"Tailless" Small Gliders
by Dr. Reimar Horten

(as translated by: Fernando Walter Siarez, Buenos Aires, Argentina)

(The original article was titled "Veleritos 'Sin Cola' ", by Dr. Reimar Horten, published by Revista Nacional de Aeronautica, (today: "Aeroespacio, Revista Nacional Aeronautica y Espacial.") " October 1949, number 10, pages 17-18; Buenos Aires, Argentina.  We thank them for allowing the translation and publication here for all to share.  The article is being provided in both English and Spanish.)

An amateur's question about the convenience of recommending the construction of a low cost and low performance, small "tailless" sailplane, motivated the statements made by Doctor Reimar Horten, which are transcribed below, that will be of great interest for all the motorless flight enthusiasts in our country.

As small sailplanes for performance flights, I consider the motorless aircraft of a minimum span of 12 meters, being the lower limit that assures satisfactory results in soaring flight.
      The convenience of building this sailplane in the shape of a tailless aircraft, has to be studied under the following points of view:
     Can materials and handwork be saved by building a tailless glider? Is it possible construction can be done by a group of amateurs?  Are its flight characteristics and true performance satisfactory, and can they be compared with that of other gliders of the conventional tailed type?
      In the "tailless" construction, there are two equivalent solutions, but issued by different treatments of the same problem.

I.- The solution in the shape of a flying wing

     Starting from the point of situating the pilot in a conventional position, that is, seated, it brings as a consequence a very deep airfoil chord at the wing root. Even, positioning a pilot's head in a "cabin-lid" that protrudes out of the airfoil and using a keel for the skid in the bottom, we would obtain an airfoil 40 to 50 centimeters [0.4 to 0.5 meters  -Trans] high, and so, a deepness of about 2.5 meters. (Figure 1, click on drawing).
     With a wing area of 16 to 18 square meters and its corresponding aspect ratio not higher than 9, this would mean a glide ratio of 1:22 as maximum.  Sinking speed would be about 70 centimeters per second [2.3 feet per second  -Trans.], logically conditioned to wing loading.
     This stating of the problem was solved with the Horten Model I aircraft that took part successfully in 1934 Rhön Soaring Flight Contest, and was a "calm winds sailplane" prototype. The wing loading in this type was kept under 10 Kg/m2 and this allowed very reduced flight speeds, that made it very convenient for using the slow winds of the hills.  As these sailplanes for calm winds were ideal for making small diameter turns, they were very appropriate for rising current flights of big height and duration.  Also, they can be used for making interesting long distance flights following the wind direction, but when the target is to get high cruise speeds, as in the case of long distance flights with known destination, or in flights were distance is going to be worked against the wind, the low wing loading sailplanes will not produce satisfactory results.
     Comparing the described sailplane with another built in the conventional way with a tail and same span, we will notice that the lower drag of the flying wing will not compensate the disadvantage in the speed polar curve caused by the smaller wing loading.  This means that in fast flight, the flying wing is only superior to a conventional sailplane, when wing loadings are equal.  Additional advantages can be expected from the design with laminar airfoils, benefits that will be noticeable in the flying wing due to the big airfoil chord.
     The disadvantages that come from a low aspect ratio and consequent low wing loading, will be avoided by building a sailplane with the pilot laying on his belly (Figure 2).
     Another interesting development possibility is for the flying wing with the pilot in a "hanging" position, as in primitive gliders, where the pilot is horizontal with his legs retracted inside the wing airfoil.  In this way, not only the construction cost will be reduced, but also maintenance and flight conditions will be simplified,  considering that the craft transport and its launching can be made with only the  use of the pilot's legs.  Fixing as a condition the existence of a hill from which it can be possible the take off with a short pilot run, this flying wing model would allow to achieve duration, height and distance performances without any personnel assistance.
     In the old "hang pilot" gliders it was usual to maneuver by displacement of the pilot's center of gravity.  I don't recommend such a system and propose to build them with the usual control system.  Minimal sinking speed will be about 50 and 55 centimeters per second [1.6 to 1.8 feet per second -Trans.] and optimal gliding angle will be 1:22.  Reduced wing loading will allow the pilot to find and target rising currents very easily and they will be able to be used by turning with a small bank, in the way of a dry leaf.  All these factors will permit getting remarkable records in soaring flight, so I must suppose that this "laying pilot flying wing", will call the attention of people interested in the subject, mainly if it can be used as a  "rising current finder" working in combination with high performance sailplanes of big span.

II- The solution in the shape of a tailless sailplane

     My idea about it is a craft with big span swept wings and with an ovoid fuselage "piece" fitted by its half height portion, on the wing, in which the pilot will be put in a seated position.  This design will allow glide a ratio of up to 1:26, within the 12 meter span, that will allow us to compare it - even at high speeds - with the usual high performance sailplanes.  Based on the normal wing loading of 18 to 20 kg/m2, the minimum sinking speed will be about 60 centimeters per second [2 feet per second  -Trans.]  (Figure 4).
     Without using laminar airfoils and the laying pilot position, I consider the sketched model as the ideal solution for the "high performance small glider" constructive problem.
      It is understood that a flying wing or a tailless small glider will not be disassembled and, so, will always be transported as a sole piece.  For this reason construction will be notably cheaper and simpler, saving, by the way, superfluous weight.   For the same reason of weight and simplicity, high-lift flaps are not added, they are unnecessary for the landing due to the already reduced speed, and in rising current soaring they don't bring any advantages.  In other words: the increase in sinking speed with flaps, has more influence, than the compensation produced by a smaller turn radius at the same bank, motivated by the increase in lift coefficient, so, with the flaps a higher  ascension in rising currents cannot be achieved.
      As a rudder, I have been using to date with excellent results the wing tip brakes.  I consider that any modern sailplane requires brake devices against exaggerated speeds and as a glide angle control during landing.  In the tailless aircraft, I moved this same device towards the wing tips and made them take the role of a rudder as well.  For the combined function of ailerons and elevator, two surfaces of size and location as in conventional ailerons are enough, which brings a notable advantage in weight.
      If after considering the described possibilities I compare both airplanes, one with a tail and the other without a tail, with the condition that both have the same span and wing loading, I notice that the tailless airplane will have less wing surface and so, a bigger aspect ratio.  From that I deduce that the same tailless sailplane will have a smaller cost in materials and work, with better flight performance.
      Examining in detail the three factors: materials cost, flight characteristics and construction work, I notice the following differences between small gliders with and without a tail:
      On one side, all tailless small gliders suffer a charge of 5% in the basic wing weight, produced by the sweep of 20 degrees in the spar (I call basic wing weight to be the weight that results from dividing wing weight by its surface). 
      On the other side, weight reductions are produced by the following reasons:

  a) Elimination of the fuselage section fore of the wings, and so, a reduction in the craft length of between 1.20 and 1.50 meters.

  b) Elimination of the fuselage part that holds the empennage.

  c) Elimination of the elevator, because ailerons take its function, without weight charge.

  d) Elimination of the rudder, because the brake devices take its function, without weight charge.

  e) Elimination of one control system, because the aileron control works in combination, as an elevator control.

  f) Elimination of mounting lugs, because it is possible to transport the glider by highway, without disassembling, due to its reduced length.

  g) Smaller wing surface at an equal wing loading to that of a conventional sailplane.

     As far as flight characteristics are concerned, I want to state first of all, the excellent behavior observed in my sailplanes during the stall.  The swept wings give the tailless airplane a longitudinal damping that is superior in about twice as much as the one of a conventional airplane; so, despite its smaller inertia moments, all movements about the transverse axis happen with the same angular speed.  The gust sensitivity is the same in all sailplanes, in tailless sailplanes as well as in tailed ones, because it depends, first, on the wing loading, this is, weight.
      Neither by aircraft stability nor by the controls reaction, can a pilot say that he is flying a tail or tailless airplane; so, mind tiredness happens in both alternatives by the same amount.
      Speaking about the differences in work between the construction of one or another airplane, I consider that the construction of a small tailless glider is not more complicated than the same with a tail.  The increase in work that it takes to make swept wings as compared to straight wings, is smaller than the one of making tapered ones as compared to the same straight ones.  About the wing twist, this must be calculated in excess, to compensate for deficiencies that can appear during the construction by a group of amateurs.  The losses in aerodynamic shape that happen in this way are the same in any case, but they will not be able to be avoided without using special assembling and checking devices.
      Summarizing all before mentioned, I affirm that I consider as promissory the development of a performance small-glider, be it built as a flying wing with a "laying pilot" or as "tailless small-glider with a seated pilot".

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Veleritos "sin cola"

La pregunta de un aficionado sobre la conveniencia de recomendar la construccion de un pequeño velero "sin cola", de bajo costo y performances discretas, motivo las declaraciones que transcribimos, del Doctor Reimar Horten, que resultaran de indudable interes para todos los entusiastas del vuelo sin motor en nuestro pais.
     Como veleritos para vuelos de performance, considero al avion sin motor de 12 metros de envergadura minima, por ser este el limite inferior que asegura resultados satisfactorios en el vuelo a vela.   La conveniencia de construir este velero como avion sin cola, debe estudiarse desde los siguientes puntos de vista:
     Puede ahorrarse material y mano de obra construyendo un velerito sin cola? Es factible la construccion del mismo por un grupo de aficionados? Son satisfactorias sus caracteristicas de vuelo y las performances realizables y pueden compararse las mismas con las de otros veleritos del tipo convencional con cola?
     Dentro de la forma de construccion "sin cola", se presentan dos soluciones equivalentes, pero surgidas de planteos distintos del mismo problema.

I.- La solución en forma de ala volante

     Partiendo de la base de situar al piloto en la posicion convencional, es decir, sentado, trae como consecuencia una cuerda de perfil muy profunda en la raiz del ala. Aun, ubicando la cabeza del piloto dentro de una tapa-cabina que sobresalga del (... figura 1 ...) perfil y empleando una quilla para el patin que resulte de la parte inferior, se obtendra un perfil de unos 40 a 50 centimetros de
altura y, por consiguiente, una profundidad de unos 2.50 metros (Fig 1).
     Con una superficie alar de 16 a 18 metros cuadrados, con su correspondiente alargamiento no mayor de 9, significaria una relacion de planeo de 1:22 maximo. La velocidad de descenso estara en los 70 centimetros por segundo, condicionada logicamente a la carga alar.
     Este planteo del probelma fue resuelto con el modelo Horten I, aparato que intervino exitosamente en el Concurso de Vuelo a Vela del Rhön de 1934, y fue un prototipo "velero para vientos suaves".
     La carga alar de este tipo se mantenia inferior a los 10 kg/m2 y permitia velocidades de vuelo muy reducidas, que lo hacia muy conveniente para el aprovechamiento de los vientos suaves de las colinas. Como estos veleros para vientos suaves son ideales para realizar virajes de poco diametro, resultan muy apropiados para vuelos a vela termicos de altura y duracion. Tambien con ellos pueden realizarse vuelos de distancia interesantes a favor del viento, pero cuando se trata de alcanzar altas velocidades de crucero, tal como se necesita en los vuelos de distancia con destino anticipado, o en los vuelos en que se desee ganar distancia en contra del viento, los veleros de baja carga alar no daran resultados satisfactorios.
     Comparando al velero descrito con otro construido en la forma convencional con cola y de la misma envergadura, notaremos que la resistencia menor del ala volante no llega a equiparar la desventaja producida en la curva polar de la velocidad por la menor carga alar. Esto significa que en el vuelo rapido, el ala volante es solo superior a un velero convencional, cuando las cargas alares son
iguales. Pueden esperarse ventajas adicionales con el diseño basado en perfiles laminares, beneficios que seran notablemente sensibles en el ala volante debido a la gran cuerda del perfil.
     Las desventajas provenientes del alargamiento bajo y de la carga alar reducida consiguiente, podran evitarse construyendo al velero con el piloto en la posicion acostada boca abajo  (Fig 2).
     Otra posibilidad de desarrollo interesante se presenta para el ala volante con el piloto en posicion "suspendido", como en los primitivos planeadores, es decir, el piloto se encuentra en posicion horizontal y con sus piernas retraidas dentro del perfil alar.  En esta forma, no solo se reducira el costo de construccion, sino que tambien se simplificara el mantenimiento y las condiciones de vuelo, ya que tanto el transporte del aparato como su lanzamiento puede realizarse con el unico empleo de las piernas del piloto. Fijando como condicion la existencia de una colina desde la cual sea posible el decolaje con poca carrera del piloto, este modelo de ala volante permitira realizar performances de duracion, de altura y de distancia con viento a favor, sin la asistencia de personal alguno (Fig. 3).
     En los antiguos planeadores del tipo "piloto suspendido" era normal maniobrar por el desplazamiento del centro de gravedad del piloto. No recomiendo tal sistema, y propongo construirlos con el sistema de mandos del tipo corriente. La velocidad de descenso minima estara en los 50 a 55 centimetros por segundo y el angulo de planeo optimo en 1:22. La carga alar reducida permitira localizar y centrar las termicas con gran facilidad y se podra aprovecharlas virando con poca inclinacion, a la manera de una hoja seca.
     Todos estos factores permitiran lograr marcas notables en vuelo a vela , por lo que debo suponer que esta "ala volante de piloto acostado", llame la atencion de los interesados, maxime  si se considera que puede ser utilizada a manera de "localizador de termicas" en combinacion con alto-veleros de gran envergadura.

II- La solucion en forma de velero sin cola

     Mi idea al respecto es la de una maquina con alas en flecha de gran alargamiento y con un "rudimento" ovoide de "fuselaje" tomado a media altura entre el ala , en el cual el piloto se alojara en posicion sentada. Este diseño permitira relaciones de planeo de hasta 1:26, dentro de la envergadura de 12 metros, lo que permite compararlo -aun en altas velocidades- con los alto-veleros usuales. Tomando como base una carga alar normal de 18 a 20 kg/m2, la velocidad minima de descenso sera de unos 60 centimetros por segundo (Fig 4).
     Prescindiento de los perfiles laminares y de la posicion acostada del piloto, considero al modelo bosquejado como la solucion ideal del problema constructivo "velerito de performance".
     Se sobreentiende que un ala volante o un velerito sin cola no sera desmontable y, por lo tanto, se transportara siempre como pieza unica. Esta razon abaratara y simplificara notablemente la construccion, ahorrandose por otra parte un peso superfluo. Por la misma razon de simplicidad y de peso, se prescinden del agregado de aletas hipersustentadoras, innecesarias para el aterrizaje por la velocidad de por si reducida, y que en el vuelo a vela termico no reportan ventajas. En otras palabras: el aumento de la velocidad de descenso con aletas, tiene mas influencia que la compensacion producida por un radio de viraje menor a la misma inclinacion, motivado por el aumento del coeficiente de sustentacion, de modo que con aletas no se logra un ascenso mayor en las termicas.
     Como timon de direccion he usado hasta la fecha con excelentes resultados frenos en los extremos del ala. Considero que todo velero moderno requiere aletas de freno contra velocidades exageradas y como control del angulo de planeo en el aterrizaje.  En el avion sin cola, trasplanto estas aletas mas hacia los extremos del ala y las hago asumir a la vez la funcion de timon de direccion.  Para la funcion combinada de alerones y de timon de profundidad, resultan suficientes dos aletas del tamaño y ubicacion de los alerones convencionales, lo que reporta una ventaja apreciable en el peso. Si luego de considerar las posibilides descritas comparo a dos aviones, uno con cola y otro sin cola, con la condicion que ambos tengan la misma envergadura y carga alar, observo que el avion sin cola tendra menos superficie alar y por lo tanto un alargamiento mayor. De ello deduzco que el mismo velero sin cola tendra un costo de materiales y  de mano de obra menor, con un rendimiento de vuelo superior.
     Examinando al detalle los tres factores: costo de materiales, caracteristicas de vuelo y mano de obra en la construccion, noto las siguientes diferencias entre los veleritos con y sin cola:

     Por un lado, todos los veleros sin cola sufren un recargo del 5% en el peso basico alar, producido por la flecha de aproximadamente 20 grados que forma el larguero (llamo peso basico alar al cociente que resulta de dividir el peso de las alas por su superficie).
     Por otro lado se producen reducciones de peso por las siguientes razones:

 a) Supresion de la seccion de fuselaje anterior a las alas y, por lo tanto, reduccion de la longitud de la maquina de 1.2 a 1.50 metro.

 b) Supresion de la parte del fuselaje que sostiene el empenaje.

 c) Supresion del timon de profundidad, pues los alerones asumen su funcion, sin recargo de peso.

 d) Supresion del timon de direccion, pues las aletas de freno asumen su funcion, sin recargo en el peso.

 e) Supresion de un sistema de comandos, pues el comando de alerones funciona en combinacion como comando de profundidad.

 f) Supresion de tomas de montaje, pues resulta posible el transporte del velero por carretera, sin desarmarlo, merced a su longitud reducida.

 g) Menor superficie de las alas a igual carga alar que el velero convencional con cola.

     Con respecto a las caracteristicas de vuelo, quiero reafirmar ante todo el excelente comportamiento observado en mis veleros durante el vuelo en perdida de velocidad. Las alas en flecha dan al avion sin cola una amortiguacion longitudinal superior en mas del doble a la del avion convencional; por lo tanto, y a pesar de su momento de inercia menor, todos los movimientos alrededor del eje transversal se producen con la misma velocidad angular. La sensibilidad contra rachas es igual en todos los veleros sin cola que en los con cola, ya que la misma depende, en primer lugar, de la carga alar, vale decir, del peso.
     Ni por la estabilidad de la maquina ni por la reaccion de los comandos, un piloto puede asegurar que esta volando un avion con o sin cola; por lo tanto, el cansancio mental se produce en ambas alternativas por igual.
     Refiriendose a las diferencias de mano de obra que median entre la construccion de uno u otro avion, considero que la construccion de un velerito sin cola no es mas complicada que la del mismo con cola. El aumento de trabajo que reporta hacer alas en flecha con relacion a las alas rectas, es menor al que ocasionan las alas acodadas con respecto a las mismas rectas. En lo que se refiere a alabeamiento alar, este debe calcularse en exceso, para compensar deficiencias que pueden producirse durante la construccion por un grupo de aficionados. Las perdidas de fineza aerodinamica que se producen en esta forma son las mismas en todo caso, pero no podran evitarse sin la aplicacion de dispositivos especiales de armado y control.
     Resumiendo todo lo antedicho, afirmo que considero promisorio el desarrollo del velerito de performance, ya sea construido como ala volante tipo "piloto acostado" o como "velerito sin cola con piloto sentado".

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