Моноплан — это летательный аппарат с фиксированным крылом и одной несущей плоскостью, в отличие от биплана или других типов многоплоскостных самолетов , которые имеют несколько плоскостей.
Моноплан изначально имеет самую высокую эффективность и самое низкое сопротивление среди всех конфигураций крыла и является самым простым в изготовлении. Однако в первые годы полетов эти преимущества были нивелированы его большим весом и меньшей маневренностью, что делало его относительно редким до 1930-х годов. С тех пор моноплан стал наиболее распространенной формой самолета с фиксированным крылом.
Присущая моноплану эффективность наилучшим образом достигается в консольном крыле, которое несет все структурные силы внутри. Однако для полета на практических скоростях крыло должно быть тонким, что требует тяжелой конструкции, чтобы сделать его достаточно прочным и жестким.
Внешние распорки могут использоваться 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 распорными, и большинство из них были до начала 1930-х годов. Однако открытые стойки или провода создают дополнительное сопротивление, снижая аэродинамическую эффективность и уменьшая максимальную скорость. [1]
Высокоскоростные и дальнобойные конструкции, как правило, представляют собой чисто консольные конструкции, в то время как низкоскоростные и короткоходные конструкции часто снабжаются распорками.
Помимо общих различий в конфигурации крыла, таких как положение хвоста и использование расчалок, основное различие между типами монопланов заключается в том, что крыло установлено вертикально на фюзеляже .
Низкоплан — это крыло , расположенное в нижней части фюзеляжа или вблизи нее.
Низкое расположение крыла обеспечивает хорошую видимость вверх и освобождает центральную часть фюзеляжа от проноса лонжерона крыла. Уменьшая маятниковую устойчивость, это делает самолет более маневренным, как на Spitfire ; но самолеты, которые ценят устойчивость больше, чем маневренность, могут нуждаться в некотором двугранном .
Особенностью низкорасположенного крыла является его значительный эффект земли , что приводит к тому, что самолет имеет тенденцию зависать на большем расстоянии перед посадкой. [2] [3] И наоборот, этот эффект земли обеспечивает более короткий 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) — это конфигурация, при которой крыло устанавливается около верхней части фюзеляжа, но не на самом верху. Оно так называется, потому что располагается на «плече» фюзеляжа, а не на плече пилота. Плечевые крылья и высокорасположенные крылья имеют некоторые общие характеристики, а именно: они поддерживают качающийся фюзеляж, которому не требуется двугранный угол крыла для устойчивости; и, по сравнению с низкорасположенным крылом, ограниченный эффект земли плечевого крыла уменьшает поплавок при посадке. По сравнению с низкорасположенным крылом, конфигурации плечевого крыла и высокорасположенного крыла обеспечивают увеличенный зазор для пропеллера на многомоторных самолетах. [4] На большом самолете практически нет разницы между плечевым крылом и высокорасположенным крылом; но на легком самолете конфигурация имеет значение, поскольку она обеспечивает превосходный обзор для пилота. На легких самолетах плечевые крылья, как правило, устанавливаются дальше к корме, чем высокорасположенные, и поэтому, возможно, их придется наклонить вперед, чтобы сохранить правильный центр тяжести . [5] Примерами легких самолетов с плечевыми крыльями являются ARV Super2 , Bölkow Junior , Saab Safari и Barber Snark .
Высокое крыло имеет верхнюю поверхность на верхней части фюзеляжа или выше нее. Оно разделяет множество преимуществ и недостатков с плечевым крылом, но на легком самолете высокое крыло имеет худший верхний обзор. На легких самолетах, таких как Cessna 152 , крыло обычно расположено над кабиной, так что лонжерон крыла проходит над головами пассажиров, оставляя крыло в идеальном продольном положении. [6] Преимущество конфигурации высококрыла 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 в основном имеют конструкцию с высококрылом и задней грузовой дверью. [4]
Крыло -парасоль не крепится непосредственно к фюзеляжу, а удерживается над ним, поддерживаемое либо стойками кабана , либо пилоном. [7] Дополнительное крепление может быть обеспечено стойками или тросами, выступающими из боковин фюзеляжа. [ необходима цитата ]
Первые парасольные монопланы были адаптацией монопланов с плечевым крылом, поскольку подъем плечевого крыла над фюзеляжем значительно улучшал обзор вниз, что было полезно для разведывательных задач, как в случае широко распространенного Morane-Saulnier L. [ 8] Парасольное крыло обеспечивает эффективную конструкцию с хорошим обзором для пилота и было принято на вооружение некоторых истребителей, таких как Fokker D.VIII и Morane-Saulnier AI в конце Первой мировой войны. [9]
Крыло-парасоль также обеспечивает высокую точку крепления двигателей и в межвоенный период было популярно на летающих лодках, которым необходимо было поднять пропеллеры подальше от брызг. Примерами служат Martin M-130 , Dornier Do 18 и Consolidated PBY Catalina .
По сравнению с бипланом крыло-парасоль имеет меньшее крепление и меньшее сопротивление. Оно остается популярной конфигурацией для амфибий и 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 , в то время как Blériot XI перелетел через Ла-Манш в 1909 году. [10] В течение 1909–1910 годов Хьюберт Латам установил несколько рекордов высоты на своем моноплане Antoinette IV , в конечном итоге достигнув 1384 м (4541 фут). [11]
Эквивалентный термин на немецком языке — Eindecker , как в истребителе Fokker Eindecker со средним крылом 1915 года, который некоторое время доминировал в небе в том, что стало известно как « бич Фоккера ». Немецкая военная система обозначения самолетов Idflieg до 1918 года использовала префикс E для обозначения типа моноплана , пока не был одобрен истребитель Fokker D.VIII с его прежним обозначением «EV». Однако успех Fokker был недолгим, и в Первой мировой войне доминировали бипланы. К концу войны моноплан-парасоль стал популярным, и успешные конструкции производились в 1920-х годах. [12]
Тем не менее, относительно немного типов монопланов было построено между 1914 и концом 1920-х годов, по сравнению с количеством бипланов. Причины этого были в первую очередь практическими. При низкой мощности двигателя и доступной скорости полета крылья моноплана должны были быть большими, чтобы создать достаточную подъемную силу, в то время как биплан мог иметь два меньших крыла и, таким образом, быть меньше и легче. [ необходима цитата ]
К концу Первой мировой войны высокое сопротивление биплана начало ограничивать производительность. Двигатели еще не были достаточно мощными, чтобы сделать тяжелый свободнонесущий моноплан жизнеспособным, и крыло-парасоль с подкосами стало популярным на истребителях, хотя немногие из них прибыли вовремя, чтобы увидеть бой. Он оставался популярным на протяжении 1920-х годов. [ необходима цитата ]
На летающих лодках с неглубоким корпусом крыло-парасоль позволяет устанавливать двигатели выше брызг воды при взлете и посадке. Такое расположение было популярно на летающих лодках в 1930-х годах; поздним примером является Consolidated PBY Catalina . Оно исчезло, когда более высокие корпуса стали нормой во время Второй мировой войны, что позволило прикрепить высокое крыло непосредственно к корпусу. [ необходима цитата ]
Поскольку постоянно увеличивающаяся мощность двигателей сделала вес цельнометаллической конструкции и свободнонесущего крыла более практичным — впервые совместно примененным революционным немецким заводским демонстратором Junkers J 1 в 1915–1916 годах — они стали обычным явлением в период после Первой мировой войны, дни подкосного крыла прошли, и к 1930-м годам свободнонесущий моноплан быстро стал стандартной конфигурацией для самолета с фиксированным крылом. Усовершенствованные конструкции истребителей-монопланов производились массово для военных служб по всему миру как в Советском Союзе, так и в Соединенных Штатах в начале-середине 1930-х годов, с Поликарповским И-16 и Boeing P-26 Peashooter соответственно. [ необходима цитата ]
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 скоростные самолеты, особенно сверхзвуковые, представляют собой монопланы.