"Flying Wing" Gliders
by Dr. Reimar Horten

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

(The original article was titled  "Planeadores 'Alas Volantes' " by Dr. Reimar Horten, published by Revista Nacional de Aeronautica, October 1953, number 139, pages 46-47; 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.)

Because of the flights of the glider I.Ae. 34 "Clen Antu", it has appeared among the Argentine glider people an interest for the flying wings.  That's why I want to inform you about the advantages and disadvantages of this kind of design, contributing in this way with the discussion of the amateurs in the clubs.
     It is not easy to compare the different ways followed in the development, because there are many factors determining the utility of a glider; some can be determined and are then left under the pilot's sense. That's why, any comparison is subjective, although the numerical data are objective.
     Let's start with the visible: elimination of the fuselage and the tail surfaces.  This is an advantage as far as weight and construction cost is concerned, as well as aerodynamic drag.  But on designing without a tail the wing must be given sweep, resulting in a heavier aircraft than the one with a straight wing, thus disappearing a good part of the advantage. The construction cost as a second item, also is increased in the individual constructions, because it is more difficult to align a swept wing than one with a straight leading edge.  Only in a big series with good assembling tools is the measuring avoided, and then the amount of work with the wings is the same.  As in Argentina, most of the sailplanes are built in the clubs [glider clubs -Trans.] and the effort at working on them is the same, let them be conventional gliders or tail-less types; the simpler fuselage in the tailless glider requires a more complicated wing, with the advantage that the material costs are somewhat smaller in the "flying wing".
     The advantage that comes from the smaller air drag takes us to discuss the performance.  To do this, it must be made a difference between the slow flight, that is, with smaller vertical speed, from the fast flight, with a speed corresponding to the best glide ratio and faster.  At first sight, the minimum vertical speed is the same, if we suppose that they have the same span.  And if we also consider the forces, it results that the lower weight is an advantage for the flying wing, to which opposes the fact that the ailerons, acting as elevators and raised on each side, increase the induced drag; with this, the advantages are leveled, especially during the turns. Then no benefit on the minimal vertical speed should be expected.  Gliders with the same span must have the same minimal vertical speed if their development is the same.  Very different are the conditions of fast flight. At the speed corresponding to the best glide ratio, the "flying wing" must be superior in values ranging 8% to 10%; at 150 Km/h, 21% and for higher speeds, its behavior is superior, supposing an aspect ratio of 20 and, as usual, a wing loading of 20 Kg/m2.  For high performance sailplanes, the construction of the "flying wing" has, surely, a great future.
     After considering the flight performance, we will deal with the behavior during flight.  The conventional glider has very similar inertia moments around its three axes, due to its dimensions.  The tailless glider has, around its longitudinal and vertical axes, relatively large inertia moments, while around its transverse axis it is much smaller.  Also the aerodynamic damping of the rotation movements around its transverse axis is, more or less, half the value shown by conventional gliders.  This is, it's characteristic of "flying wing" gliders their movement around the transverse axis being faster.  If a reduced span construction is made, as for example in aerobatic gliders, or with a large sweep as in the motorized aircraft, such mentioned disadvantage does not exist.  For sailplanes of high performance, the short movements the elevator can be retarded in several ways, but the described characteristic will not be able to be suppressed totally.  Still it cannot be stated if this disadvantage is acceptable for the training sailplane, because pilots cannot take attention to the flight behavior of a glider during training period, because they have to concentrate all the attention in themselves.  For the performance pilot the particular properties of an aircraft are not taken into consideration, as far as they are not dangerous, because they satisfy what interests: performance.
     The flight quality that interests from the point of view of safety is the wing fall in slow flight (stall).  This quality only can be obtained by sacrificing performance.  Anyway, in tailless gliders, when both ailerons are raised during a slow flight, the stall is not so large, considering that in fast flight the wing twist is reduced due to the position of the controls, that receive 0 degree angles, or, negative ones.  Also, this effect of wing twist, that varies with the movement of the elevators, is favorable to the "flying wing" in its usage as performance sailplane.  I would like to add that it is valuable for the instrument flight among clouds the fact that turn qualities, stability during it and behavior of wing fall have no defects; to this corresponds that the moments on the vertical axis originated by the aileron angles - that depend on the lift coefficient in gliders with tail- can be made almost independently from the lift coefficient in the "flying wings" due to the movement of ailerons on both sides, acting also as elevators.  Another comparison point between both kinds of gliders is pilot's visibility.  This must be appreciated simultaneously with the protection against accidents, because a better visibility always represents a bigger risk.  We have the following circumstances: the conventional glider gives the pilot very good visibility, but offers little protection.  The "flying wing", in the case of I.Ae. 34, offers the pilot, due to the large wing root, a smaller visibility downwards and sideward; but, on the contrary, protects him at a maximum in case of an accident, due to the seat location, behind the main spar.  If pilot is located in a laying position with the head forward as it is usual in "flying wing" performance gliders, a maximum pilot visibility is obtained, also during automobile or windlass tow, but his head is more exposed - as much as if he was seated, - due to its proximity to the fore part of the glider.  It can be, and must be, reduced such danger with the metallic construction of the fuselage or something similar, as the case indicates.
     Continuing with the comparison between conventional gliders and "flying wings", I have to talk about the landing gear arrangement.  It is not a wheels or skid question here, considering that both can be used in the two aircraft types, but the gear arrangement in itself.  The tailed glider has enough wing height above ground, and the fuselage can be given a fixed skid, obtaining in this way a simple in-expensive solution.  The tailless glider cannot be given a standard skid because it would result in a very small separation between ground and wing, having to use a landing gear that, logically, will have to be retractable.  This solution is complicated and expensive, resulting the "flying wing" affected in this sense.  With a pilot in a "prone" position (laying) the back skid part can be put in a body housing the pilot's legs, limiting the retractable part only to the fore skid.  With this arrangement the landing gear question can also be solved for the "flying wings" in a relatively economic way. 
     It is possible to go on with comparisons and always new arguments could be found both for and against any construction type.  With exception to special uses, I estimate as a result of these comparisons that the "flying wing" with the pilot in "prone" position has advantages as a performance sailplane, but as training glider it cannot still be appreciated, at the actual development status. If the "flying wing" can have success as instruction craft, due to its low wing loading, this will only be determined when enough information on this field is gathered.
    That performance sailplane flight has a future, it depends greatly on the financial situation of the clubs.  If we allow the president of a Club to choose between three "babies" or a performance sailplane, of about the same cost, he will decide for the three training gliders and will offer his members greater possibilities of flight than with a high performance sailplane.  A performance pilot, will choose the contrary, because for his experience he knows that in a descending currents zone or during a temporary instability, low performance gliders will have to land, while on many cases a high performance sailplane gets through that zones and can fly longer distances.  Higher performances cannot be obtained only on the pilot will, because motorless flight is so technical that more perfect craft are also needed, that bring higher costs.  If we desire performance sailplane flight, we have to develop the fast flight qualities of the gliders.  In all of today's contests triangle flights are required, speed flights, etc, that, apart from the wave flights, require perfection.
     For that uses it is worth developing "flying wing" high sailplanes.

Illustrations included (in order):

     -Horten IV sailplane, with "prone" (laying) position pilot.

     -Horten III glider, for pilot training, also with "prone" position.

      -Horten IV sailplane; steel tube center section. It can be seen the 
      control steering wheel and oxygen equipment.

      -Structure and pilot cockpit arrangement in Horten IV sailplane.

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Con los vuelos de los planeadores I.Ae 34 "Clen Antu" ha surgido en el ambiente volovelístico argentino el interes por las alas volantes. Por ello, es mi deseo informar sobre las ventajas y las desventajas de esta forma de diseño, contribuyendo asi a la discusion de los aficionados en los clubes.
     No es fácil comparar las distintas orientaciones seguidas en el desarrollo, ya que son muchos los factores que determinan la utilidad de un planeador; algunos pueden ser determinados y quedanentonces supeditados al sentido del piloto. Por esto, cada comparación es más bien subjetiva, aunque los datos numéricos sonobjetivos.
     Empecemos con lo visible: la eliminacion del fuselaje y los empenajes. Esto es una ventaja en lo que se refiere al peso y costo de la construccion, como asimismo a la resistencia del aire.  Pero al diseñar sin cola hay que darle flecha al ala, con lo cual resulta el aparato más pesado que uno de ala recta, desapareciendo asi buena parte de la ventaja. El costo de la construccion como 
segundo punto, tambien aumenta en las realizaciones individuales, porque es mas dificil alinear un ala en flecha que una de frente recto. Solamente en series grandes y con buenos elementos de montaje se evitan las mediciones, y entonces el trabajo de las alas es el mismo. Como en la Argentina la mayoria de los veleros son construidos por los clubes, el esfuerzo de trabajo es identico, ya se trate de planeadores convencionales o sin cola; el fuselaje mas sencillo del 
planeador sin cola requiere un ala mas complicada, con la ventaja de que los gastos de material resultan algo menores para el "ala volante".
     La ventaja derivada de la menor resistencia de aire nos lleva a la discusion del rendimiento. Para esto se debe diferenciar el vuelo lento, vale decir, de menor velocidad de caída, del vuelo rápido, con velocidad correspondiente a la mejor relacion de de planeo y más rápido. A primera vista, la velocidad minima de caida es igual, si suponemos que tienen la misma envergadura. Y si tambien consideramos las fuerzas, resulta que el menor peso es una ventaja para el ala volante, a la que se opone el hecho de que los alerones,
actuando como timon de profundidad y levantados a ambos lados , aumentan la resistencia inducida; con esto se concilian, sobre todo en los virajes, las ventajas. Entonces no cabe esperar ningun beneficio en la velocidad minima de descenso. Planeadores de igual envergadura deben tener la misma velocidad mínima de caída si su desarrollo es idéntico. Muy distintas son, en cambio, las condi-
ciones de vuelo rapido. A la velocidad correspoindiente a la mejorrelacion de planeo, el "ala volante" debe ser superior entre el 8 % y 10 %; a 150 Km/h, el 21%, y para velocidades mayores, su comportamiento es superior, suponiendo un alargamiento de 20 y, como es usual, una carga alar de 20 Kg/m2. Para altos veleros de rendimiento la construccion del "ala volante" tiene, con toda seguridad, un gran porvenir.
     Despues del rendimiento en vuelo, trataremos las cualidades durante el mismo. El planeador convencional tiene momentos de inercia parecidos alrededor de sus tres ejes, debido a sus dimensiones. El planeador sin cola tiene, alrededor de sus ejes longitudinal y vertical, momentos de inercia relativamente grandes, mientras en torno a su eje transversal es mucho menor. Tambien la amortiguación aerodinamica de los movimientos de giro alrededor de su eje transversal es, mas o menos, la mitad de lo que presentan los planeadores convencionales.  Vale decir, que es caracteristico de los planeadores "ala volante" que su movimiento alrededor de su eje transversal sea mas rapido.  Si se construye con poca envergadura, como por ejemplo en lo planeadores de acrobacia, o con flecha muy pronunciada como en los aviones con motor, no existe tal desventaja. Para veleros de rendimiento se pueden re tardar los cortos movimientos del timon de profundidad con varios recursos, pero la caracteristica descripta no podra suprimirse totalmente. No se puede afirmar todavia si esta desventaja es aceptable para el velero de entrenamiento, ya que los pilotos no pueden atender las cualidades de vuelo de un planeador durante el periodo de instruccion, dado que han de concentrar toda su atencion en si mismos. Para el piloto de rendimiento no entran en consideracion las propiedades particualres de la maquina, mientras ellas no son peligro sas , porque satifacen lo que le interesa: el rendimiento.
     La cualidad de vuelo que interesa desde el punto de vista de la seguridad es el movimiento de caída sobre el ala en vuelo lento (pérdida) Esta cualidad solo se puede obtener a costa del rendimiento. Sin embargo, en los planeadores sin cola, cuando se levantan ambos alerones en vuelo lento, la pérdida no es tan grande, ya que en vuelo rapido se reduce el alabeamiento por la posicion de los comandos, que reciben angulos de 0 grado, o bien, negativos. Tambien este efecto de alabeamiento, variable con el movimiento del timon de profundidad, favorece
al "ala volante" en su empleo como velero de rendimiento. Quisiera agregar que es valioso para el vuelo instrumental entre nubes que las cualidades de viraje, estabilidad durante el mismo y el comportamiento de caída sobre el ala no tienen defectos; a esto corresponde que los momentos sobre el eje vertical originados por los angulos de los a alerones -que dependen del coeficiente de sustentacion en los planeadores con colapueden ser hechos casi independientemente del coeficiente de sustentacion en las "alas volantes" por el movimiento de los alerones hacia ambos lados, accionados tambien como timon de profundidad.  Otro punto de comparacion entre los dos tipos de planeadores es la visibilidad del piloto. Esta debe ser apreciada simultaneamente con la protección para el caso de accidentes, porque una mejor visibilidad representa siempre un riesgo mayor.
     Tenemos las siguientes cirunstancias: El planeador convencional da al piloto muy buena visibildad,pero ofrece en cambio poca proteccion.  El "ala volante", en el caso del I.Ae. 34, ofrece al piloto, debido a la gran raiz del ala, una visibilidad menor hacia abajo y de costado; pero, por el contrario, lo protege al maximo en caso de accidente, debido a al ubicacion del asiento, detras del larguero principal. Si se ubica al piloto acostado,con la cabeza hacia adelante, como es corriente en los veleros de rendimiento del tipo "ala volante", se obtiene el maximo de visibilidad para el piloto, incluso tambien en el remolque por automovil o torno, pero su cabeza esta mas expuesta - tanto como
si estuviera sentado -, por su proximidad a al parte delantera del planeador. Se puede, y es preciso, reducir tal peligro con la construccion metalica del fuselaje o algo similar, segun el caso.
     Prosiguiendo con la comparacion entre los planeadores convencionales y las "alas volantes" he de referirme a la disposición de los trenes de aterrizaje. No se trata aqui de la cuestion rueda o patín, ya que ambos pueden utilizarse en los dos tipos, sino de la disposición del tren en si. El planeador con cola tiene suficiente altura de ala sobre el suelo y se puede colocar al fuselaje un patín fijo, obteniendo así una solución sencilla y barata. Al planeador sin cola no se le puede proveer con un patín comun porque resultaría una separacion demasiado pequeña entre el ala y el suelo, debiendo recurrir a un tren de aterrizaje que, lógicamente, deberá ser retráctil. Esta solucion es complicada
y cara, resultando afectada el "ala volante" en este sentido. Con el piloto en la posicion "prone" (acostado) se puede lograr que la parte trasera del patín este ubicada en un cuerpo que dé cabida a las piernas del piloto, limitando la parte retractil sólo a la sección delantera del patín. Con esta disposicion tambien se puede solucionar para las "alas volantes" la cuestión del tren de aterrizaje en una forma relativamente economica.
     Es posible continuar con las comparaciones y siempre se encontrarían nuevos argumentos en pro o en contra de una u otra forma de construccion. Con excepcion de los usos especiales, estimo como resultado de estas comparaciones que el "ala volante" con el piloto en posicion "prone" tiene ventajas como velero de rendimiento, pero como planeador de entrenamiento todavia no se las puede apreciar en el estado actual de desarrollo. Si el "ala volante" puede tener exito como maquina de instruccion, debido a su pequeña carga alar, ello recien se podra determinar cuando se reuna experiencia suficiente en este terreno.
     Que el vuelo a vela de rendimiento llegue a tener un futuro, depende mayormente de la situacion financiera de los clubes. Si dejamos elegir al presidente de un Club entre tres babies o un velero de rendimiento, aproximadamente del mismo costo, se decidirá por los tres veleros de entrenamiento y ofrecerá a sus asociados mayores posibilidades de vuelo que con un alto velero. Un piloto de rendimiento, en cambio, optará por lo contrario, porque por su experiencia sabe que en una zona de descendentes o durante una inestabilidad temporaria, los planeadores de menor rendimiento deberan aterrizar, mientras que muchas veces el alto velero pasa esas zonas y puede volar distancias mayores. No se pueden obtener altos rendimientos unicamente con la voluntad del piloto, porque el vuelo sin motor es tan tecnico que hacen falta 
tambien maquinas más perfectas, lo que trae consigo aparejado costos mayores. Si deseamos el vuelo a vela de rendimiento, debemos desarrollar las cualidades de vuelo rapido de los planeadores. En todos los concursos se exigen hoy vuelos en triangulo, vuelos de velocidad, etcetera, que, aparte del vuelo en ondas, exigen el perfeccionamiento.
    Para esos fines vale la pena entonces desarrollar los altos veleros 
del tipo "ala volante".


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