Tandeminis sparnas

Šiam straipsniui ar jo daliai reikia daugiau nuorodų į patikimus šaltinius.
Jūs galite padėti Vikipedijai įrašydami tinkamas išnašas ar nuorodas į patikimus šaltinius.

Tandeminis sparnas – fiksuoto sparno orlaivio arba skraidančio gyvūno sparno konfigūracija, kurioje dvi ar daugiau sparnų poros yra išdėstytos viena paskui kitą ir visos šios sparnų poros ženkliai prisideda prie keliamosios galios.

Tandeminio sparno konfigūracija nuo biplano konfigūracijos skiriasi tuo, kad sparnai, priešingai nei biplano atveju, nėra išdėstyti vieni virš kitų. Nuo anties tipo sparno ar „uodegos priekyje“ konfigūracijos tandeminis sparnas skiriasi tuo, kad visos jo sparnų poros yra panašaus ploto ir panašiai prisideda prie keliamosios galios.

Tandeminio sparno konfigūraciją buvo mėginama pritaikyti įvairiose aviacinėse konstrukcijose, tačiau dauguma šių bandymų liko tik eksperimentais.

Gyvūnijos pasaulyje tandeminė sparnų konfigūracija būdinga kai kuriems vabzdžiams ir skraidančioms žuvims, egzistavo ir roplių rūšių su tandeminiais sparnais.

Konstrukciniai principai

Tandeminio sparno konstrukcija paprastai numato, kad viena sparnų pora bus orlaivio ar gyvūno priekyje, kita – galinėje korpuso dalyje. Atstumas tarp jų yra didesnis nei aerodinaminė styga, todėl svorio centras yra tarp šių sparnų. Lyginant su tradicinėmis konstrukcijomis, kuriose orlaivio horizontalus stabilizatorius horizontaliame skrydyje turi labai nedidelę įtaką keliamajai galiai, tandeminėje konfigūracijoje abi sparnų poros daro didelę įtaką keliamajai galiai.

Pirmuosiuose tandeminės konfigūracijos orlaiviuose antroji sparnų pora buvo montuojama vienoje plokštumoje su antrąja (1922 m. Peyret sklandytuvas). Vėliau antroji pora pradėta montuoti aukščiau arba žemiau priekinių sparnų, taip sumažinant priekinių sparnų sukuriamos vilkties turbulencijos poveikį. Paprastai dėl konstrukcinių ypatybių priekinių ir galinių sparnų dydis šiek tiek skiriasi. Nėra nustatytos aiškios ribos tarp konvencinių, „anties“ ir tandeminių sparnų konstrukcijų. Orlaiviai su aukštai sumontuotais priekiniais ir žemai sumontuotais galiniais sparnais kartais yra vadinami „biplanais su ypač atitolintais sparnais“ (angl. extreme staggered biplane), kaip pvz. Nénandovich biplanas.

Interferencija tarp priekinių ir galinių sparnų paprastai neigiamai veikia aerodinaminį efektyvumą kreiserinio skrydžio režime, tačiau egzistuoja orlaiviai, kuriuose toks sparnų išdėstymas pasirodė itin efektyvus (Scaled Composites Proteus).

Tandeminė komponuotė sukuria „angos efektą“ (angl. slot effect) – priekinis sparnas nukreipia oro srautą žemyn prieš antrąją sparnų porą, taip sumažindamas jo atakos kampą. Esant aukštiems orlaivio atakos kampams dėl šio efekto priekiniai sparnai pirma patiria smukos efektą, kas leidžia saugiau pilotuoti esant mažiems greičiams. Taip taip pat užtikrina geresnius kilimo ir tūpimo į trumpus takus (angl. STOL) parametrus.

Tandeminė sparnų konstrukcija taikoma ir ekranoplanuose, kur priekinis sparnas naudojamas nukreipti oro srautą žemyn, po galiniu sparnu, taip sukuriant oro pagalvę.

Stabilumas, valdymas ir trimeriavimas

Tandeminėje konfigūracijoje keliamoji galia veikia abi sparnų poras atskirai. Stabilumo užtikrinimo, valdymo ir trimeriavimo instrumentai yra panašūs į naudojamus „anties tipo“ ar „uodega priekyje“ tipo orlaiviuose; skiriasi tik priekinio paviršiaus dydis.

Didesnės trimerius veikiančios jėgos reiškia didesnę galimybę nustatyti įvairius trimeriavimo režimus ir, atitinkamai, svorio centro padėtį. Tai leidžia naudoti įvairius krovinio išdėstymo variantus. Kartu, plačios galimybės keisti svorio centro padėtį kelia daug iššūkių, susijusių su tinkamu važiuoklės išdėstymu ar saugiomis smukos charakteristikomis.

Sujungtas sparnas

Sujungtas sparnas yra tandeminio sparno konfigūracija, kurioje priekinis sparnas yra atlenktas atgal, o galinis – palenktas pirmyn taip, kad jie susijugnia savo galiukais sudarydami vieną trikampę ar tuščiavidurio deimanto formos plokštumą. Vienas iš negausių šios konfigūracijos pavyzdžių yra Ligeti Stratos.^[1]

Istorija

Tandeminė sparno konfigūracija yra žinoma seniau nei prasidėjo pirmieji pilotuojami skrydžiai. XV a. Tito Livio Burraitni eksperimentavo su tandeminio sparno modeliu, kurį sudarė keturios sparnų poros, kūrusios tiek keliamąją galią, tiek trauką. Pirmuoju tandeminio sparno orlaivio keleiviu tapo Buraitnio katinas.

JAV išradėjas Samuelins Langlis (angl. Samuel Pierpont Langley) XX a. pradžioje eksperimentavo su tandeminio sparno modeliais, kurių sparno mojis siekė iki 14 pėdų (4,3 m). 1903 m. Langlis sukūrė Aerodrome – pilno dydžio monoplaną su tandeminiais sparnais. Skrydžio nuo namo-laivo stogo bandymai buvo nesėkmingi. Po jo mirties Smitsono Institutas pamėgino įrodyti, kad Langlis atliko skrydį anksčiau nei broliai Raitai ir nusamdė sėkmingą orlaivių gamintoją Gleną Kertį (angl. Glenn Curtiss) tam, kad jis slapta modifikuotų „Aerodeome“ taip, kad šis galėtų sėkmingai skristi ir taip įrodytų, Lenglis atliko skrydį anksčiau nei broliai Raitai. Kertis pridėjo plūdes, atliko kitus pakeitimus, kurie leido 1914 m. su „Aerodrome“ atlikti keletą trumpų skrydžių. Šis sukčiavimas netrukus buvo atskleistas, tačiau Smitsono institutas ilgą laiką teigė, kad 1902 m. modelis buvo „pajėgus skristi“.

1905 m. Džonas Montogomeris (angl. John J. Montgomery) sėkmingai išbandė tandeminį monoplaną sklandytuvą. 1906 m. Lui Blerio (pranc. Louis Blériot) savo trečiąjį orlaivį sukūrė su tandeminiais elipsiniais uždarais sparnais. Vėliau jį modifikavo į konvencinį biplaną ir pavadino „Type IV“. Sėkmingu bandymu ir pirmuoju sėkmingai pakilusiu orlaiviu su tandeminiais sparnais tapo tik kitais metais sukurtas „Type VI“ – ratuotas tandeminis nomoplanas, konstrukciškai panašus į „Aerodrome“.

Tarp 1907 ir 1911 m. Gustavo Eifelio atlikti tyrimai parodė, kad tandeminė komponuotė aerodinamiškai buvo mažiau efektyvi nei tradicinė. Lygiagrečiai Stefanas Driezevickis (lenk. Stefan Driezewicki) aerodinaminiame tunelyje išbandė stabilią tandeminio sparno konstrukciją bei 1912 m. pabaigoje sukūrė sėkmingą skraidantį šio tipo orlaivį.

Tarpukaris

Tarpukariu buvo sukurta keletas tandeminio orlaivio variantų. Didžiausias jų – bandymų metu sudužusi devynsparnė skraidanti valtis Caproni Ca.60, 1921 m. sukurta bombonešio Caproni Ca.4 pagrindu.

Pirmasis sėkmingas orlaivis su tandeminiu sparnu buvo prancūziškas Peyret tandeminis sklandytuvas, kuris laimėjo 1922 m. britų sklandymo varžybas. Orlaivio inovacija tapo visų keturių sparnų galinėse briaunose įrengti valdomi paviršiai, veikę tiek kaip aukščio vairai, tiek, skrendant mažu greičiu, – kaip užsparniai. Nors tokia sistema buvo mažiau efektyvi nei tradicinė komponuotė, ji užtikrino geresnį pavaldumą ir manevringumą. Tai leido pilotui M. Maneyrolui ilgiau nei kiti išsilaikyti vertikaliose oro srovėse. Nepaisant Peyreto pastangų toliau vystyti šią koncepciją, ji liko labiau inžinerine įdomybe.

Po Peyreto mirties jo darbą tęsė įmonė SFCA. Šioje įmonėje sukurtas orlaivis „Taupin“ pirmą kartą pakilo 1933 m. Tai buvo komerciškai vienas sėkmingiausių tandeminio sparno orlaivių, kurio buvo parduoti 52 vienetai.

Tuo pat metu Anri Minetas (pranc. Henri Mignet) sukūrė ir sėkmingai pardavinėjo savarankiškai surenkamų orlaivių Pou-du-Ciel (skraidanti blusa) komplektus. Šiam lėktuvui nereikėjo eleronų, nes orlaivis pasvirdavo vien pasukus uodegos vairą. Polinkio valdymui buvo naudojamas visas priekinis sparnas. Rinkoje pasirodęs tuo pat metu kaip ir „Taupin“, „Pou-de-Ciel“ tapo savotiška manija, skirtingose šalyse buvo sukurta daugybė jo variantų. Lietuvoje vieną „Pou-du-ciel“ 1940 m. Papilėje pradėjo statyti Kairiškių popieriaus fabriko inžinierius Vaclovas Tomkevičius, tačiau prasidėjus sovietinei okupacijai, projektas liko neužbaigtas.^[2]^[3] Dėl reguliuojamo priekinio sparno orlaivis nepasižymėjo stabilumu skrydyje, kas sąlygojo nemažai avarijų.

Antrasis pasaulinis karas

Ketvirtajame dešimtmetyje prancūzų inžinierius Morisas Delanas (pranc. Maurice Delanne) sukūrė naikintuvą su tandeminiais sparnais „Delanne 10“. Kurdamas orlaivį 1936 m. jis pagamino du mažesnius variantus „Delanne 20-T“. Pilno dydžio orlaivis, gavęs indeksą „Arsenal-Delanne 10“ buvo surinktas įmonėje Arsenal de l’Aéronautique jau po Vokietijos įsiveržimo. PO bandymų jis buvo išvežtas į Vokietiją tolesniems bandymams.

Jungtinėje Karalystėje įmonė „Westland Aircraft“ mėgino modifikuoti ryšių ir stebėjimo orlaivį „Lysander“ pridėdami galinį šaulio bokštelį. Balansavimui buvo pridėtas „Dalanne“ tipo galinis sparnas. Iki Prancūzijos kapituliacijos įmonės vyriausias konstruktorius V. Peteris (angl. William Edward Willoughby "Teddy" Petter) ir vyriausias pilotas bandytojas Haroldas Penrouzas su šiuo orlaiviu atliko skrydį į Paryžių ir labai teigiamai atsiliepė apie jo valdomumą. Tandeminis variantas buvo baigtas ik 1941 m. ir, nepaisant puikių bandymų rezultatų, karinių užsakymų jam nebuvo pateikta.

„Lysander“ bandymus britų KOP Boscombe Down aerodrome stebėjęs aviaicjos verslininkas Džordžas Mailzas (angl. George Miles) įvertino šios konstrukcijos potencialą. Jis pasiūlė trumpu pakilimo nuotoliu pasižymintį laivyno naikintuvą „Miles M.35 Libellula“. Nors pasiūlymas buvo atmestas, Mailzas netrukus britų kariuomenės paskelbtam bombonešio konkursui (Specification B.11/41) pasiūlė didesnį modelį M.39B. Orlaivis buvo sėkmingai išbandytas 1943 m., tačiau tuo metu pats konkursas jau buvo atšauktas.

Pokaris

Po Antrojo pasaulinio karo sugrįžo susidomėjimas „Pou-de-ciel“. Mėginimu sukurti vertikalaus pakilimo orlaivį tapo 1963 m. JAV sukurtas konvertoplanas „Curtiss-Wright X-19“ su tandeminiais sparnais. Tandeminių sparnų koncepciją toliau plėtojo Deivdas Lokspeiseris (angl. David Lockspeiser), 1971 m. sukūręs pigų ir paprastą bendrosios paskirties orlaivį „Land Development Aircraft“.

Sekančiu priveržiu tandeminio sparno orlaivių kūrime tapo JAV inžinieriaus Berto Ratano gaminti savarankiškai surenkamų pigių orlaivių komplektai. Šios konstrukcijos pasižymėjo į priekinį sparną integruota važiuokle, taip sumažinančia oro pasipriešinimą. Orlaivis, gavęs pavadinimą „Quickie“, pirmam skrydžiui pakilo 1977 m. ir jau sekančiais metais laimėjo EAA’s Outstanding New Design Award apdovanojimą.

Kiek vėliau Ratanas įkūrė įmonę „Scaled Composites“, sukūrusią keletą išskirtinių orlaivių, įskaitant tandeminės komponuotės Scaled Composites Proteus .

Tandeminio sparno lėktuvų sąrašas

Sąrašas nebūtinai yra pilnas. Esant galimybei prašome jį išplėsti.

	Valstybė	Klasė	Paskirtis	Data	Statusas	Pagaminta vnt.	Pastabos
Airbus A³ Vahana	JAV	Propelerinis	Privatus	2018	Prototipas	2	Konvertoplanas – automatinis orlaivis
Arsenal-Delanne 10	Prancūzija	Propelerinis	Naikintuvas	1940	Prototipas	1
Blériot III/IV	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1906	Projektas	1	Nepakilo
Blériot VI	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1907	Prototipas	1
Caproni Ca.60	Italija	Propelerinis	Keleivinis	1921	Prototipas	1	Devynsparnis tandeminis triplanas
Croses Pouplume	Prancūzija	Propelerinis		1960	Home build		Ultralengvasis
Curtiss-Wright X-19	JAV	Propelerinis	Eksperimentinis	1963	Prototipas	2	Keturmotoris konvertplanas su rotoriais
Delanne 20-T	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1938	Prototipas	2	Arsenal-Delanne 10 prototipas
Ш-Тандем (Ш-МАИ, МАИ-3, МАИ-Тандем)	SSRS	Propelerinis	Šturmo	1937	Prototipas	1	Taip pat žinomas kaip Grushin Sh-Tandem, MAI-3.
Langley Aerodrome	JAV	Propelerinis	Eksperimentinis	1902	Projektas	1	Nepakilo
Ligeti Stratos	Australija	Propelerinis	Privatus	1985	Prototipas	2	Sujungtas sparnas
Lockspeiser LDA-01	Jungtinė Karalystė	Propelerinis	Bendrosios paskirties	1971	Prototipas	1
Mauboussin Hémiptère	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1936	Prototipas	1
Mignet Pou-du-Ciel	Prancūzija	Propelerinis	Privatus	1933	Homebuilt
Miles M.35 Libellula	Jungtinė Karalystė	Propelerinis	Eksperimentinis	1942	Prototipas	1	Lėktuvnešio naikintuvo prototipas
Miles M.39B Libellula	Jungtinė Karalystė	Propelerinis	Eksperimentinis	1943	Prototipas	1	scale prototype for tandem wing jet bomber
Montgomery Aeroplane The Santa Clara	JAV	Sklandytuvas	Eksperimentinis	1905	Prototipas	1
Payen PA-22	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1942	Prototipas	1	Su galiniais delta tipo sparnais
Peyret Tandem	Prancūzija	Sklandytuvas	Privatus	1922	Prototipas	1	Laimėjo 1922 m. Britų sklandymo varžybas
Peyret VI	Prancūzija	Propelerinis	Eksperimentinis	1933	Prototipas	1	Forerunner of the SFCA Taupin.
Piel CP-10 Pinocchio	Prancūzija	Propelerinis	Privatus	1948	Prototipas	1	Panašus į Mignet Pou du Ciel.
QAC Quickie Q2 series	JAV	Propelerinis	Privatus	1980	Homebuilt		Rutan Quickie modifikacija
Rutan Quickie	JAV	Propelerinis	Privatus	1978	Homebuilt
Salmon Tandem Monoplane	Jungtinė Karalystė	Propelerinis	Privatus	1923	Prototipas	1
Scaled Composites ATTT	JAV	Propelerinis	Eksperimentinis	1986	Prototipas	1
Scaled Composites Proteus	JAV	Reaktyvinis	Eksperimentinis	1998	Prototipas	1	Didelių aukščių tolimų skrydžių
SFCA Taupin	Prancūzija	Propelerinis	Privatus	1936	Serijinis	53
SFCA Lignel 44	Prancūzija	Propelerinis	Privatus	1946	Prototipas	1	Keturvietė „Taupin“ modifikacija
Viking Dragonfly	JAV	Propelerinis	Privatus	1980	Homebuilt
Westland P.12 Lysander Delanne	Jungtinė Karalystė	Propelerinis	Bendrosios paskirties	1940	Prototipas	1	Modifikuotas „Lysander“ su galiniu šaulio bokšteliu

Tandeminiai sparnai gamtoje

Vabzdžiai

Tandeminiai sparnai yra būdingi keletui vabzdžių rūšių.

Mojuojamus tandeminius spanrus turi žirgeliai (skirtingiasparniai žirgeliai ir vienodasparniai žirgeliai), drugiai (dieniniai drugiai ir kandys) taip pat kai kurie Thysanoptera arba tripsai. Žirgeliai paprastai turi ilgus, siaurus sparnus ir skrydžio metu gali skirtingais greičiais sinchronizuoti priekinių ir galinių sparnų judesius, kas jiems leidžia tiek greitai skristi, tiek manevruoti. Drugiai turi plačius sparnus, kuriais mojuoja sinchroniškai, todėl jie yra geriau prisitaikę ilgiems skrydžiams.

Daugelis skraidančių vabalų, tokių kaip boružės, turi priekinių sparnų dangčius, kurie atsidaro, tačiau beveik nėra naudojami skrydžiui. Ant žemės jie apsaugos švelnius vidinius sparnus, o skrydžio metu jie gali būti naudojami pakeisti mojuojamu pagrindinių sparnų aerodinamikai.

Skraidančios žuvys

Žuvys skraiduolės turi pailgėjusius pelekus ir yra prisitaikius sklęsti ore, tačiau ne mojuoti sparnais skrydžiui palaikyti.

Dinozaurai

Skraidantiems dinozaurams priskiriami mikroraptorių (Microraptor) šeimos atstovai turėjo tandeminius sparnus. Tikėtina, kad tai buvo vieninteliai tokios sandaros atstovai. Ši rūšis žinoma tik iš Kinijoje randamų fosilijų. Gyvūno priekinės ir galinės galūnės buvo padengtos skrydžiui tinkamomis plunksnomis, manoma, kad jis galėjo skristi plasnodamas bei sklęsdamas.

Bibliografija

Bottomley, J. W. (1977). „Tandem-Wing Aircraft“, Aerospace, vol. 4, October 1977. pp. 12–20.
Miles, George H. (1944). „The Tandem Monoplane“. Flight. 27 April 1944. Suarchyvuota iš originalo 2016-03-05. Nuoroda tikrinta 2025-01-24.{{cite web}}: CS1 priežiūra: bot: original URL status unknown (link). Flight. 27 April 1944. Archived from the original (pdf) on 2016-03-05.
Poulsen, C. M. (1943). „The Tandem Monoplane: Does it Still Have a Future? Some Past Experiences Recalled“, Flight, 12 August 1943, pp. 167–8. (Archive: Page 1 Page 2)

Išnašos

↑ Marcel, Arthur; The Ligeti Stratos, ultralightaircraftaustralia.com, 2024. (retrieved 13 May 2022).
↑ TOMKEVIČIUS Vaclovas, Akmenės krašto enciklopedinis žodynas
↑ Vaclovas Tomkevičius, Plieno sparnai

[1] Marcel, Arthur; The Ligeti Stratos, ultralightaircraftaustralia.com, 2024. (retrieved 13 May 2022).

[2] TOMKEVIČIUS Vaclovas, Akmenės krašto enciklopedinis žodynas

[3] Vaclovas Tomkevičius, Plieno sparnai

[1]

[2]

[3]