На рисунке 1 изображен самолет построенный по схеме "Утка". Его горизонтальное оперение – стабилизатор и рули высоты – расположено перед крылом, а не позади него.Термин "утка" подразумевает расположение в передней части летательного аппарата основных, а не вспомогательных средств аэродинамического управления. Многие самолеты схемы "утка" можно рассматривать как самолеты с тандемными крыльями, переднее крыло которых относительно мало. В этом случае переднее горизонтальное оперение (ПГО), состоящее обычно из неподвижных (стабилизаторы) и подвижных (рули высоты) поверхностей, несет значительную часть аэродинамической нагрузки. В последние годы термин "утка" стал применяться для описания самолетов, оснащенных вспомогательными поверхностями аэродинамического управления, установленными на носовой части, вообще говоря, самолетов довольно традиционных схем (а также некоторых самолетов с треугольным крылом), для обеспечения балансировки летательного аппарата или управления обтекающим его потоком, а не для осуществления основного управления или создания части суммарной подъемной силы, как это бывает на классической "утке".

Почему же решили разместить оперение впереди? Во–первых, конструкторы(братья Райт) прекрасно понимали функции горизонтального руля при управлении положением самолета в пространстве и считали, что расположенное впереди оперение будет выполнять такие функции более эффективно, чем хвостовое. В этом они оказались правы, но недостатков такого технического решения они, конечно же, не знали. Второй основной причиной их выбора было место проведения первых полетов, которые выполнялись с песчаной площадки, и поэтому отсутствовала возможность использования шасси колесного типа. И созданные ранее планеры, и первый "Флайер" оснащались полозковым шасси, при котором фюзеляж самолета располагался очень близко к земле. В то же время братья Райт понимали необходимость большого угла атаки при взлете и посадке. Низкосидящая машина типа "Флайера" наверняка цепляла бы хвостовым оперением за землю, если бы оно было выбрано; поэтому конструкторы отказались от такого решения. Они установили в хвостовой части своего летательного аппарата вертикальный киль. Балки, поддерживающие киль, оснащались шарнирами и с помощью тросовой проводки могли отклоняться вверх, не оказывая влияния на управляемость самолета, так как киль не отклонялся относительно набегающего потока.

Достоинства:

В современном понимании главным преимуществом аэродинамической схемы "утка" считается повышение маневренности самолета, что привлекает к этой схеме создателей военной техники. Более высокие маневренные качества самолетов такой схемы оказались очень полезными в совершенствовании характеристик некоторых из созданных в последнее время ультралегких летательных аппаратов. Еще одним преимуществом самолетов схемы "утка" считается то, что практически всегда можно построить такой летательный аппарат с естественной противоштопорной защитой: срыв воздушного потока на ПГО происходит раньше, чем на крыле, создающем большую часть подъемной силы, поэтому нос самолета в этом случае слегка опускается, и машина возвращается в нормальный полет.

Недостатки:

Существенным недостатком схемы "утка" является то, что летательным аппаратам этой схемы присуща продольная неустойчивость. Вместо того чтобы демпфировать движения самолета относительно поперечной оси (по тангажу), как это делает, например, оперение стрелы, воздействие воздушного потока на переднее горизонтальное оперение усиливает соответствующие возмущения.

В своих записках О. Райт отмечал, что устойчивость "утки" по тангажу определяется мастерством летчика. Опыт первых полетов показал, что в том случае, когда на переднем горизонтальном оперении создается значительная подъемная сила, она оказывает существенное влияние на балансировку самолета.

Срыв потока на ПГО вызывает примерно такое же воздействие на балансировку летательного аппарата, как, например, складывание пары ножек стола – две другие ножки продолжают поддерживать противоположный конец, и стол падает в ту сторону, где опора отсутствует. Поэтому противоштопорные достоинства самолетов схемы "утка" довольно скоро поблекли. Самолеты этой схемы практически полностью исчезли из практики авиастроения вплоть до того, как в начале второй мировой войны начали проводиться углубленные исследования "утки", нацеленные на поиск возможных путей повышения характеристик маневренности самолетов. Однако и в этот период развития авиации не удалось реализовать достоинства этой схемы. Лишь в последние годы было создано несколько очень удачных самолетов схемы "утка", которые продемонстрировали преимущества этой схемы в некоторых специфических условиях применения авиационной техники. Однако на этих самолетах уже применялись специальные средства предотвращения мощного срыва потока с ПГО. Это достигается путем увеличения критического угла атаки за счет выдува потока на ПГО, использования аэродинамических профилей с различными несущими свойствами или применения ПГО в качестве лишь балансировочной поверхности (в этом случае ПГО не создает какого–нибудь заметного вклада в подъемную силу), например, на самолетах с близким к треугольному крылом большой площади или самолетах–бесхвостках" с крылом прямой стреловидности.

По схеме "утка" построены некоторые из современных ракет, но системы управления этих ракет обычно работают с использованием бортовых ЭВМ и автоматических средств повышения устойчивости, которые вырабатывают и осуществляют балансировочные команды, предотвращающие нарастание возмущений в канале тангажа.

Следует отметить, что все самолеты схемы "утка", реализованные в соответствии с техническим уровнем, достигнутым до 1960–х гг., стали сущим несчастьем. Как бы предвидя это, братья Райт уже в 1909 году (когда они стали использовать колесное шасси, позволяющее приподнять самолет от земли и обеспечить набор угла атаки на разбеге) отказались от ПГО и установили рули высоты в хвостовой части аппарата около руля направления.

Наиболее широкое распространение схема "утка" получила в области ультралегких летательных аппаратов. Этот класс современных летательных аппаратов проделал своеобразный путь назад к полетам того типа, которые выполняли братья Райт и которые характеризуются весьма ограниченным скоростным диапазоном, ограниченной маневренностью и сравнительно небольшой полезной нагрузкой.

На рисунке 1 изображен самолет  МиГ-39 - тяжелый одноместный истребитель, выполненный по аэродинамической схеме «утка» с цельно-поворотным передним горизонтальным оперением (ПГО), среднерасположенным треугольным крылом и V-образным хвостовым оперением.

На рисунке 2 изображен самолет аэродинамической схемы утка (канард) с толкающим винтом занимают достойное место среди наиболее красивых летательных аппаратов. Канардом называется небольшое крыло, расположенное впереди основного крыла, и это далеко не новая аэродинамическая схема.

 

На рисунке 3 изображен многофункциональный фронтовой истребитель, выполненный по аэродинамической схеме «утка» со среднерасположенным крылом, размещенным на нем двухкилевым вертикальным оперением, цельноповоротным передним горизонтальным оперением (ПГО) относительно большой площади, а также органами поперечного управления в хвостовой части самолета. Крыло, фюзеляж и оперение в сочетании с системой управления тягой двигателей и комплексной системой управления образуют единую, адаптивную к режимам полета аэродинамическую структуру, обеспечивающую чрезвычайно высокое для маневренных сверхзвуковых самолетов аэродинамическое качество на дозвуковом и сверхзвуковом режимах.

На рисунке 4 изображена двухступенчатая ракета комплекса "Штурм-В", выполненая по схеме "утка". Для уменьшения массы и габаритов ракеты  органы управления выполнены по одноканальной схеме. В полете ракета вращается относительно продольной оси, а выдвигаемые из ниш вперед аэродинамические рули размещаются в одной плоскости.

На рисунке 1 изображена реализция самолета схемы "Утка", у которого при полете на больших углах атаки перед сваливанием срыв потока должен наступать в первую очередь на переднем крыле. В противном случае самолет при сваливании будет резко задирать нос, и переходить в штопор. Это явление называется «подхват» и считается совершенно недопустимым. Способ борьбы с «подхватом» на «утке» в увеличении угла установки переднего крыла по отношению к заднему. Разница в углах установки должна составлять 2—3°, что гарантирует срыв потока в первую очередь на переднем крыле. Далее самолет автоматически опускает нос, переходит на меньшие углы атаки и набирает скорость — таким образом, реализуется идея создания несваливаемого самолета, конечно, при соблюдении требуемой центровки.

На графике изображены аэродинамические особенности:

Затенение заднего крыла передним при полете на больших углах атаки. 1 - малая интерференция в крейсерском полете на малых углах атаки; 2 - сильное затенение заднего крыла на больших углах самолета неудачной схемы, 3 - удачное расположение крыльев с малой интерференцией на больших углах атаки (m - коэффициент продольного момента отрицательный, наклон кривой xapaктepeн для устойчивого самолета, α - угол атаки)