Μονοπλάνο

Ένα μονοπλάνο είναι ένα αεροσκάφος σταθερών πτερύγων με μία κύρια πτέρυγα, εν αντιθέσει με ένα διπλάνο ή άλλα πολυπλάνα, που διαθέτουν πολλαπλές πτέρυγες.

Ένα μονοπλάνο έχει τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και την χαμηλότερη οπισθέλκουσα οποιασδήποτε διάταξης πτερύγων και είναι το πιο απλό σε κατασκευή. Ωστόσο, κατά τα πρώτα χρόνια της αεροπορίας, τα πλεονεκτήματα αυτά αντισταθμιζόταν από το μεγαλύτερο βάρος και τον χαμηλότερο βαθμό ευελιξίας, κάνοντας τα σπάνια έως τη δεκαετία του 1930. Έκτοτε, το μονοπλάνο αποτελεί την πλέον συνηθισμένη μορφή αεροσκαφών σταθερών πτερύγων.

Ιστορικά στοιχεία

Αν και τα πρώτα επιτυχημένα αεροσκάφη ήταν διπλάνα, οι πρώτες απόπειρες κατασκευής βαρύτερων από τον αέρα ιπτάμενων μηχανών ήταν μονοπλάνα, και πολλοί πρωτοπόροι συνέχισαν να αναπτύσσουν μοντέλα μονοπλάνων. Για παράδειγμα, το πρώτο αεροπλάνο που κατασκευάστηκε ήταν το Demoiselle του Σάντους-Ντουμό το 1907, ενώ το Blériot XI πέταξε πάνω από τη Μάγχη το 1909. Την περίοδο 1909–1910, ο Χούμπερτ Λέιθαμ πραγματοποίησε πολλαπλά ρεκόρ ύψους με το μονοπλάνο Antoinette IV, φτάνοντας τελικά στα 1.384 μέτρα.

Ο αντίστοιχος όρος στη γερμανική γλώσσα είναι Eindecker, όπως και το μαχητικό μέσης πτέρυγας Fokker Eindecker του 1915 το οποίο για κάποια περίοδο κυριάρχησε στους ουρανούς η οποία έγινε γνωστή ως «μάστιγα των Fokker». Το γερμανικό στρατιωτικό σύστημα σχεδιασμού αεροσκαφών Idflieg πριν το 1918 πρότεινε τους σχεδιασμούς μονοπλάνων τύπου E, μέχρι την έγκριση του μαχητικού Fokker D.VIII από το προγενέστερο σχεδιασμό "E.V". Ωστόσο, η επιτυχία των Fokker ήταν σύντομη, και ο Α΄ Παγκόσμιος Πόλεμος κυριαρχήθηκε από διπλάνα. Προς το τέλος του πολέμου, τα μονοπλάνα με πτέρυγες αλεξηλίων έγιναν γνωστά και επιτυχημένα μοντέλα που παρήχθησαν κατά τη δεκαετία του 1920.

Παρ' όλα αυτά, σχετικά ελάχιστα μονοπλάνα κατασκευάστηκαν μεταξύ του 1914 και των τελών της δεκαετίας του 1920, σε σύγκριση με την πληθώρα των διπλάνων. Οι λόγοι ήταν κυρίως πρακτικοί. Λόγω των χαμηλών διαθέσιμων ισχύων σε κινητήρες και των ταχυτήτων που μπορούσαν να αναπτύξουν, οι πτέρυγες ενός μονοπλάνου θα έπρεπε να είναι μεγάλες ώστε να δημιουργήσουν επαρκή άντωση, ενώ ένα διπλάνο χρειαζόταν δύο μικρότερες πτέρυγες και έτσι γινόταν μικρότερο και ελαφρύτερο.

Προς το τέλος του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου, η υψηλή οπισθέλκουσα των διπλάνων άρχισε να περιορίζει τις δυνατότητές τους. Οι κινητήρες δεν ήταν αρκετά ισχυροί ώστε να δώσουν τη δυνατότητα στα μονοπλάνα αρθρωτών πτερύγων να είναι βιώσιμα, και τα μαχητικά ενισχυμένων αλεξηλίων πτερύγων έγιναν αρκετά δημοφιλή, αν και ελάχιστα πραγματοποίησαν αερομαχίες. Η διάταξη αυτή παρέμεινε δημοφιλής κατά τη δεκαετία του 1920.

Στα ιπτάμενα πλοία, που διαθέτουν ρηχό σκελετό, μια πτέρυγα αλεξηλίου δίνει τη δυνατότητα στους κινητήρες να είναι τοποθετημένοι πάνω από την επιφάνεια του νερού κατά τη διάρκεια απογειώσεων και προσγειώσεων. Ήταν δημοφιλής διάταξη στα ιπτάμενα πλοία κατά τη δεκαετία του 1930: ένα τυπικό παράδειγμα αποτελεί το Consolidated PBY Catalina. Παρήκμασε όταν καθιερώθηκαν υψηλότεροι σκελετοί κατά τη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου, δίνοντας τη δυνατότητα στις πτέρυγες να είναι τοποθετημένες στο σκελετό του σκάφους.

Καθώς η διαθέσιμη ισχύς των κινητήρων έδωσε τη δυνατότητα για πλήρως μεταλλικές κατασκευές αλλά και οι πτέρυγες προβόλου έγιναν πιο πρακτικές — αμφότερες οι καινοτομίες παρουσιάστηκαν από το επαναστατικό γερμανικό εργοστασιακό αεροσκάφος επίδειξης Junkers J 1 την περίοδο 1915-16 — τα μονοπλάνα έγιναν η συνηθισμένη μορφή μετά τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν οι ενισχυμένες πτέρυγες ξεπεράστηκαν και τη δεκαετία του 1930 τα αρθρωτά μονοπλάνα έγιναν η καθορισμένη διάταξη αεροσκαφών σταθερών πτερύγων. Τα προηγμένα μοντέλα μαχητικών μονοπλάνων παρήχθησαν μαζικά για στρατιωτικούς σκοπούς σε ολόκληρο τον κόσμο τόσο στη Σοβιετική Ένωση όσο και τις Ηνωμένες Πολιτείες στις αρχές και τα μέσα της δεκαετίας του 1930, με τα αεροσκάφη Polikarpov I-16 και Boeing P-26 Peashooter αντίστοιχα.

Τα περισσότερα στρατιωτικά αεροσκάφη του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου ήταν μονοπλάνα, όπως και τα περισσότερα αεροσκάφη της εποχής εκείνης.

Οι κινητήρες αεριώθησης και πυραυλοκίνησης διέθεταν ακόμη περισσότερη ισχύ, και όλα τα σύγχρονα αεροσκάφη υψηλών ταχυτήτων, ειδικά τα υπερηχητικά, είναι μονοπλάνα.

Χαρακτηριστικά των μονοπλάνων

Στήριξη και βάρος
Η επίκτητη αποτελεσματικότητα ενός μονοπλάνου μπορεί να γίνει καλύτερα αντιληπτή στις μη στηριζόμενες πτέρυγες προβόλου στις οποίες όλες οι δυνάμεις ασκούνται εσωτερικά. Εν αντιθέσει, μια στηριζόμενη πτέρυγα έχει επιπλέον οπισθέλκουσα από τις εκτεθειμένες αντηρίδες ή σύρματα στήριξης, μειώνοντας την αεροδυναμική αποτελεσματικότητα. Από την άλλη, η στηριζόμενη πτέρυγα έχει μεγαλύτερη δομική αποτελεσματικότητα και είναι κατά πολύ ελαφρύτερη. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει πως για μια πτέρυγα συγκεκριμένου μεγέθους, η στήριξη δίνει τη δυνατότητα στο αεροσκάφος να πετάξει με χαμηλότερη ταχύτητα χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα χαμηλής ισχύος, ενώ μια βαρύτερη πτέρυγα προβόλου χρειάζεται έναν ισχυρότερο κινητήρα και μπορεί να πετάξει ταχύτερα.

Τοποθέτηση πτερύγων
Πέρα από τις γενικές παραλλαγές στη διάταξη πτερύγων όπως η τοποθέτηση της ουραίας πτέρυγας και τη χρήση στήριξης, η κύρια διάκριση μεταξύ των τύπων των μονοπλάνων είναι το πόσο ψηλά βρίσκονται οι πτέρυγες σε σχέση με την άτρακτο.

Χαμηλή πτέρυγα

Μια χαμηλά τοποθετημένη πτέρυγα βρίσκεται κοντά στη βάση της ατράκτου.

Η τοποθέτηση της πτέρυγας σε χαμηλό σημείο δίνει καλύτερη ορατότητα προς τα πάνω και ελευθερώνει το κέντρο της ατράκτου από τη φέρουσα δύναμη των πτερύγων. Μειώνοντας τη σταθερότητα του εκκρεμούς, το αεροσκάφος γίνεται πιο ευέλικτο, όπως για παράδειγμα το Spitfire, αλλά για τα αεροσκάφη που προτιμάται να έχουν σταθερότητα αντί για ευελιξία, ενδεχομένως να χρειάζονται και δίεδρες γωνίες.

Ένα χαρακτηριστικό της τοποθέτησης των πτερύγων χαμηλά είναι η σημαντική επίδραση από το φαινόμενο του εδάφους, το οποίο κάνει το αεροσκάφος να πλέει περισσότερο προτού προσγειωθεί. Αντιστρόφως, το φαινόμενο αυτό δίνει τη δυνατότητα για συντομότερες απογειώσεις.

Μεσαία πτέρυγα

Μια μεσαία πτέρυγα βρίσκεται στα μισά της ατράκτου. Η φέρουσα της δομής της πτέρυγας μπορεί ενδεχομένως να μειώσει τον χρήσιμο όγκο της ατράκτου κοντά στο κέντρο βαρύτητας, όπου συνήθως υπάρχουν μεγαλύτερες ανάγκες για χώρο.

Πτέρυγα επ' ώμου

Μια πτέρυγα επ' ώμου (κατηγορία ανάμεσα στην υψηλή και στη μεσαία πτέρυγα) είναι μια διάταξη όπου η πτέρυγα βρίσκεται τοποθετημένη κοντά στην κορυφή της ατράκτου, αλλά όχι στο εντελώς ακραίο σημείο της. Ονομάζεται έτσι μιας και βρίσκεται τοποθετημένη στον «ώμο» της ατράκτου, και όχι στον ώμο του κυβερνήτη. Οι πτέρυγες επ' ώμου και οι υψηλές πτέρυγες έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά, όπως: υποστηρίζουν μια εκκρεμή άτρακτο η οποία δεν χρειάζεται δίεδρη πτέρυγα για σταθερότητα, και σε σύγκριση με τις χαμηλές πτέρυγες, μια πτέρυγα ώμος έχει περιορισμένη επίδραση του εδάφους κατά την προσγείωση. Σε σύγκριση με τις χαμηλές πτέρυγες, οι διατάξεις πτερύγων επ' ώμου και υψηλών πτερύγων αφήνουν περισσότερο χώρο σε πολυκινητήρια αεροσκάφη.

Στα μεγάλα αεροσκάφη, υπάρχει μικρή διαφορά μεταξύ μιας πτέρυγας επ' ώμου και μιας υψηλής πτέρυγας. Αλλά στα ελαφρά αεροσκάφη, η διάταξη αυτή είναι αρκετά σημαντική μιας και δίνει μεγαλύτερη ορατότητα στον κυβερνήτη. Στα ελαφρά αεροσκάφη, η επ' ώμου πτέρυγα ίσως χρειάζεται να σαρωθεί προς τα έμπροσθεν για την διατήρηση του ορθού κέντρου βαρύτητας. Αεροσκάφη με αυτό το τύπο πτερύγων είναι τα εξής: ARV Super2, Bölkow Junior και Saab Safari.

Υψηλή πτέρυγα

Μια υψηλή πτέρυγα βρίσκεται τοποθετημένη στην άνω επιφάνεια ή πάνω από την κορυφή της ατράκτου. Έχει αρκετά κοινά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα με την επ' ώμου πτέρυγα, αλλά στα ελαφρά αεροσκάφη, η υψηλή πτέρυγα μειώνει την ορατότητα προς τα πάνω. Στα ελαφρά αεροσκάφη, όπως το Cessna 152, η πτέρυγα βρίσκεται συνήθως πάνω από τον θάλαμο του κυβερνήτη, και έτσι το κέντρο άντωσης συμπίπτει με το κέντρο βαρύτητας.

Πτέρυγα αλεξηλίου

Ένα αεροσκάφος με πτέρυγα αλεξηλίου είναι ουσιαστικά ένα διπλάνο που δεν διαθέτει το κάτω ζεύγος πτερύγων. Αυτός ο τύπος πτέρυγας δεν είναι άμεσα τοποθετημένος στην άτρακτο, αλλά στηρίζεται πάνω από αυτήν, και υποστηρίζεται από αντηρίδες ή από στύλο. Ενδεχομένως να υπάρχει και επιπλέον στήριξη από αντηρίδες στο πλάι της ατράκτου. Ορισμένα πρώιμα ανεμόπτερα διέθεταν ανοιχτό θάλαμο διακυβέρνησης και μια πτέρυγα αλεξηλίου τοποθετημένη επί ενός στύλου.

Αυτή η διάταξη πτερύγων ήταν ιδιαίτερα δημοφιλής κατά το μεσοπόλεμο, στην περίοδο μετάβασης από τα διπλάνα στα μονοπλάνα. Σε σύγκριση με ένα διπλάνο, μια πτέρυγα αλεξηλίου έχει λιγότερα στηρίγματα και χαμηλότερη οπισθέλκουσα. Αλλά σε σύγκριση με μια υψηλή πτέρυγα, υπάρχει αρκετά μεγαλύτερη οπισθέλκουσα γεγονός που κατέστησε τη διάταξη αυτή παρωχημένη σε αεροσκάφη παραγωγής, αν και παραμένει δημοφιλής διάταξη για ερασιτεχνικά αεροσκάφη, όπως το Pietenpol Air Camper.

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
"High wing, low wing", Flight 20 March 1975, Pages 453–454

Αεροσκάφη