No Image

Тянущий или толкающий винт

СОДЕРЖАНИЕ
3 просмотров
10 марта 2020

Возду́шный винт (пропе́ллер) — лопастной агрегат работающий в воздушной среде, приводимый во вращение двигателем и являющийся движителем, преобразующим мощность (крутящий момент) двигателя в действующую движущую силу тяги.
Воздушные винты, выполняющие (помимо функций движителя), дополнительные, либо иные функции, имеют специальные названия: ротор, маршевый винт, несущий винт (винтокрылых летательных аппаратов), рулевой винт, фенестрон, импеллер, вентилятор, ветряк, винтовентилятор.

Воздушный винт применяется в качестве движителя для летательных аппаратов (самолётов, автожиров, цикложиров (циклокоптеров) и вертолётов с поршневыми и турбовинтовыми двигателями), а также в том же качестве — для экранопланов, аэросаней, аэроглиссеров и судов на воздушной подушке.
У автожиров и вертолётов воздушный винт применяется также в качестве несущего винта, а у вертолётов ещё и в качестве рулевого винта.

Воздушный винт, работающий в качестве движителя, в сочетании с двигателем образуют винтомоторную установку (ВМУ) — входящую в состав силовой установки.

Содержание

Технические параметры [ править | править код ]

Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного.

  • В зависимости от способа использования воздушные винты делятся на тянущие и толкающие.
  • В зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей воздушный винт подразделяются на винты фиксированного и изменяемого шага.

Определяющими являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. Существуют винты с возможностью изменения шага как на земле, так и в полёте. Последние получили распространение в конце 1930-х годов и применяются практически на всех самолётах (кроме некоторых сверхлёгких) и вертолётах. В первом случае изменение шага используют, чтобы создать большую тягу в широком диапазоне скоростей при мало изменяющихся (или неизменных) оборотах двигателя, соответствующих его максимальной мощности, во втором — из-за невозможности быстрого изменения оборотов несущего винта.

Вращение лопастей воздушного винта приводит к разворачивающему эффекту, воздействующему на летательный аппарат, причины которого в следующем:

  • Реактивный момент винта. Любой воздушный винт, вращаясь в одну сторону, стремится накренить самолет или развернуть вертолёт в противоположную сторону. Именно из-за этого возникает асимметрия при поперечном управлении самолётом. Например, самолет с винтом левого вращения совершает развороты, перевороты и бочки вправо гораздо легче и быстрее, чем влево. Этот же реактивныймомент является одной из причин неуправляемого разворота самолета вбок в начале разбега.
  • Закручивание струи винта. Воздушный винт закручивает воздушный поток, что также вызывает несимметричную обдувку плоскостей и хвостового оперения справа и слева, различную подъёмную силу крыла справа и слева и разницу в обдуве управляющих поверхностей. Несимметричность потока хорошо видна на авиационных хим.работах при наблюдении за движением распыляемого вещества.
  • Гироскопический момент винта. Любое быстро вращающееся тело имеет гироскопическиймомент (эффект волчка), заключающийся в стремлении к сохранению своего положения в пространстве. Если принудительно наклонить ось вращения гироскопа в какую-либо сторону, например, вверх или вниз, то она не просто будет противодействовать этому отклонению, а будет уходить в направлении, перпендикулярном произведённому воздействию, то есть в данном случае вправо или влево. Так, при изменении в установившемся полёте угла тангажа самолёт будет стремиться самостоятельно поменять курс, а при начале разворота возникает стремление самолёта к самостоятельному изменению угла тангажа.
  • Момент, вызванный несимметричным обтеканием винта. В полёте ось винта отклонена от направления набегающего потока на угол атаки. Это приводит к тому, что опускающаяся лопасть обтекается под большим углом атаки, чем поднимающаяся. Правая часть воздушного винта будет создавать большую тягу, чем левая. Таким образом, будет создаваться момент рыскания влево. Наибольшую величину этот момент будет иметь на максимальном режиме работы двигателя и максимальном угле атаки.

Все четыре причины разворота — реактивный момент, действие струи, гироскопический момент и несимметричное обтекание винта, всегда действуют в одну сторону: при винте левого вращения разворачивают самолет вправо, а при винте правого вращения — влево. Этот эффект проявляется особенно сильно на мощных одномоторных самолётах при взлёте, когда самолёт движется с небольшой поступательной скоростью и эффективность работы воздушных рулей низкая. С ростом скорости разворачивающий момент ослабевает ввиду резкого увеличения эффективности действия рулей.

Для компенсации разворачивающего момента все самолёты делают несимметричными – как минимум, отклоняют руль направления от центральной строительной оси самолёта.

Кроме гироскопического эффекта двух из этих трёх недостатков лишены соосные воздушные винты.

Реактивный и гироскопический момент также присущ всем турбореактивным двигателям и учитывается в конструкции самолёта. Для компенсации реактивного момента винта вертолёта приходится применять рулевой винт, предотвращающий вращение фюзеляжа, либо использовать несколько несущих винтов (обычно два).

КПД [ править | править код ]

Коэффициентом полезного действия (КПД) воздушного винта называют отношение полезной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению летательного аппарата, к мощности двигателя. Чем ближе КПД к 1, тем эффективнее расходуется мощность двигателя, и тем большую скорость или грузоподъёмность может развить ЛА при той же энерговооружённости.

Положительные и отрицательные стороны [ править | править код ]

КПД современных воздушных винтов достигает 82—86%, что делает их очень привлекательными для авиаконструкторов. Самолёты с турбовинтовыми силовыми установками значительно экономичнее, чем самолёты с реактивными двигателями. Однако воздушный винт имеет и некоторые ограничения, как конструктивного, так и эксплуатационного характера. Часть этих ограничений описана ниже.

  • «Эффект запирания». Этот эффект возникает либо при увеличении диаметра воздушного винта, либо при увеличении скорости вращения, и выражается в отсутствии роста тяги с увеличением мощности, передаваемой на винт. Эффект связан с появлением на лопастях винта участков с околозвуковым и сверхзвуковым течением воздуха (т. н. волновой кризис).
    Это явление накладывает существенные ограничения на технические характеристики самолётов с винтомоторной силовой установкой. В частности, современные самолёты с воздушными винтами, как правило, не могут развить скорость более 650—700 км/ч. Самый быстрый винтовой самолёт — бомбардировщик Ту-95 — имеет максимальную скорость 920 км/ч, где проблема эффекта запирания была решена применением двух соосных винтов с допустимыми размерами лопастей, вращающихся в противоположных направлениях.
  • Повышенная шумность. Шумность современных самолётов в настоящее время регламентируется нормами ICAO. Воздушный винт классической конструкции в эти нормы не вписывается. Новые типы воздушных винтов с саблевидными лопастями создают меньший шум, но такие лопасти очень сложны и дороги в производстве.

История [ править | править код ]

Идея воздушного винта происходит от архимедова винта.

Известен чертёж Леонардо Да Винчи с изображением прообраза вертолёта с несущим винтом. Винт всё ещё выглядит как архимедов.

Здравствуйте!

Летающая лодка Dornier Seastar.

Сегодня у нас общая обзорная статья о толкающих воздушных винтах и летательных аппаратах, на которых они используются, либо использовались в недалеком прошлом. Всего понемногу . Подбор фотографий как всегда… не очень маленький :-)…

Воздушный винт, как лопаточная машина, преобразующая вращательное движение в поступательное известен человечеству уже достаточно давно.

Однако практические применение его в качестве движителя в воздушной среде фактически началось только с появлением первых настоящих аэропланов.

Конечно, своего рода интуитивные пробы были и раньше, начиная с примитивных детских игрушек в виде маленьких двухлопастных « вертолетиков », насаженных на стержень и раскручиваемых между ладонями ( известно об их существовании в Китае еще до нашей эры), и, кончая, например, демонстрационной моделью М. В. Ломоносова (1754 год), в который воздушные винты с пружинным приводом предполагалось использовать для подъема метеорологических приборов на определенную высоту.

" Летающий винт" Леонардо да Винчи.

Не стоит забывать и о « летающем винте » Леонардо да Винчи, своеобразном прототипе вертолета. Этот винт правда не имеет раздельных лопастей, как таковых, но тем не менее создает тягу или, иначе говоря, силу, заставляющую аппарат подниматься вверх. Винт попросту «тянет» всю остальную конструкцию за собой, заставляя ее двигаться в нужном направлении. То же самое происходит и в остальных приведенных здесь примерах.

На самом деле винт может не только тянуть, но и толкать . Все зависит от его расположения, как движителя, относительно остальной конструкции летательного аппарата.

Приспособление М.В. Ломоносова с тянущими воздушными винтами.

Однако, речь здесь не просто о смене точки приложения силы. Важно, что вместе с этой сменой происходит изменение условий работы всего летательного аппарата.

Изменения эти затрагивают аэродинамику, конструктивное исполнение, вес и центровку, безопасность и удобство летной и наземной эксплуатации и другие подобные вещи. После сопоставления всех имеющихся практических данных и теоретических расчетов и принятия зачастую компромиссных решений (что часто бывает в авиации) делается выбор в пользу той или иной конструктивной схемы, тянущего или толкающего воздушного винта в нашем случае.

Читайте также:  Фильм с крутыми спецэффектами

Не берусь делать выводы типа «что лучше, а что хуже». Не считаю для себя возможным сделать это однозначно. Пусть здесь будет что-то типа небольшого обзора на тему «что у нас есть». А выводы читатели, если захотят, сделают сами :-).

Скажу еще, что летательные аппараты с толкающими винтами в просторечии иногда называют пушерами . Это от английского push – толкать (pusher – толкатель).

Об особенностях. Хороших и не очень…

Первое, о чем нужно вспомнить – это эффективность воздушного винта , то есть его КПД. И здесь, как, впрочем, во многих областях авиационной науки, наблюдаются определенные противоречия, связанные с аэродинамикой.

С одной стороны…

Конструктивные условия установки толкающего винта на летательном аппарате могут способствовать увеличению его эффективности по сравнению с эффективностью тянущего винта, работающего в тех же условиях.

Ведь как известно, КПД воздушного винта равен отношению его полезной тяговой мощности к мощности им потребляемой (или иначе говоря эффективной мощности двигателя). Полезная тяговая мощность всегда меньше потребляемой, потому что часть ее тратится на другие цели, с тягой несвязанные, либо ее уменьшающие.

Например, это закрутка отбрасываемой струи воздуха или преодоление аэродинамического сопротивления при взаимодействии ее с элементами конструкции, которое может быть немалым, потому что скорость этой струи значительно больше скорости полета, а «взаимодействовать» приходится с различными элементами конструкции, в частности с крылом, хвостовым оперением и с фюзеляжем (в первую очередь).

В итоге чем меньше и меньших по площади элементов конструкции летательного аппарата обдувается струей от воздушного винта, тем ниже прирост сопротивления и, соответственно, выше эффективная (или полезная) тяга двигательной установки.

Для тянущего воздушного винта избежать обдува струей от него элементов конструкции невозможно. А значит полезная тяга и КПД соответственно, будут снижены. Для толкающего же винта есть, как говорится, варианты.

Для летающих этажерок начала века толкающий винт определенно означал немалое дополнительное сопротивление при обдуве ферменного фюзеляжа и целой системы тяг и расчалок.

Для современных же самолетов, особенно выполненных по схеме «утка» или с двигателем, смонтированным за хвостовым оперением, толкающий винт может оказаться в этом смысле выгодным. Самолет Rutan Long-EZ — в качестве примера. Здесь препятствий для струи за винтом практически нет.

Современный частный самолет с толкающим винтом Rutan Long-EZ.

Такое ощутимое уменьшение аэродинамического сопротивления может положительно повлиять на аэродинамическое качество самолета и его крейсерские характеристики (дальность). Но при этом не следует забывать об обратной стороне такого плюса. Ведь тянущий воздушный винт обдувает крыло, а значит летательный аппарат получает некоторый прирост подъемной силы, что может улучшить, например, взлетно-посадочные характеристики.

У пушера этого конечно нет, и дополнительной «дармовой» подъемной силы он лишен. Однако, при этом дополнительному обдуву может подвергаться хвостовое оперение (если винт расположен перед ним), что увеличивает его эффективность. Хотя, и здесь есть ложка дегтя: эта эффективность может оказаться достаточно зависимой от режима работы двигателя и винта, может оказаться лишней или недостаточной, что конечно надо как-то учитывать при создании ЛА.

Но с другой стороны…

Если тянущий винт обычно воспринимает и «перерабатывает» невозмущенный поток, то толкающий во многом лишен этой возможности. В плоскость, омываемую лопастями толкающего винта, вполне вероятно попадание потока, взаимодействовавшего с поверхностями, расположенными перед винтом, а значит вероятно возмущенного и содержащего вихри различной интенсивности и объема.

Это, в свою очередь, негативно влияет на эффективность работы винта и теперь уже снижает его КПД, в некоторых случаях достаточно ощутимо. Такого рода явления могут, например, ощутимо проявиться при установке двигателей на задней кромке крыла ( Northrop XB-35 ( YB-35 ) и Convair B-36 ).

Стратегический бомбардировщик Convair B-36А "Peacemaker".

При этом проблема снижения эффективности может сопровождаться ростом циклических и вибрационных нагрузок на элементы конструкции винта, так как каждая из его лопастей циклически попадает под воздействие вихря, сходящего с кромки крыла, что ставит не только задачи увеличения эффективности винта, но и его прочности.

В этом плане практически гарантировано увеличение шумности толкающего винта . Причем шум этот может ощущаться в кабине даже сильнее, нежели при тянущем расположении винта.

Свою ощутимую долю в шумность и вибрационные нагрузки вносит попадание выхлопных газов двигателя в плоскость вращения винта (что невозможно при тянущем винте). При этом, если двигатель не поршневой, а турбовинтовой, у которого газовый поток значительно объемнее и интенсивнее, то шум еще более возрастает…

Какая из этих «сторон» оказывает большее влияние на летные и эксплуатационные характеристики летательного аппарата видимо зависит от параметров каждой конкретной конструкции и условий ее эксплуатации. Впрочем это относится и ко всем остальным особенностям тянущих и толкающих винтов.

Например , еще касательно аэродинамикиТянущий винт, закручивая воздушный поток и заставляя его спирально вращаться вокруг самолета, порождает тем самым боковую силу, воздействующую на киль. Это заставляет принимать меры технического или эксплуатационного характера для обеспечения устойчивости самолета.

Образование боковой силы при использовании тянущего винта.

Для толкающего же винта такие меры фактически не нужны. Ведь боковой силы может просто не быть. Правда многое зависит здесь от месторасположения винта по отношению к хвостовому оперению. По крайней мере для схемы «утка» таких проблем точно нет.

А сама воздушная струя от толкающего винта, установленного в конце фюзеляжа может играть некоторую стабилизирующую роль в путевом отношении, что позволяет пушеру иметь киль меньшей площади и быть менее чувствительным к боковому ветру при взлете и посадке.

Касательно конструкции и эксплуатации… При использовании толкающего винта из-за заднего расположения достаточно тяжелого двигателя и столь же тяжелого редуктора бывает достаточно непросто обеспечить правильную центровку с соблюдением норм устойчивости для данного летательного аппарата, а в эксплуатации перед вылетом еще и выполнять правильное распределение полезных грузов в нем. При этом из-за смещенности центра тяжести к задней части самолета может проявляться склонность к плоскому штопору (большая нежели у самолета с тянущим винтом).

Заднее расположение толкающего винта, в особенности за хвостовым оперением повышает вероятность касания лопастями поверхности ВПП при взлете или посадке. Для исключения такой возможности на самолетах необходимо либо увеличивать высоту шасси, а это лишняя масса, либо укорачивать лопасти, уменьшая тем самым эффективность винта.

Можно еще поднять двигатель с винтом выше. Но при этом, если линия тяги поднимается выше центра тяжести, возможно возникновение вредного вращающего момента, опускающего нос на пикирование. Это также требует принятия дополнительных мер для улучшения устойчивости самолета.

Еще одна слабая сторона толкающего винта может проявиться при полете в условиях обледенения. Так как он находится «позади всех», то лед с находящихся впереди поверхностей, сорвавшись может попасть на лопасти, вызывая их повреждение, а также может быть перенаправлен на находящиеся рядом поверхности, фюзеляж, например.

В том числе это может происходить при работе антиобледенительной системы, к примеру на крыле (передняя кромка). На заре развития авиации подобного рода проблемы иногда происходили при использовании бортового оружия, то есть обычных пулеметов. Роль кусков льда здесь играли выбрасываемые патронные гильзы.

Само же расположение двигателя с толкающим винтом на крыле помимо сказанного влечет за собой уменьшение возможностей для размещения на задней кромке механизации (закрылки, элероны).

В плане безопасности у двигателя с толкающим винтом есть некоторые плюсы. Он до некоторой степени защищает экипаж от атаки с задней полусферы (как наиболее часто применяемой в традиционных воздушных боях). Основная масса пожароопасных магистралей (топливо, масло) расположено за кабиной экипажа (пассажиров).

В случае пожара и других подобных неприятностей, в том числе повреждения и обрыва лопастей, все эти неприятности тоже происходят сзади, за кабиной, до некоторой степени предохраняя экипаж (или пассажиров). Правда, при аварии и резком торможении самолета (на земле), установленный в задней части фюзеляжа двигатель, сорвавшись с креплений может «наделать шуму» в фюзеляже, в особенности, если там расположен пассажирский салон…

Читайте также:  Ubuntu server ssh доступ включить

Пожалуй достаточно. Теперь кое-что о конкретных образцах, не забывая, тем не менее и об особенностях (плюс – минус).

Немного истории + еще особенности… не всегда значимые в настоящее время…

Некоторые из них действительно уже давно стали не столь значимыми хотя бы потому, что исчезли сами условия для их существования. Самолеты с толкающим винтом давно уже строятся в достаточно малых количествах, многие просто в единичных экземплярах. Да и сами они относятся именно к малой авиации и являются легкими и сверхлегкими летательными аппаратами.

Небольшое количество преимуществ толкающих винтов и явная их неоднозначность все-таки сделали определяющим применение винтовых летательных аппаратов с тянущими винтами….. По крайней мере до настоящего времени.

И тем не менее авиация начиналась с пушеров…

Сам знаменитый Flyer I (1903 г.) братьев Райт был оборудован толкающими винтами, так же как и последовавшие за ним Flyer II и Flyer III . Аналогичную конструктивную схему имели практически все, как достаточно известные, так и малоизвестные ранние аппараты.

Самолеты братьев Райт Flyer I и Flyer II.

Например, такие как: 14-bis конструктор Альберт Сантос-Дюмон (Alberto Santos-Dumont) – 1906 год; самолеты Габриэля Вуазена (Gabriel Voisin), в частности Voisin II (или Farman I – 1907 г.), на котором выполнял полеты Генри Фарман (Henri Farman) и самолет уже самого Фармана Farman III – 1909-1911 годы; пушер Curtiss Model D – американский аэроплан фирмы Curtiss Aeroplane and Motor Company – 1911 год.

Аэроплан Voisin II (или Farman I ), 1907 год.

Американский пушер Curtiss Model D, 1911 год (реплика).

Farman III, 1910-1911 годы.

Все эти аэропланы пока еще не имели фюзеляжа, как такового. Двигатель располагался на нижнем крыле, естественно позади пилота. Кроме того они были выполнены по аэродинамической схеме «утка», что также делало в тех условиях применение толкающего винта фактически единственно возможным.

Однако, аэродинамика (особенно в практическом смысле) была в то время всего лишь на начальном этапе своего существования, поэтому тогдашние инженеры и авиаторы, не в силах полноценно бороться с возникавшими аэродинамическими проблемами «утки», стали отказываться от нее и активно применять схему с задним расположением горизонтального оперения (за центром тяжести ЛА), ставшую впоследствии классической.

Конструкции совершенствовались, и при этом некоторое время продолжали применяться как тянущие, так и толкающие воздушные винты. Существовали даже термины определяющие типы таких конструкций (понятные, не требующие объяснения, я думаю): « Farman type » и « Bleriot type » (французский авиатор Louis Blеriot фактически первым стал строить монопланы с тянущим винтом).

Плюс схемы «Farman type» заключался в том, что она предоставляла определенные удобства и хороший обзор пилоту. Впереди ведь не было ни лопастей, ни грохочущего мотора, а сам пилот теперь располагался в специальной гондоле, своего рода подобии фюзеляжа.

Пример использование передней кабины для вооружения, самолет Voisin- III, Франция.

Для использования самолета в боевых действиях в носовой части этой же гондолы можно было без труда расположить бортовое стрелковое вооружение (место позволяет) и вести из него прицельный огонь без применения каких-либо дополнительных устройств и механизмов.

Речь здесь о синхронизаторах стрельбы , позволяющих вести огонь через плоскость вращения лопастей воздушного винта, либо о возможности стрельбы через полую втулку воздушного винта. Без этого не обойтись, если винт тянущий.

Многим до сих пор кажется, что самолеты с толкающим винтом — это какая-то экзотика, и вообще придурь конструкторов-неформалов. Однако схема не только до сих пор применяется, но и применяется широко, а значит — это обусловлено какими-то важными преимуществами.

Одно из главных преимуществ — правильно спроектированный самолет с толкающим винтом имеет примерно на 20% более высокое аэродинамическое качество, чем аналогичный самолет с тянущим винтом. Это огромная цифра, за которую любой авиаконструктор чёрту душу продаст. Но откуда же берется такая разница?

Как известно, любой винт создает поток турбулентного (закрученного) за собой воздуха. Тянущий винт отбрасывает струю воздуха на фюзеляж, центроплан и крылья — причем этот поток, вращаясь, давит на одно крыло сверху, а на другое снизу, что вынуждает конструкторов как-то компенсировать этот вредный момент, теряя драгоценную мощность. Хуже того — поток, вращаясь вокруг фюзеляжа, вызывает вторичную турбулентность, на которой теряется существенная часть мощности. Частичной контрмерой служит удлинение носовой части фюзеляжа — но это паллиатив, даже многометровые носы не решают проблему, при этом удлинение фюзеляжа само по себе привносит дополнительное сопротивление воздуху и увеличивает массу конструкции.

Известно также, что воздух в полете уплотняется ближе к задней кромке крыла, что создает больше возможностей для винта, чтобы там от него эффективно оттолкнуться. Поэтому толкающий винт работает в среде более плотного воздуха и может лучше реализовать мощность — при прочих равных он может быть несколько меньшего диаметра и будет иметь меньшие потери.

Более того — свежие аэродинамические исследования показали, что толкающий винт, помещенный в заторможенный спутный след от обтекаемого тела, может давать тягу существенно бОльшую, чем тот же винт в открытом воздухе — причем рост КПД винта стремится к той же магической цифре +20%. Это дополнительно к уже давно известной разнице в аэродинамическом качестве самолета. Это произвело небольшую революцию во взглядах на оптимальные компоновки винтовых самолетов, и даже породило разработки специальных винтов для наиболее эффективной работы толкающими в сопутном следе.

На фото в заголовке вы видите современный (да что там — новейший!) ударно-разведывательный самолет AHRLAC (Advanced High Performance Reconaissance Light Aircraft) разработки ЮАР. Самолёт представляет собой цельнометаллический свободнонесущий высокоплан с одним турбовинтовым двигателем Pratt&Whitney Canada PT6А-66 мощностью 950 л.с. Особенность этого высокоплана — обратная стреловидность крыла, раздвоенный хвост и толкающий винт, который располагается в задней части фюзеляжа. Продолжительность полёта достигает 7,5 — 10 часов (что выдающееся достижение для столь легкой машины). Остальные ТТХ также внушают:

Максимальная скорость: 500 км/ч
Практическая дальность: 2 100 км
Практический потолок: 9 500 м
Боевая нагрузка: 800 кг + пушка в фюзеляже

В общем, Ил-2 рыдает. И ведь в конструкции этого самолета в принципе нет никакого хайтека и никаких экзотических материалов, обычный клепанный дюраль и механическое управление тягами — сходную машину можно было без проблем построить до второй мировой войны. При этом схема выглядит чрезвычайно привлекательной именно для ударного самолета (включая пикирующий бомбардировщик) — компактная кабина, которую легко бронировать и которая вдобавок прикрыта сзади мотором, с прекрасным обзором и удобной установкой стрелкового вооружения, винт не мешает бомбометанию с отвесного пикирования, и так далее.

Надо сказать, что даже перед войной не все в СССР были идиотами, в материалах Новосибирского филиала ЦАГИ сохранился проект оригинальной летающей танкетки-штурмовика Москалёва «ЛТ» с мотором М-11 (имевшей также заводское обозначение «САМ-23») с такой вот схемой — мотор М-11 за кабиной, толкающий винт, двухбалочный хвост. Состав вооружения для самолета весом чуть более одной тонны был очень мощным: две пушки ШВАК с боекомплектом по 200 (в перегрузку по 500) снарядов; два ШKACa с боезапасом по 1500 (2000) патронов; четыре (шесть) РС-82 или 400 кг бомб (на двух держателях за счет PC и перегрузки). По расчетам, при установке более мощного мотора (например, М-17) можно было еще усилить бронирование и вооружение, а общий вес боевой нагрузки увеличить до 1500 кг. Мотор М-11 — это тот же самый мотор, что ставили на У-2, их в СССР было овердофига и стоили они копейки, да и М-17 уже ушел из «большой» авиации, их было множество после капремонтов, и было бы разумным использовать эти моторы именно на дешевых штурмовиках. Но — не взлетело. Заводы надрывались, делая сложные Ил-2, которых всё равно хватало на 2-3 вылета, а летчиков гнали в бой на учебных У-2.

А вот вам пример конструкторского минимализма с использованием толкающей схемы:

Это очень известный и популярный в мире самолетик Bede BD-5. «С тех пор как в прессе появилась первая информация о BD-5, — заметил популярный журнал «Флюгревю» (ФРГ), — весь авиационно-спортивный мир разделился на два лагеря: одни считают Джима Беде шарлатаном, а другие гением». Главное, что поражает сторонников и противников Беде — скорость, с которой летает его изящный самолетик, выглядящий как «настоящая», всамделишная машина. С 70-сильным двухтактным двигателем воздушного охлаждения «Микро» разгоняется до 373 км/ч. И хотя полетный вес стремительного моноплана составляет всего 322 кг, он оборудован закрытой просторной кабиной, убирающимся трехколесным шасси, закрылками, полным комплектом пилотажно-навигационного оборудования. Смехотворно мал расход топлива — 26,5 л за час полета с крейсерской скоростью 368,5 км/ч. Аэродинамика, благодаря которой BD-5 приобрел столь удивительную быстроту и экономичность, не в первый раз изумляет специалистов и дилетантов.

Читайте также:  Время для записи картинки

Самолетик продается в виде набора деталей для самостоятельной сборки, причем наборчик стоит в 10 раз дешевле самой дешевой Цессны. И надо заметить, что там тоже нет ничего сверхтехнологичного — основные элементы силового набора сделаны из фанеры и простых катанных профилей, обшивка — тонкий листовой алюминий (может быть заменен на перкаль — но зачем?).

Двигатель расположен в идеальном для центровки месте. Толкающий винт работает в лучших условиях, чем тянущий, — не тратит сил на бесполезную обдувку фюзеляжа. Так как пропеллер поднят над продольной осью самолета, нет необходимости в высоком шасси. Его легко сделать трехколесным, с носовой стойкой. Из-за 6лагоприятной центровки (все самые массивные агрегаты — вблизи центра тяжести) можно обойтись небольшими рулевыми поверхностями с коротким плечом от центра тяжести самолета. Фюзеляж укорачивается, пилоту не нужно прилагать больших физических усилий к рычагам управления. Компактный корпус более жесток и прочен. В целом достигается экономия в весе, а следовательно, и в затратах на постройку машины.

Предложив свой «конструктор» для взрослых, Джеймс Беде и его фирма честно выполнили правила игры: сборка самолета должна быть посильна мало-мальски опытным самодельщикам и занимать не более 500 рабочих часов. Каждая заготовка тщательно размечена, снабжена подробнейшими чертежами в масштабе 1:1 и обстоятельными рекомендациями по обработке и сборке. Брошюры, содержащие пооперационное руководство с точными ссылками на необходимые инструменты, выполнены наглядно и скрупулезно. Так же проста и сравнительно дешева эксплуатация собранного самолета. С учетом амортизации, расходов на обслуживание, профилактический ремонт, топливо, перелет «Микро» на короткое расстояние (Сан-Франциско — Лас-Вегас) занимающий 2,3 ч, стоит 8 долларов против 40 для лайнера «Боинг-747», 31 — для легкомоторной «цессны», 34 — для автобуса, 51 — для автомобиля и 16 — для мотоцикла.

Впрочем, поклонники разных схем спорят об их эффективности до сих пор, и это при том, что давно уже был поставлен классический эксперимент сравнения тянущего и толкающего винта на самолете Cessna Skymaster — вот таком.

Как вы видите, это двухмоторный самолет сравнительно редко применяемой схемы push-pull (тяни-толкай). Его удобство для теста — в том, что у него два совершенно одинаковых двигателя с одинаковыми винтами, и он может летать на любом моторе из двух. Для теста определялась максимальная скорость при работающем тянущем двигателе и при толкающем (понятно, что разница в скорости даст точный практический ответ — какая схема эффективнее, с учетом всех факторов). Так вот с работающим толкающим винтом скорость самолета была больше на

20 км/ч, чем с работающим тянущим. И это, между прочим, немало — с учетом того, что установка толкающего винта на Скаймастере далеко не оптимальна, в то время как установка тянущего взята с классической Цессны и вылизана до предела.

Также известны и результаты испытаний нашим ЛИИ «Дорнье-Пфайля» (фашистского тяни-толкая). Запомнилась фраза «На одном заднем двигателе скорость была существенно выше, чем на одном переднем». И совсем свежий пример — когда рутановский «Вояджер» (еще один тяни-толкай) шёл без посадки вокруг шарика, для экономии топлива выключали именно передний двигатель.

Могу лишь констатировать, что на отечественном рынке легкой авиации резко превалирует схема с толкающим винтом. И это несмотря на прекращение производства А-20. И не учитывая дельталеты, автожиры и паралеты. А уж если учитывать, то… сами понимаете.

Это потому, что русские — хитрые и умные. А тупые пиндосы как начали ездить в армии во время WW2 на Харли-Дэвидсонах с их дурацкими V-образными двухцилиндровками и отдельной коробкой передач, соединенной с двигателем ремнём — так до сих пор и ездят, не понимая, что это — анахронизм и антинаучно. Соответственно и самолеты легкие у пиндосов до сих пор в массе такие, как будто их проектировали до войны, и как бы даже не до первой мировой.

А ведь было дело — были у них и такие машины:

Это довоенный Bell ХР-59 (да-да, той самой фирмы Bell, которая подарила СССР «Аэрокобры», а потом заполонила весь мир массовыми вертолетами). А вот вам Douglas XB-42 Mixmaster:

Еще на стадии аванпроекта были прекрасно продуманы все технические решения, которые предстояло воплотить в этом проекте. Оснащенный рядными двигателями жидкостного охлаждения «Аллисон» V-1710-125 мощностью по 1725 л. с., расположенными тандемно, самолет должен был поднимать до 3600 кг бомб — столько же, сколько несла первая «летающая крепость» В-17А. Причем, благодаря большому и длинному бомбоотсеку, новая машина могла брать на борт английские 1800-кг и 3600-кг бомбы повышенной мощности. Максимальная скорость оценивалась в 690-700 км/ч — для 1943 г. это фантастическая цифра. Такая невероятная для среднего бомбардировщика скорость достигалась путем максимального зализывания фюзеляжа, облагораживания его аэродинамики и, главным образом, благодаря применению ламинарного крыла. Расчетная дальность полета превосходила дальность В-17 последних серий.

Необходимо отметить, что в конструкции самолета не было предусмотрено никаких принципиально новых на 1943 г. материалов и технологий, освоение которых могло задержать передачу машин в серию. Но машина в серию не пошла, потому что американские генералы — дебилы. Их тупо испугал непривычный вид самолета.

А вот вам отечественный МиГ-8 летает в 1945 году:

Самолет собрал в себе кучу авангардных решений — толкающий винт, стреловидное крыло, схема «утка» (бесхвостка с ПГО и рулями на крыльях). Внезапно для скептиков, этот вот смешной самолёт не потерпел ни одной аварии, не имел предпосылок к лётным происшествиям. Накопленный на нем опыт применения стреловидных необдуваемых крыльев использован при постройке советских реактивных истребителей.

И хотя впрямую эта схема также показалась военным СССР слишком непривычной — но в реальности она и победила. Практически все современные истребители имеют толкающую схему (реактивный двигатель размещен в хвосте) — а машины реданной схемы (двигатель спереди) и с размещением двигателей на крыльях (как у Me-262) быстро сошли с арены, проиграв конкуренцию.

Надо заметить, что по очень близкой к винтовым машинам с толкающим винтом схеме сделаны реактивные высотные разведчики М-17 и М-55 «Геофизика» Мясищева. Там прямо вот классика — двухбалочный хвост, моторы сзади фюзеляжа перед хвостом:

Между прочим, по результатам продувок двухбалочная схема с двигателем в заднице фюзеляжа в КБ Мясищева признана наилучшей для дозвукового высотного самолета. Она даже лучше, чем чистое «летающее крыло» (с которым как раз куча проблем технологического и компоновочного свойства).

А теперь вы, конечно, спросите — отчего же схема с толкающими винтами (именно винтами!) всё-таки применяется не повсеместно — при таких-то преимуществах? Ответ очень простой — обдув крыла. Этот самый обдув крыла потоком воздуха от пропеллеров позволяет получить от крыла дополнительную подъемную силу не только при малой скорости движения самолета — но даже на вообще стоящем самолете. В результате можно добиться того, что самолетик типа Fieseler Fi.156 Storch (с чрезвычайно развитой механизацией крыла и высокоэффективным низкоскоростным профилем) на полном газу двигателя может взлететь буквально с места, без разбега:

На этом фото хорошо видна выпущенная механизация крыла (предкрылки и закрылки на весь размах крыла), а также заметна явно избыточная высота передних стоек шасси. Однако такое шасси сделано неспроста — именно оно задает оптимальный взлетный угол атаки крыла, позволяя взлетать почти без разбега.

В общем, вот тут и пролегает водораздел между двумя схемами. Нужен самолет для эффективного быстрого полета на большой высоте — схема с толкающим винтом выгоднее. Нужен самолет для взлета с коротких ВПП и полетов на малой скорости — схема с тянущим винтом выгоднее.

Комментировать
3 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector