировал в небе во время так называемого « бича Фоккера ». В немецкой военной системе обозначения самолетов Idflieg до 1918 года в обозначениях типов монопланов использовалась буква E до утверждения истребителя Fokker D.VIII с прежним обозначением «EV». Однако успех «Фоккера» был недолгим, и в Первой мировой войне доминировали бипланы. К концу войны моноплан-зонтик стал популярным, и успешные модели начали выпускаться в 1920-х годах. [12]
Тем не менее, в период с 1914 по конец 1920-х годов было построено относительно мало типов монопланов по сравнению с количеством бипланов. Причины этого были прежде всего практическими. При низкой мощности двигателя и низкой скорости полета крылья моноплана должны были быть большими, чтобы создать достаточную подъемную силу, в то время как биплан мог иметь два крыла меньшего размера и, таким образом, был меньше и легче. [ нужна цитата ]
К концу Первой мировой войны высокое лобовое сопротивление биплана начало ограничивать его характеристики. Двигатели еще не были достаточно мощными, чтобы сделать тяжелый моноплан с свободнонесущим крылом жизнеспособным, а подкосное крыло-зонтик стало популярным на истребителях, хотя немногие прибыли вовремя, чтобы увидеть бой. Он оставался популярным на протяжении 1920-х годов. [ нужна цитата ]
На летающих лодках с мелководным корпусом зонтичное крыло позволяет устанавливать двигатели над брызгами воды при взлете и посадке. Такое расположение было популярно на летающих лодках в 1930-е годы; поздним примером является Consolidated PBY Catalina . Он исчез, когда во время Второй мировой войны более высокие корпуса стали нормой, что позволило прикрепить высокое крыло непосредственно к корпусу. [ нужна цитата ]
Поскольку постоянно растущая мощность двигателей сделала вес цельнометаллической конструкции и свободнонесущего крыла более практичным — впервые совместно использованные революционным немецким заводским демонстратором Юнкерса J 1 в 1915–1916 годах — они стали обычным явлением в период после Первой мировой войны. Время подкосного крыла прошло, и к 1930-м годам свободнонесущий моноплан быстро стал стандартной конфигурацией самолета с неподвижным крылом. Усовершенствованные конструкции истребителей-монопланов массово производились для военных служб по всему миру как в Советском Союзе, так и в США в начале-середине 1930-х годов: Поликарпов И-16 и Боинг P-26 Peashooter соответственно. [ нужна цитата ]
Большинство военных самолетов Второй мировой войны были монопланами, как и практически все самолеты с тех пор, за исключением нескольких специальных типов.
Реактивные и ракетные двигатели обладают еще большей мощностью, и все современные высокоскоростные самолеты, особенно сверхзвуковые, были монопланами.