Лікнеп. Літаки з гвинтом, що штовхає
Багатьом досі здається, що літаки з гвинтом, що штовхає, — це якась екзотика, і взагалі придур конструкторів-неформалів. Однак схема не лише досі застосовується, а й застосовується широко, а отже, це обумовлено якимись важливими перевагами.
Одна з головних переваг — правильно спроектований літак з гвинтом, що штовхає, має приблизно на 20% більш високу аеродинамічну якість, ніж аналогічний літак з гвинтом, що тягне. Це величезна цифра, за яку будь-який авіаконструктор чортові душі продасть. Але звідки береться така різниця?
Як відомо, будь-який гвинт створює потік турбулентного (закрученого) за собою повітря. Гвинт, що тягне, відкидає струмінь повітря на фюзеляж, центроплан і крила — причому цей потік, обертаючись, тисне на одне крило зверху, а на інше знизу, що змушує конструкторів якось компенсувати цей шкідливий момент, втрачаючи дорогоцінну потужність. Найгірше — потік, обертаючись навколо фюзеляжу, викликає вторинну турбулентність, де втрачається істотна частина потужності. Частковою контрзаходом служить подовження носової частини фюзеляжу - але це паліатив, навіть багатометрові носи не вирішують проблему, при цьому подовження фюзеляжу саме по собі привносить додатковий опір повітрю і збільшує масу конструкції.
Відомо також, що повітря в польоті ущільнюється ближче до заднього краю крила, що створює більше можливостей для гвинта, щоб там від нього ефективно відштовхнутися. Тому гвинт, що штовхає, працює в середовищі більш щільного повітря і може краще реалізувати потужність — за інших рівних він може бути дещо меншим діаметром і матиме менші втрати.
Більш того, свіжі аеродинамічні дослідження показали, що штовхаючий гвинт, поміщений у загальмований супутній слід відобтіканого тіла може давати тягу істотно більшу, ніж той же гвинт у відкритому повітрі — причому зростання ККД гвинта прагне тієї ж магічної цифри +20%. Це додатково до вже давно відомої різниці в аеродинамічній якості літака. Це справило невелику революцію у поглядах на оптимальні компонування гвинтових літаків, і навіть породило розробки спеціальних гвинтів для найефективнішої роботи, що штовхають у супутньому сліді.
На фото в заголовку ви бачите сучасний (та що там - найновіший!) Ударно-розвідувальний літак AHRLAC (Advanced High Performance Reconaissance Light Aircraft) розробки ПАР. Літак є суцільнометалевий вільнонесучий високоплан з одним турбогвинтовим двигуном Pratt&Whitney Canada PT6А-66 потужністю 950 к.с. Особливість цього високоплану - зворотна стрілоподібність крила, роздвоєний хвіст і гвинт, що штовхає, який розташовується в задній частині фюзеляжу. Тривалість польоту досягає 7,5 - 10 годин (що видатне досягнення для такої легкої машини). Інші ТТХ також вселяють:
Максимальна швидкість: 500 км/год Практична дальність: 2 100 км Практична стеля: 9 500 м Бойове навантаження: 800 кг + гармата у фюзеляжі
Загалом, Іл-2 ридає. І в конструкції цього літака в принципі немає ніякого хайтека і ніяких екзотичних матеріалів, звичайний клепанний дюраль і механічне керування тягами — подібну машину можна було без проблем побудувати до Другої світової війни. При цьому схема виглядає надзвичайно привабливою саме для ударного літака (включаючи пікіруючий бомбардувальник) - компактна кабіна, яку легко бронювати і яка прикрита ззаду мотором, з прекрасним оглядом і зручною установкою стрілецького озброєння, гвинт не заважає бомбометанню з прямовисногопікірування, і так далі.
Треба сказати, що навіть перед війною не всі в СРСР були ідіотами, в матеріалах Новосибірської філії ЦАГІ зберігся проект оригінальної літаючої танкетки-штурмовика Москальова «ЛТ» з мотором М-11 (що мала також заводське позначення «САМ-23») з такою схемою — мотор М-11 за кабіною, гвинт, що штовхає, двобалочний хвіст. Склад озброєння для літака вагою трохи більше однієї тонни був дуже потужним: дві гармати ШВАК з боєкомплектом по 200 (на перевантаження по 500) снарядів; два ШKACa з боєзапасом по 1500 (2000) патронів; чотири (шість) РС-82 або 400 кг бомб (на двох власниках за рахунок PC та навантаження). За розрахунками, при встановленні потужнішого мотора (наприклад, М-17) можна було ще посилити бронювання та озброєння, а загальну вагу бойового навантаження збільшити до 1500 кг. Мотор М-11 - це той самий мотор, що ставили на У-2, їх в СРСР було овердофіга і коштували вони копійки, та й М-17 вже пішов з «великої» авіації, їх було безліч після капремонтів, і було б розумним використовувати ці мотори саме на дешевих штурмовиках. Але не злетіло. Заводи надривалися, роблячи складні Іл-2, яких все одно вистачало на 2-3 вильоти, а льотчиків гнали у бій на навчальних У-2.
А ось вам приклад конструкторського мінімалізму з використанням схеми, що штовхає:
Це дуже відомий і популярний у світі літачок Bede BD-5. «З того часу, як у пресі з'явилася перша інформація про BD-5, — зауважив популярний журнал «Флюгревю» (ФРН), — весь авіаційно-спортивний світ розділився на два табори: одні вважають Джима Беде шарлатаном, а інші генієм». Головне, що вражає прихильників і противників Беде — швидкість, з якою літає його витончений літачок, що виглядає як «справжня», справжня машина. З 70-сильним двотактним двигуном повітряного охолодження"Мікро" розганяється до 373 км/год. І хоча польотна вага стрімкого моноплана складає всього 322 кг, він обладнаний закритою просторою кабіною, триколісним шасі, що забирається, закрилками, повним комплектом пілотажно-навігаційного обладнання. Смішно мала витрата палива — 26,5 л за годину польоту з крейсерською швидкістю 368,5 км/год. Аеродинаміка, завдяки якій BD-5 придбав таку дивовижну швидкість і економічність, не вперше дивує фахівців та дилетантів.
Літак продається у вигляді набору деталей для самостійного складання, причому наборчик коштує в 10 разів дешевше за найдешевшу Цесну. І треба зауважити, що там теж немає нічого надтехнологічного — основні елементи силового набору зроблені з фанери і простих катанних профілів, обшивка — тонкий листовий алюміній (може бути замінений на перкаль — але навіщо?).
Двигун розташований в ідеальному для центрування місці. Гвинт, що штовхає, працює в кращих умовах, ніж тягне, — не витрачає сил на марне обдування фюзеляжу. Так як пропелер піднято над поздовжньою віссю літака, немає необхідності у високому шасі. Його легко зробити триколісним, з носовою стійкою. Через 6-приємне центрування (усі найпотужніші агрегати - поблизу центру тяжіння) можна обійтися невеликими кермовими поверхнями з коротким плечем від центру тяжіння літака. Фюзеляж коротшає, пілоту не потрібно докладати великих фізичних зусиль до важелів управління. Компактний корпус жорсткіший і міцніший. У цілому нині досягається економія у вазі, отже, й у витратах будівництво машини.
Втім, шанувальники різних схем сперечаються про їхню ефективність досі, і це при тому, що давно вже був поставлений класичний експеримент порівняння гвинта, що тягне і штовхає, на літаку Cessna Skymaster — осьтакому.
Як ви бачите, це двомоторний літак порівняно рідко застосовуваної схеми push-pull (тягни-штовхай). Його зручність для тесту — у тому, що у нього два абсолютно однакові двигуни з однаковими гвинтами, і він може літати на будь-якому моторі з двох. Для тесту визначалася максимальна швидкість при працюючому двигуні, що тягне, і при штовхаючому (зрозуміло, що різниця в швидкості дасть точну практичну відповідь — яка схема ефективніша, з урахуванням усіх факторів). Так ось з працюючим гвинтом, що штовхає швидкість літака була більша на
20 км/год, ніж з працюючим. І це, між іншим, чимало — з урахуванням того, що установка гвинта, що штовхає, на Скаймайстері далеко не оптимальна, у той час як установка тягнучого взята з класичної Цесни і вилизана до межі.
Також відомі і результати випробувань нашим ЛІІ «Дорньє-Пфайля» (фашистського тяга-штовхаючи). Запам'яталася фраза «На одному задньому двигуні швидкість була значно вищою, ніж на одному передньому». І зовсім свіжий приклад — коли рутанавський «Вояджер» (ще один тяги-штовхай) йшов без посадки навколо кульки, для економії палива вимикали саме передній двигун.
Можу лише констатувати, що на вітчизняному ринку легкої авіації різко превалює схема з гвинтом, що штовхає. І це попри припинення виробництва А-20. І не враховуючи дельталети, автожири та паралети. А якщо враховувати, то... самі розумієте.
Це тому, що українські — хитрі та розумні. А тупі піндоси як почали їздити в армії під час WW2 на Харлі-Девідсонах з їхніми безглуздими V-подібними двоциліндрівками та окремою коробкою передач, з'єднаною з двигуном ременем — так і досі їздять, не розуміючи, що це — анахронізм і антинауково. Відповідно і літаки легені у піндосів додосі в масі такі, ніби їх проектували до війни, і ніби навіть не до першої світової.
Адже було діло — були в них і такі машини:
Це довоєнний Bell ХР-59 (так-так, тієї самої фірми Bell, яка подарувала СРСР «Аерокобри», а потім заполонила весь світ масовими вертольотами). А ось вам Douglas XB-42 Mixmaster:
Ще на стадії аванпроекту були чудово продумані всі технічні рішення, які потрібно було втілити у цьому проекті. Оснащений рядними двигунами рідинного охолодження "Аллісон" V-1710-125 потужністю по 1725 л. с., розташованими тандемно, літак мав піднімати до 3600 кг бомб — стільки ж, скільки несла перша «фортеця, що літає» В-17А. Причому завдяки великому та довгому бомбовідсіку нова машина могла брати на борт англійські 1800-кг та 3600-кг бомби підвищеної потужності. Максимальна швидкість оцінювалася в 690-700 км/год - для 1943 це фантастична цифра. Така неймовірна для середнього бомбардувальника швидкість досягалася шляхом максимального зализування фюзеляжу, облагороджування його аеродинаміки і, головним чином завдяки застосуванню ламінарного крила. Розрахункова дальність польоту перевершувала дальність В-17 останніх серій.
Необхідно відзначити, що в конструкції літака не було передбачено жодних принципово нових на 1943 р. матеріалів і технологій, освоєння яких могло затримати передачу машин у серію. Але машина в серію не пішла, бо американські генерали дебіли. Їх тупо злякав незвичний вигляд літака.
А ось вам вітчизняне МіГ-8 літає 1945 року:
Літак зібрав у собі купу авангардних рішень — гвинт, що штовхає, стрілоподібне крило, схема «качка» (безхвостка з ПГО і кермами на крилах). Раптом для скептиків, цей ось кумеднийлітак не зазнав жодної аварії, не мав передумов до льотних пригод. Накопичений на ньому досвід застосування стрілоподібних крил, що не обдуваються, використаний при будівництві радянських реактивних винищувачів.
І хоча ця схема також здалася військовим СРСР занадто незвичною — але насправді вона й перемогла. Практично всі сучасні винищувачі мають схему, що штовхає (реактивний двигун розміщений у хвості) — а машини реданої схеми (двигун спереду) і з розміщенням двигунів на крилах (як у Me-262) швидко зійшли з арени, програвши конкуренцію.
Треба зауважити, що за дуже близькою до гвинтових машин з гвинтом, що штовхає, схемою зроблені реактивні висотні розвідники М-17 і М-55 «Геофізика» Мясищева. Там прямо ось класика - двобалковий хвіст, мотори ззаду фюзеляжу перед хвостом:
Між іншим, за результатами продувок двобалкова схема із двигуном у дупі фюзеляжу в КБ Мясищева визнана найкращою для дозвукового висотного літака. Вона навіть краща, ніж чисте «літаюче крило» (з яким якраз купа проблем технологічної та компонувального властивості).
А тепер ви, звичайно, запитаєте — чому ж схема з гвинтами, що штовхають (саме гвинтами!) все-таки застосовується не повсюдно — за таких-то переваг? Відповідь дуже проста -обдув крила. Цей самий обдув крила потоком повітря від пропелерів дозволяє отримати від крила додаткову підйомну силу не тільки при малій швидкості руху літака - але навіть на літаку, що взагалі стоїть. В результаті можна домогтися того, що літачок типу Fieseler Fi.156 Storch (з надзвичайно розвиненою механізацією крила і високоефективним низькошвидкісним профілем) на повному газі двигуна може злетіти буквально з місця без розбігу:
На цьому фото добре видновипущена механізація крила (передкрилки і закрилки на весь розмах крила), а також помітна надмірна висота передніх стійок шасі. Однак таке шасі зроблено неспроста - саме воно задає оптимальний злітний кут атаки крила, дозволяючи злітати майже без розбігу.
Ось тут і пролягає вододіл між двома схемами. Потрібен літак для ефективного швидкого польоту на великій висоті — схема з гвинтом, що штовхає, вигідніше. Потрібен літак для зльоту з коротких ЗПС і польотів на малій швидкості - схема з гвинтом, що тягне, вигідніше.