Высокоплан

Высокоплан — это компоновочная схема моноплана, при которой крыло крепится к верхней части фюзеляжа, на его «спине» или над ней. Относится к классу свободнонесущих или подкосных монопланов и является одной из трёх основных схем расположения крыла относительно фюзеляжа, наряду с низкопланом (крыло в нижней части фюзеляжа) и среднепланом (крыло посередине). Высокое расположение крыла оказывает определяющее влияние на аэродинамику, устойчивость, загрузку и эксплуатационные характеристики летательного аппарата.

История

Схема высокоплана появилась на заре авиации. Одним из первых серийных самолётов с высокорасположенным крылом стал российский биплан «Илья Муромец» (1913 год, конструктор И. И. Сикорский), хотя у него было два крыла. Первые монопланы-высокопланы получили распространение в 1920–1930-х годах, когда авиаконструкторы искали оптимальное сочетание прочности, обзора и устойчивости. В СССР классическим примером стал учебно-тренировочный самолёт У-2 (По-2) (1927 год, конструктор Н. Н. Поликарпов) — биплан, но с верхним крылом, выполнявшим роль высокоплана. Чистым монопланом-высокопланом был, например, пассажирский самолёт АНТ-9 («Крылья Советов», 1929 год, конструктор А. Н. Туполев).

В 1930–1940-х годах схема активно применялась в транспортной, разведывательной и бомбардировочной авиации благодаря возможности размещения грузового отсека под крылом и удобству загрузки. После Второй мировой войны высокопланы стали доминировать в классе транспортных самолётов: Lockheed C-130 Hercules (1954 год), Ан-12 (1957 год), Ил-76 (1971 год). В гражданской авиации схема используется реже, но встречается у региональных самолётов (например, Saab 340) и некоторых бизнес-джетов (Pilatus PC-12). В спортивной и лёгкой авиации высокопланы популярны благодаря хорошему обзору и устойчивости (Cessna 172, Як-12).

Аэродинамические и конструктивные особенности

Устойчивость и управляемость

Высокое расположение крыла создаёт значительный восстанавливающий момент при крене. Вследствие этого поперечная устойчивость высокоплана выше, чем у низкоплана. Это делает самолёт менее склонным к самопроизвольному раскачиванию, что особенно важно для учебных и лёгких машин. Однако при больших углах атаки и в сваливании высокоплан может проявлять тенденцию к «подхвату» — резкому увеличению подъёмной силы, что требует внимания от пилота.

Влияние на фюзеляж и шасси

Крыло, расположенное в верхней части, не создаёт препятствий для размещения грузового отсека или пассажирского салона в нижней части фюзеляжа. Это позволяет делать пол фюзеляжа низким, что упрощает погрузку и выгрузку. Шасси у высокопланов обычно убирается в гондолы на нижней поверхности крыла или в фюзеляж, что требует более массивных стоек и увеличивает массу конструкции.

Обзор и безопасность

Для пилотов высокоплан обеспечивает отличный обзор вниз и в стороны, так как крыло не перекрывает нижнюю полусферу. Это ценится в сельскохозяйственной, санитарной и патрульной авиации. Кроме того, при вынужденной посадке на воду или мягкий грунт крыло, расположенное высоко, может частично защитить кабину от повреждений.

Интерференция и вихреобразование

Стык крыла с фюзеляжем у высокоплана находится в зоне с более спокойным обтеканием, чем у низкоплана, что снижает интерференционное сопротивление. Однако при больших углах атаки на верхней поверхности крыла могут образовываться вихри, способные попадать на хвостовое оперение, что ухудшает продольную устойчивость. Для борьбы с этим применяются специальные аэродинамические гребни или увеличенное плечо горизонтального оперения.

Классификация высокопланов

По конструктивным признакам выделяют несколько типов:

1. Свободнонесущий высокоплан — крыло жёстко крепится к фюзеляжу без внешних подкосов или расчалок. Пример: Ан-24, Cessna 208 Caravan.
2. Подкосный (расчалочный) высокоплан — крыло дополнительно поддерживается подкосами, идущими от нижней части фюзеляжа к крылу. Пример: Ан-2, De Havilland Canada DHC-2 Beaver. Такая схема легче и дешевле в производстве, но увеличивает лобовое сопротивление.
3. Высокоплан с обратным крылом (типа «чайка») — крыло имеет V-образный излом, где внутренняя часть идёт вниз, а внешняя — вверх. Пример: Junkers Ju 87 (пикирующий бомбардировщик). Редкая, но исторически известная схема.

По назначению высокопланы делятся на:

• Транспортные (Ил-76, Ан-124 «Руслан», C-130 Hercules) — обеспечивают низкий пол и большой грузовой люк.
• Пассажирские региональные (Saab 340, ATR 72 — хотя формально это высокопланы, у них крыло крепится к верхней части фюзеляжа, но не так высоко, как у транспортников).
• Лёгкие многоцелевые (Cessna 172, Як-12, Ан-2) — популярны в авиации общего назначения.
• Сельскохозяйственные (Air Tractor AT-502, PZL-106 «Kruk») — обеспечивают хороший обзор и возможность установки распылительного оборудования под крылом.
• Спортивные и пилотажные (Sukhoi Su-26 — низкоплан, но встречаются и высокопланы, например, Extra 300 — хотя он среднеплан). В спорте высокопланы редки из-за меньшей манёвренности.

Применение

Военная авиация

Высокопланы широко используются в военно-транспортной авиации. Советский Ил-76, российский Ан-124 «Руслан» и американский C-130 Hercules — классические примеры. Высокое расположение крыла позволяет размещать грузовую рампу в хвосте, а также десантировать парашютистов и технику через задний люк без помех со стороны крыла. Некоторые военно-транспортные самолёты, такие как Ан-12, также выполнены по схеме высокоплана.

Гражданская авиация

В гражданской авиации высокопланы встречаются реже, чем низкопланы, из-за особенностей аэродинамики и пассажирского комфорта. Однако некоторые региональные турбовинтовые самолёты (Saab 340, Embraer EMB 120 Brasilia) и бизнес-джеты (Pilatus PC-12, Cessna 208) используют эту схему. Преимущества — удобство посадки и высадки пассажиров на необорудованных площадках, а также возможность установки дверей на уровне земли.

Авиация общего назначения (АОН)

В этом сегменте высокопланы особенно популярны. Самолёты Cessna 172 (самый массовый в истории), Cessna 182, Piper PA-18 Super Cub, Як-12, Ан-2 — все они являются высокопланами. Причины: простота управления, устойчивость, хороший обзор, возможность эксплуатации с грунтовых полос и лёгкость загрузки.

Сельскохозяйственная авиация

Сельскохозяйственные самолёты почти всегда являются высокопланами. Это позволяет размещать баки для химикатов в фюзеляже, а распылительные штанги — под крылом, не опасаясь попадания жидкости на конструкцию. Примеры: Air Tractor AT-502, PZL-106 «Kruk», Ан-2СХ.

Сравнение с низкопланом и среднепланом

Интересные факты

• Самым массовым самолётом-высокопланом в истории является Cessna 172, выпущенный в количестве более 44 000 экземпляров.
• Советский Ан-2 («Кукурузник») — самый массовый одномоторный биплан-высокоплан в мире (более 18 000 единиц).
• Тяжёлый транспортный самолёт Ан-124 «Руслан» — крупнейший серийный высокоплан в мире (максимальная взлётная масса — 392 тонны).
• В спортивной авиации высокопланы встречаются редко, но существуют исключения: например, самолёт для высшего пилотажа Zivko Edge 540 — низкоплан, а его предшественник, Extra 300 — среднеплан. Однако учебно-тренировочные самолёты, такие как Як-52, являются низкопланами.
• Некоторые гидросамолёты (например, Beriev Be-200) также выполнены по схеме высокоплана, чтобы поднять двигатели и крыло над водой, защищая их от брызг.

Источники

• Шульженко М. Н. Конструкция самолётов. — М.: Машиностроение, 1971.
• Аэродинамика и динамика полёта магистральных самолётов / Под ред. Г. С. Бюшгенса. — М.: ЦАГИ, 1995.
• Jane’s All the World’s Aircraft. — Jane’s Information Group, 2020.
• Руководство по лётной эксплуатации самолёта Cessna 172.
• Техническое описание самолёта Ан-2. — Министерство авиационной промышленности СССР, 1960.
• Ландышев А. А. Самолёты ОКБ Антонова. — Киев: Авиационно-историческое общество, 2001.