Почему у разных самолетов крылья устанавливают сверху или снизу фюзеляжа

Самолеты давно стали совершенно привычным видом пассажирского транспорта для большинства людей, когда нужно преодолеть большие или очень большие расстояния. Кроме этого, они обеспечивают огромную часть грузовых перевозок по всему миру. Однако, не многие задумываются, над тем, почему у одних самолетов крылья расположены в верхней части фюзеляжа, а у других в нижней. В чем же причина такого различия?

Парасоль

На самом деле, за всю историю самолетостроения крылья как только не располагались. На ранних этапах развития строительства воздушных судов применялась компоновка, когда крылья располагались вообще над поверхностью корпуса самолета и крепились к нему с помощью специальных выносных конструкций — подкосов. Называлась такая конструкция — парасоль (от французского — «зонтик»). Такая компоновка имела одно существенное преимущество — отличный обзор на 360 градусов для авиаторов. Использовали парасоль на самолетах времен Первой мировой войны, например, французский Morane-Saulnier L.

Позднее такая конструкция применялась на летающих лодках PBY-5 Catalina, которые строились Америке и Канаде в 30-х и 40-х годах прошлого века. Аэродинамика такой конструкции крыла была не самой удачной, поэтому массового распространения такой вариант не получил.

Бипланы

Также стоит сказать и про бипланы (и промолчать про трипланы и прочие X-планы :) Возникли они также на заре самолетной эпохи, когда низкую мощность существовавших тогда двигателей, для увеличения подъемной силы, приходилось компенсировать увеличением площади крыла. Однако, увеличивать площадь одного крыла на сколько захочешь нельзя, поэтому и придумали ставить над одним крылом второе (третье итд). Правда такая конструкция не дает двойной прирост подъемной силы — по сравнению с монопланом, у биплана она выше всего на двадцать процентов.

Преимуществами бипланов по сравнению с аналогичными моделями с одним крылом (да, именно так, у современных пассажирских и грузовых самолетов — одно крыло, а то что мы обычно считаем как два — это просто права и левая его части) — нужна меньшая полоса для взлета, большая грузоподъемность, лучшая маневренность. Но все эти преимущества перечеркивает высокое лобовое cопротивление, а значит более низкая скорость и высокий расход топлива. Самым знаменитым бипланом является советский Ан-2, созданный в далеком 1947 году и до сих пор использующийся в малой авиации по всему миру.

Теперь перейдем основным компоновкам к которым относятся высокопланы и низкопланы.

Высокоплан

В конструкции самолетов данного типа крыло крепится к фюзеляжу в верхней части, т. е. монокрыло лежит центральной своей частью сверху, перпендикулярно корпусу воздушного судна. Такое расположение крыла наиболее часто встречается на больших транспортных грузовых и военных самолетах, перевозящих не только тяжелые, но и габаритные грузы. Верхнее расположение крыла более удобно для перемещения под ним автотранспорта для погрузки и разгрузки без необходимости объезжать крылья самолета (и с минимальным риском их повреждения).

Кроме этого, такое расположение крыла выполнено на большинстве турбовинтовых самолетах, это обусловлено наличием вращающихся винтов, которые при другой компоновке пришлось бы делать меньшего диаметра, чтобы избежать их контакта с землей при взлете и посадке. Хотя есть и исключения с винтами и нижним крылом, например, Ил-18, а также легкомоторная бизнес-авиация.

Такая конструкция крыла обеспечивает лучшую продольную устойчивость самолета при быстром подъеме и спуске, а также, уменьшает взаимное аэродинамическое влияние (интерференцию крыла) с корпусом самолета. Обзорность земли в нижней полусфере у таких самолетов лучше, чем у тех, где крыло располагается в нижней части фюзеляжа, что является более выигрышным при заходе на посадку и взлете.

Разумеется есть и недостатки: высота крыла, а значит и высокое расположение двигателей затрудняет их обслуживание, для чего требуются дополнительные подъемные механизмы и лестницы для техников. Кроме этого, если делать разнесенные шасси с креплением их на крыльях, то стойки будут слишком длинными и подверженными большим нагрузкам и риску повреждения. Если же шасси устанавливать, только под фюзеляжем (что и делают в большинстве случаев) — сужается ширина колеи и устойчивость самолета по курсу движения при влете и посадке, особенно в условиях сильного бокового ветра.

Есть, конечно, и особые варианты грузовых самолетов, у которых крыло находится под фюзеляжем. Например, Airbus A300-600ST «Beluga», но тут однозначно вариант с верхним крылом никак не пройдет — слишком высокий корпус.

Низкопланы

В данном случае, крыло проходит через нижнюю часть фюзеляжа самолета. В большинстве случаев такая компоновка применяется в пассажирской авиации. Обусловлено это следующими причинами. Первое это более благоприятная вероятность успешной посадки при аварийной ситуации, когда не вышла стойка шасси самолета. В этом случае опытный пилот может посадить самолет «на брюхо», а вернее на крыло, которое первым в этом случае, примет контакт с посадочной полосой, не дав самолету опрокинутся. При аварийной посадке на воду, топливные баки (которые в этот момент обычно уже пустые) будут служить полыми цистернами, удерживающими самолет на плаву.

Техническое обслуживание двигателей, которое в динамичном режиме работы пассажирского аэропорта имеет свои регламентные временные нормативы, при нижнем расположении крыла гораздо более удобно и проходит проще и быстрее.

Стойки шасси можно сделать более короткими и расположить их на крыльях, тем самым обеспечив лучшую устойчивость самолета в при рулении, взлете и посадке.

Немаловажным фактором является и то, что самолеты с таким крылом можно делать более легкими, чем высокопланы и среднепланы. Недостатки у такой конструкции также имеются: есть риск касания крылом земли в момент посадки, особенно при наличии сильного ветра; более низкая поперечная устойчивость; повышенное сопротивление в месте сопряжения крыла с фюзеляжем (диффузорный эффект); риск попадания посторонних предметов в низкорасположенные двигатели, а также повреждение крыла обслуживающей техникой аэропорта; худший по сравнению с высокопланом обзор для пассажиров и пилотов; наличие экранного эффекта — когда резко повышается подъемная сила при пролете самолета вблизи земли.

Среднепланы

На таких самолетах крыло проходит через среднюю часть сечения фюзеляж. Используется нечасто и в основном в легких, а также боевых самолетах (например, Су-7 или МиГ-21). Плюсами можно считать то, что такое крыло проще надежно закрепить, т.к. оно фактически проходит сквозь корпус самолета.

Стойки шасси можно расположить в крыльях, а еще меньший, по сравнению с низкопланом риск контакта подвеса или крыльев с землей. Улучшаются характеристики скрытности для пеленгации, что важно для военных самолетов. Недостатками является то, что средняя часть крыла «перегораживает» корпус самолета поперек, накладывая существенные ограничения на его компоновку и невозможность прохода от носа до кормы.

Таким образом, можно сказать, что у каждой схемы крепления крыла к фюзеляжу самолета есть свои особенности, преимущества и недостатки. Оценивая их, а также сферу применения воздушного судна, производители и выбирают тот или иной вариант компоновки наиболее подходящий под целевые показатели эксплуатации.