Διπλάνο

Ένα διπλάνο είναι ένα αεροσκάφος σταθερών πτερύγων με τις δύο κύριες πτέρυγες τοποθετημένες η μία πάνω από την άλλη. Το πρώτο μηχανοκίνητο, ελεγχόμενο αεροπλάνο που πέταξε, το Wright Flyer, χρησιμοποίησε διάταξη πτερύγων διπλάνου, όπως και πολλά αεροσκάφη κατά τα πρώτα χρόνια της αεροπορίας. Αν και η δομή της πτέρυγας ενός διπλάνου έχει δομικά πλεονεκτήματα έναντι του μονοπλάνου, δημιουργεί μεγαλύτερη οπισθέλκουσα σε σχέση με μία πτέρυγα μονοπλάνου χωρίς στηρίγματα. Οι βελτιωμένες τεχνικές κατασκευής, τα καλύτερα υλικά αλλά και η ανάγκη για μεγαλύτερες ταχύτητες έκαναν τη διάταξη των διπλάνων παρωχημένη για τις περισσότερες χρήσεις μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1930.
Τα διπλάνα προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τα συμβατικά μοντέλα μονοπλάνων με προβόλους: δίνουν τη δυνατότητα για ελαφρύτερες κατασκευές πτερύγων, χαμηλότερο φόρτο πτέρυγας και μικρότερο άνοιγμα για ένα συγκεκριμένο εμβαδόν πτέρυγας. Ωστόσο, η παρεμβολή μεταξύ της ροής αέρα πάνω από κάθε πτέρυγα αυξάνει ουσιαστικά την οπισθέλκουσα, και τα διπλάνα γενικά χρειάζονται περισσότερη στήριξη, η οποία προκαλεί πρόσθετη οπισθέλκουσα.
Τα διπλάνα διακρίνονται από τα αεροσκάφη με διάταξη παράλληλων πτερύγων, όπου οι πτέρυγες είναι τοποθετημένες μπροστά και πίσω στην άτρακτο.
Ο όρος χρησιμοποιείται επίσης σε ορισμένες περιπτώσεις στη βιολογία, για να περιγράψει τα φτερά ορισμένων πτηνών ή εντόμων.

Χαρακτηριστικά

Σε ένα διπλάνο, οι δύο πτέρυγες τοποθετούνται η μία πάνω στην άλλη. Η κάθε μία παρέχει μέρος του άντωσης, παρόλο που δεν είναι σε θέση να παράγει διπλάσια άντωση με μία μόνο πτέρυγα παρόμοιου μεγέθους και σχήματος επειδή το πάνω και το κάτω μέρος δουλεύουν σχεδόν στο ίδιο τμήμα της ατμόσφαιρας και έτσι εμποδίζουν τη συμβολή του άλλου. Για παράδειγμα, σε μια πτέρυγα αναλογίας 6 και απόσταση διαχωρισμού πτερύγων μήκους μιας χορδής, η διαμόρφωση του διπλάνου θα παράγει μόνο περίπου 20% περισσότερη άντωση από μία μόνο πτέρυγα του ίδιου επιπέδου.
Στη διάταξη των διπλάνων, η χαμηλότερη πτέρυγα είναι συνήθως συνδεδεμένη με την άτρακτο, ενώ η υψηλότερη πτέρυγα βρίσκεται πάνω από την άτρακτο. Και οι δύο πτέρυγες μπορούν να υποστηρίξουν πηδάλια κλίσης, ενώ τα πτερύγια τοποθετούνται συνήθως στη χαμηλότερη πτέρυγα. Η στήριξη τοποθετείται συνήθως μεταξύ των πτερύγων, με τη μορφή συρμάτων (μέλη έντασης) και/ή λεπτές αντηρίδες τοποθετημένες συμμετρικά προς την άτρακτο.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Το βασικό πλεονέκτημα του διπλάνου επί του μονοπλάνου είναι ο συνδυασμός μεγάλης ακαμψίας με μικρό βάρος. Η δυσκαμψία απαιτεί δομικό βάθος και, όπου τα πρώιμα μονοπλάνα έπρεπε να το έχουν επιπλέον στήριξη, ο χαρταετός κουτί ή το διπλάνο έχουν βαθιά δομή και επομένως είναι ευκολότερο να γίνουν τόσο ελαφρά και ισχυρά. Μια πτέρυγα μονοπλάνου με στήριξη πρέπει να υποστηρίζεται πλήρως, ενώ οι δύο πτέρυγες ενός διπλάνου συμβάλουν στη δυσκαμψία του άλλου. Το διπλάνο είναι επομένως εγγενώς πιο άκαμπτο από το μονοπλάνο. Επίσης, οι δομικές δυνάμεις στις δοκούς μιας πτέρυγας διπλάνου τείνουν να είναι χαμηλότερες, οπότε η πτέρυγα μπορεί να χρησιμοποιήσει λιγότερα υλικά για να αποκτήσει την ίδια συνολική αντοχή και επομένως είναι πολύ ελαφρύτερη. Ένα μειονέκτημα του διπλάνου ήταν η ανάγκη για πρόσθετες αντηρίδες για τον διαχωρισμό των πτερύγων, αν και η στήριξη που απαιτούνταν στα πρώιμα μονοπλάνα, ελάφρυνε αυτό το μειονέκτημα.
Η χαμηλή ισχύς που παρεχόταν από τους κινητήρες που ήταν διαθέσιμοι κατά τα πρώτα χρόνια της αεροπορίας σήμαινε ότι τα αεροπλάνα πετούσαν αργά. Αυτό απαιτούσε ακόμα χαμηλότερη ταχύτητα διακοπής, η οποία με τη σειρά της απαιτούσε χαμηλό φόρτο πτέρυγας, συνδυάζοντας τόσο το μεγάλο εμβαδό πτέρυγας όσο και το μικρό βάρος. Μια πτέρυγα διπλάνου συγκεκριμένου ανοίγματος και χορδής έχει διπλάσιο εμβαδό από αυτή ενός μονοπλάνου ίδιου μεγέθους και έτσι μπορεί να πετάξει πιο αργά ή για συγκεκριμένη ταχύτητα πτήσης μπορεί να σηκώσει μεγαλύτερο βάρος. Εναλλακτικά, μία πτέρυγα διπλάνου το ιδίου εμβαδού όπως ενός μονοπλάνου έχει μικρότερο άνοιγμα και χορδή, μειώνοντας τις δομικές δυνάμεις και επιτρέποντας της να είναι ελαφρύτερη.
Τα διπλάνα υφίστανται αεροδυναμικές παρεμβολές μεταξύ των δύο επιφανειών. Αυτό σημαίνει ότι ένα διπλάνο δεν επιτυγχάνει στην πράξη δύο φορές την άντωση του αντίστοιχου μονοπλάνου. Όσο πιο μακριά βρίσκονται οι πτέρυγες σε απόσταση, τόσο μικρότερη είναι η παρεμβολή, αλλά οι αντηρίδες πρέπει να είναι μεγαλύτερες. Δεδομένης της χαμηλής ταχύτητας και της ισχύος των πρώτων αεροσκαφών, η οπισθέλκουσα των συρμάτων και των αντηρίδων και η αμοιβαία παρεμβολή των ροών αέρα ήταν σχετικά μικροί και αποδεκτοί παράγοντες. Καθώς η ισχύς του κινητήρα αυξήθηκε μετά τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, το μονοπλάνο προβόλων κατέστη εφικτό και, με την εγγενώς χαμηλότερη οπισθέλκουσα και μεγαλύτερη ταχύτητα, από το 1918 άρχισε να αντικαθιστά το διπλάνο στα περισσότερα πεδία της αεροπορίας.
Η μικρότερη πτέρυγα διπλάνου επιτρέπει επίσης μεγαλύτερη ευελιξία. Κατά τη διάρκεια του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου, αυτό ενίσχυσε περαιτέρω την κυριαρχία του διπλάνου και παρά την ανάγκη για ταχύτητα, τα στρατιωτικά αεροσκάφη ήταν μεταξύ των τελευταίων που εγκατέλειψαν τη διάταξη των διπλάνων. Εξειδικευμένα αεραθλητικά διπλάνα αεροβατικής κατασκευάζονται ακόμη περιστασιακά.

Κλιμάκωση

Τα διπλάνα σχεδιάστηκαν αρχικά με τις πτέρυγες τοποθετημένες η μία επάνω από την άλλη. Η μετακίνηση της επάνω πτέρυγας προς τα εμπρός σε σχέση με την κάτω αποκαλείται θετική κλιμάκωση ή, συχνότερα, απλά κλιμάκωση. Μπορεί να βοηθήσει στην αύξηση της άντωσης και στη μείωση της οπισθέλκουσας, μειώνοντας τις επιπτώσεις της αεροδυναμικής παρεμβολής μεταξύ των δύο πτερύγων. Πολλά διπλάνα έχουν κλιμακωτές πτέρυγες. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα από τη δεκαετία του 1930 είναι η διάταξη της σειράς Waco Standard Cabin.
Η τοποθέτηση της πρόσθιας άκρης της κάτω πτέρυγας μπροστά από την επάνω πτέρυγα είναι επίσης δυνατή, δίνοντας αρνητική κλιμάκωση. Αυτό γίνεται συνήθως σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο για πρακτικούς λόγους μηχανικής. Σε παραδείγματα με αρνητική κλιμάκωση περιλαμβάνονται τα Sopwith Dolphin και Beechcraft Staggerwing. Ωστόσο, η θετική κλιμάκωση είναι πιο συνηθισμένη, διότι βελτιώνει τόσο την ορατότητα προς τα κάτω όσο και την ευκολία πρόσβασης στο θάλαμο διακυβέρνησης για διπλάνα με ανοικτό πιλοτήριο.

Κόλποι

Ο χώρος που βρίσκεται ανάμεσα στις αντηρίδες ονομάζεται κόλπος, και έτσι ένα διπλάνο ή τριπλάνο με ένα σετ αντηρίδων σε κάθε πλευρά του αεροσκάφους ονομάζεται διπλάνο μονού κόλπου. Αυτό παρείχε επαρκή ισχύ για μικρότερα αεροσκάφη όπως το μαχητικό του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου Fokker D.VII και το εκπαιδευτικό του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου de Havilland Tiger Moth. Τα μεγάλα βομβαρδιστικά και μεταγωγικά διπλάνα χρειάζονται περισσότερους κόλπους για την παροχή επαρκούς ισχύος. Επίσης, υπάρχουν διπλάνα χωρίς αντηρίδες ανάμεσα στις πτέρυγες.

Sesquiplane

Το sesquiplane είναι μία συνηθισμένη μετατροπή του διπλάνου όπου μία πτέρυγα (συνήθως η κατώτερη) έχει εμβαδόν λιγότερο από το μισό της ανώτερης. Η διάταξη αυτή μπορεί να μειώσει την οπισθέλκουσα μεταξύ των πτερύγων, διατηρώντας τα δομικά πλεονεκτήματα του διπλάνου. Το Pander E της δεκαετίας του 1920 είναι αεροσκάφος με τη χαμηλότερη πτέρυγα να έχει εμβαδόν ίσο με το 23% της υψηλότερης πτέρυγας. Ορισμένα μοντέλα διατηρούν τα εμβαδά των δύο πτερύγων σχεδόν ίσα μειώνοντας τη χορδή της κάτω πτέρυγας. Μερικά γνωστά μοντέλα είναι τα στρατιωτικά αεροσκάφη Nieuport—από το Nieuport 10 έως το Nieuport 27, όλα σχεδιασμένα από τον Γκυστάβ Ντελάζ κατά τη διάρκεια του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου.

Υπερελαφρά αεροσκάφη

Αν και τα περισσότερα υπερελαφρά αεροσκάφη είναι μονοπλάνα, οι χαμηλές ταχύτητες και η απλή κατασκευή τους, οδήγησε στη δημιουργία ελάχιστων υπερελαφρών διπλάνων, όπως το Easy Riser (1975–) του Λάρι Μάουρο. Ο Μάουρο κατασκεύασε επίσης μία έκδοση με ηλιακά κύτταρα τα οποία τροφοδοτούν έναν ηλεκτροκινητήρα, με όνομα Solar Riser.
Σε άλλα υπερελαφρά διπλάνα περιλαμβάνονται το βελγικό Aviasud Mistral, το γερμανικό FK12 Comet (1997–), το Lite Flyer Biplane και το Murphy Renegade.

Ιστορικά στοιχεία

Η διάταξη του διπλάνου αναπτύχθηκε από τον χαρταετό κουτί, που εφευρέθηκε από τον Αυστραλό Λόρενς Χάργκρεϊβ. Μέχρι το 1896 ο Οκτάβ Σανούτ είχε αρχίσει να πετάει με διπλάνα αιωρόπτερα και συμπέρανε πως τα εξωτερικά στηριγμένα διπλάνα προσέφεραν καλύτερες προοπτικές για μηχανοκίνητη πτήση από ότι τα μονοπλάνα. Το διπλάνο Wright Flyer του 1903 έγινε το πρώτο επιτυχημένο μηχανοκίνητο αεροπλάνο.
Κατά τη διάρκεια των ετών των πρωτοποριών, τόσο τα διπλάνα όσο και τα μονοπλάνα ήταν συνηθισμένα, αλλά κατά το ξέσπασμα του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου, τα διπλάνα απέκτησαν προβάδισμα λόγω μιας σειράς δομικών αστοχιών των μονοπλάνων που οδήγησαν στην «Απαγόρευση των Μονοπλάνων» από το Βασιλικό Σώμα Αεροπορίας. Τότε όλα τα μονοπλάνα αποσύρθηκαν από τις μάχες και περιορίστηκαν σε εκπαιδευτικούς σκοπούς.
Κατά την περίοδο από το 1914 έως το 1925 τα περισσότερα νέα αεροσκάφη ήταν διπλανά, αν και μέχρι το 1918 οι Γερμανοί πειραματίστηκαν με μια νέα γενιά μονοπλάνων όπως τα Junkers D.I και Fokker D.VIII που θα μπορούσαν να έχουν καταρρίψει τα πλεονεκτήματα του διπλάνου αν ο πόλεμος είχε τελειώσει νωρίτερα, και οι Γάλλοι είχαν ήδη σε χρήση το Morane-Saulnier AI. Τα αεροσκάφη διάταξης sesquiplane, τα οποία ήταν διπλάνα με μικρότερες πτέρυγες στο κάτω μέρος όπως το γαλλικό Nieuport 17 και το γερμανικό Albatros D.III, προσέφεραν ελαφρώς χαμηλότερη οπισθέλκουσα από ότι ένα συμβατικό διπλάνο, ενώ ήταν ισχυρότερο από ένα μονοπλάνο.
Καθώς η διαθέσιμη ισχύς των κινητήρων και η ταχύτητα αυξήθηκαν, η οπισθέλκουσα της εξωτερικής στήριξης περιόρισε τις επιδόσεις των αεροσκαφών. Προκειμένου να πετάξουν πιο γρήγορα, θα ήταν απαραίτητο να απομακρυνθεί η εξωτερική στήριξη για να δημιουργηθεί μια αεροδυναμικά καθαρή πτέρυγα. Τα πρώιμα μοντέλα προβόλου ήταν είτε πολύ αδύναμα ή πολύ βαριά.
Μέχρι τη δεκαετία του 1930 τα διπλάνα είχαν φθάσει στα όρια των αποδόσεων τους και τα μονοπλάνα κυριαρχούσαν, ιδιαίτερα στην ηπειρωτική Ευρώπη όπου τα μονοπλάνα ήταν η συνηθισμένη μορφή από το τέλος του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Κατά την έναρξη του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου, αρκετές πολεμικές αεροπορίες είχαν ακόμα διπλάνα στην πρώτη γραμμή, αλλά ήταν σαφώς μη μάχιμα και τα περισσότερα χρησιμοποιήθηκαν σε ειδικούς ρόλους, όπως η εκπαίδευση ή σε πλοία, μέχρι λίγο μετά το τέλος του πολέμου. Το βρετανικό μαχητικό διπλάνο Gloster Gladiator και το αντίστοιχο ιταλικό Fiat CR.42 επιχειρούσαν μέχρι μετά το 1939. Το γερμανικό Heinkel He 50 και το σοβιετικό Polikarpov Po-2 χρησιμοποιήθηκαν αμφότερα σε νυχτερινές επιθέσεις εδάφους μέχρι το τέλος του πολέμου, ενώ το δεύτερο χρησιμοποιήθηκε από την Πολεμική Αεροπορία της Βόρειας Κορέας στον Πόλεμο της Κορέας για νυχτερινούς βομβαρδισμούς. Ο βρετανικός Βραχίονας Αεροπορικού Στόλου πετούσε με το βομβαρδιστικό Fairey Swordfish από τα αεροπλανοφόρα του στον ανθυποβρυχιακό πόλεμο μέχρι το τέλος του πολέμου μιας και μπορούσαν να επιχειρήσουν από τα καταστρώματα μικρών βοηθητικών αεροπλανοφόρων. Το Swordfish είχε πολύ καλύτερες επιδόσεις από το αεροσκάφος που το αντικατέστησε.
Σε μεταγενέστερα εκπαιδευτικά διπλάνα περιλαμβανόταν το de Havilland Tiger Moth της Βασιλικής Πολεμικής Αεροπορίας και της Βασιλικής Καναδικής Πολεμικής Αεροπορίας, το Stampe SV.4 της Γαλλικής και της Βελγικής Πολεμικής Αεροπορίας, το Boeing Stearman της Αεροπορίας Στρατού των ΗΠΑ και το Naval Aircraft Factory N3N του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ. Σε πολιτική χρήση, το Stearman συνδέθηκε με τις πτήσεις ακροβατικών.
Μοντέρνα μοντέλα διπλάνων εξακολουθούν να υπάρχουν σε εξειδικευμένους ρόλους όπως τα αεροβατικά και τα γεωργικά αεροσκάφη. Το πρώτο γνωστό αεροβατικό αεροσκάφος ήταν το Udet U 12 Flamingo στα μέσα της δεκαετίας του 1930. Το Pitts Special κυριάρχησε για πολλά χρόνια στην αεροβατική μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο και είναι ακόμη σε παραγωγή, ενώ το WACO Classic YMF είναι αναπαραγωγή του αρχικού μοντέλου του Waco.
Η συντριπτική πλειοψηφία των μοντέλων των διπλάνων διαθέτουν παλινδρομικούς κινητήρες με σχετικά χαμηλή ισχύ. Σε εξαιρέσεις περιλαμβάνονται τα Antonov An-3 και WSK-Mielec M-15 Belphegor, με κινητήρες turboprop και turbofan αντίστοιχα.
Τα δύο μοντέλα διπλάνων με τη μεγαλύτερη παραγωγή είναι το βρετανικό Avro 504 του 1913 (8.970 έχουν κατασκευαστεί από τον Νοέμβριο του 1918) και το σοβιετικό Polikarpov Po-2 του 1928 (πάνω από 20.000).