О толкающих воздушных винтах.

Здравствуйте!

О толкающих воздушных винтах.

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 :-)

===============================================================

О толкающих воздушных винтах.

Игрушка "вертолетик".

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.

О толкающих воздушных винтах.

" 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.

О толкающих воздушных винтах.

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.

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.

О толкающих воздушных винтах.

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).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет ХВ-35.

О толкающих воздушных винтах.

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 аэродинамики Тянущий 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.

О толкающих воздушных винтах.

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…

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.

О толкающих воздушных винтах.

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.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет 14-bis.

О толкающих воздушных винтах.

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

О толкающих воздушных винтах.

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

О толкающих воздушных винтах.

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.

О толкающих воздушных винтах.

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.

Это было достаточно серьезное преимущество и самолеты с толкающими винтами  достаточно активно использовались в Европе в качестве истребителей (и не только) до 1916 года. В качестве примера можно привести английские аэропланы Airco DH.1; Airco DH.2; Royal Aircraft Factory F.E.2; Royal Aircraft Factory F.E.8, Vickers F.B.26 Vampire, а также французский  Breguet Bre.5 Ca.2.

О толкающих воздушных винтах.

Аэроплан Airco DH.1.

О толкающих воздушных винтах.

Аэроплан Airco DH.2.

О толкающих воздушных винтах.

Истребитель Vickers F.B.26 Vampire.

О толкающих воздушных винтах.

Аэроплан Breguet Bre.5 Ca.2.

О толкающих воздушных винтах.

Передняя кабина самолета Royal Aircraft Factory F.E.2 с вооружением.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Royal Aircraft Factory F.E.8 (реплика).

Забегая вперед, скажу, что это преимущество оказалось очень выгодным для нынешних беспилотных ЛА, которые все более широко применяются в настоящее время.

В течение 1916-17 годов началось активное внедрение синхронизаторов стрельбы, повлекшее за собой быстрое сокращение числа аэропланов с толкающими винтами и практическое прекращение работ по созданию и постройке новых типов таких самолетов.

Основной причиной способствовавшей этому была достаточно низкая эффективность толкающего винта по сравнению с тянущим для существовавших тогда конструкций при прочих равных условиях.

Дело в том, что для классической аэродинамической схемы, когда ГО располагается за центром тяжести самолета, толкающему воздушному винту этих аэропланов приходилось обдувать многочисленные элементы ферменной конструкции, на которой монтировалось хвостовое оперение (подобие фюзеляжа), а также тяги и расчалки. Это создавало большое аэродинамическое сопротивление и эффективность винта падала (упоминалось выше).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Vickers F.B.5 Gunbus. 1916-17 годы.

С внедрением синхронизаторов пушеры потеряли одно из своих существенных преимуществ и сразу оказались ненужными. В Европе еще некоторое время использовались бомбардировщики (пример Vickers F.B.5) с толкающим винтом, однако и они скоро перешли в разряд учебных, а потом и вовсе перестали использоваться.

Двигатели с толкающими винтами применялись тогда на летающих лодках. Такая конфигурация (с расположением двигателя над крылом на специальных силовых стойках) позволяла максимально удалить лопасти и двигатель от водной поверхности и минимизировать интенсивное воздействие водяных брызг.

Кроме того лопасти были максимально удалены от кабины экипажа, что повышало безопасность эксплуатации (как наземной, так и в воздухе). В качестве примера можно привести летающие лодки: Supermarine Walrus (Великобритания конец 30-х – начало 40-х годов), МБР-2 (СССР – эксплуатация 1934-1946 годы).

О толкающих воздушных винтах.

Советская летающая лодка МБР-2М34НБ.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Supermarine Walrus, Великобритания, 1930-40-е годы.

Одним из последних самолетов-истребителей такой схемы стал английский истребитель Vickers Type 161 компании Vickers Ltd. Имея достаточно необычную конструкцию, он прошел все испытания в 1931 году, но в серийное производство так и не был запущен.

О толкающих воздушных винтах.

Экспериментальный истребитель Vickers Type 161, 1931 год.

Некоторая необычность по сравнению с традиционными пушерами заключалась в наличии обшивки (не силовой) на конструктивном узле от двигателя до хвостового оперения, в результате чего формировалось некоторое подобие обтекаемого фюзеляжа, чем снижалось аэродинамическое сопротивление.

Это был уже не первый опыт подобного конструктивного решения. Американский биплан Gallaudet D-4 компании Gallaudet Aircraft Company (1918 год) имел фюзеляж с расположенным внутри двигателем с толкающим винтом.

О толкающих воздушных винтах.

Американский гидросамолет Gallaudet D-4, 1918 год.

Такое направление разработок, казалось, могло бы быть  перспективным в плане аэродинамики для самолетов с толкающими винтами. Ведь 30-е годы стали началом достаточно интенсивного использования в авиастроении металлической работающей обшивки. Однако, практически любое усовершенствование, повышающее эффективность силовых установок с толкающими винтами столь же положительно влияло и на традиционную схему с тянущим винтом.

Время бурного использования толкающих воздушных винтов прошло. В дальнейшем (и по настоящее время) под словосочетанием «самолет с поршневым двигателем» подразумевался самолет с тянущим винтом, если не было специального упоминания на этот счет.


И все-таки….

И все-таки тема эта окончательно закрыта не была, ни тогда, ни сейчас. С конца 30-х годов по настоящее время был проведен ряд опытно-конструкторских разработок. Многие из них воплотились в реальные летательные аппараты, а некоторые наименования даже были запущены в серийное производство и выпускались большими сериями.

Перед началом и в период II-ой Мировой войны некоторые государства с развитой авиационной промышленностью занимались разработкой опытных истребителей и бомбардировщиков различных аэродинамических схем с толкающим воздушным винтом.

Некоторые примеры экспериментальные разработок с различными усовершенствованиями: SAI-Ambrosini SS.4 (Италия, 1939 год), Kyushu J7W1 Shinden (Япония, 1945 год),  Curtiss-Wright XP-55 Ascender (США, 1943 год), Miles M.35 Libellula (Великобритания, 1942 год), Vultee XP-54 Swoose Goose (США, 1943 год), Northrop XP-56 Black Bullet (США, 1943 год), Douglas XB-42 Mixmaster (США, 1944-48 годы).

О толкающих воздушных винтах.

Итальянский самолет SAI-Ambrosini SS.4, 1939 год.

О толкающих воздушных винтах.

Американский экспериментальный пушео Vultee XP-54 Swoose Goose , 1943 год.

О толкающих воздушных винтах.

Американский экспериментальный самолет Northrop XP-56 Black Bullet, 1943 год.

О толкающих воздушных винтах.

Японский экспериментальный самолет Kyushu J7W1 Shinden, 1945 год

О толкающих воздушных винтах.

Экспериментальный самолет Curtiss-Wright XP-55 Ascender, США, 1943 год.

О толкающих воздушных винтах.

Экспериментальный самолет Douglas XB-42, США, 1944-48 годы.

О толкающих воздушных винтах.

Британский экспериментальный самолет Miles M.35 Libellula, 1942 год.

Однако, в серию пошел только шведский самолет  SAAB J 21, единственный в мире крупносерийный поршневой истребитель с толкающим винтом. Он впервые поднялся в воздух в 1943 году, а с 1945-го по 1949-й год было выпущено около 300 его экземпляров. Это был один из первых в мировой авиационной истории самолет на котором (наряду с немецким Heinkel He 280 и Dornier Do 335) было установлено катапультируемое кресло летчика.

Его установка была связана с еще одним недостатком, характерным для истребителя с толкающим воздушным винтом. В случае необходимости покидания летчиком самолета в воздухе, существует вероятность попадания его в зону вращения лопастей.

Для исключения такой возможности и было разработано катапультируемое кресло. Хотя при проектировании рассматривался вариант отстрела лопастей и даже вариант подрыва силовой установки перед покиданием самолета.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет SAAB J 21.



Первое в мире катапультирование из серийного боевого самолета произошло в августе 1946 года. Младший лейтенант Бенгт Йохансон покинул машину на высоте 2000 м, благополучно приводнился в водах Балтики и был спасен.

Упомянуть об этом стоило потому, что с аварией этого самолета напрямую связан еще один недостаток двигателя с толкающим винтом. Это отсутствие условий для хорошего охлаждения двигателя (нет обдува струей от винта). Треть всех аварий самолета SAAB J 21 произошла из-за перегрева силовой установки. Справиться с этим радикально конструкторы не смогли до конца эксплуатации самолета.

Проблемы с охлаждением были и у другого серийного самолета, оборудованного поршневыми двигателями с толкающими винтами. Это американский стратегический бомбардировщик Convair B-36 “Peacemaker”.

Этот уникальный в своем роде самолет начал летать с августа 1946 года. На каждой консоли у него располагались по три поршневых двигателя Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, а начиная с версии В-36D еще и по два турбореактивных J47-GE-19.

Толкающие винты на этом самолете (при относительно толстом крыле) были применены с целью повышения аэродинамического качества самолета и, соответственно, достижения максимальной крейсерской дальности, что и требовалось для стратегического бомбардировщика.

То есть было использовано положительное влияние (упомянуто выше) толкающего винта на АД качество, выражающееся в уменьшении коэффициента сопротивления (Сх) летательного аппарата за счет отсутствия обдува некоторых поверхностей, в данном случае крыла. Правда отсутствие этого обдува негативно влияло на взлетно-посадочные характеристики, но большая дальность была предпочтительней. Такой способ уменьшения Сх на тот момент оказался наиболее рациональным.

Но положительное влияние толкающих винтов на этом, в общем-то и заканчивалось. Зато проявили себя отрицательное. Радиальный двигатель R-4360, установленный на самолете изначально был сделан для работы с тянущим винтом, скоростной поток от которого достаточно эффективно охлаждал все его 28 цилиндров и другие корпусные детали.

На В-36 двигатель находился в развернутом положении и этого потока не было. В результате периодически возникала опасность перегрева. По этой же причине неоднократно возникало такое нехорошее явление, как обледенение карбюратора при полетах во влажном и холодном воздухе.

Карбюратор располагался в задней части двигателя (по отношению к тянущему винту) и всегда обдувался достаточно нагретым воздухом (поток от винта) прошедшим через ребра охлаждения цилиндров, что практически исключало обледенение. Но на В-36 этот поток отсутствовал и карбюратор оказался прямо на пути холодного и, в определенных условиях, влажного воздуха.

О толкающих воздушных винтах.

Стратегический бомбардировщик Convair B-36 "Peacemaker".

Результатом стало замерзание дроссельной заслонки, топливно-воздушных каналов и изменение состава топливо-воздушной смеси. На выхлопе появлялся несгоревший бензин в довольно больших количествах, что в сочетании с перегретым двигателем было чревато пожаром, что и происходило периодически. Пожары были, аварии и катастрофы самолетов были, в том числе с ядерным оружием на борту.

Любопытный факт… В подразделениях, эксплуатировавших В-36, его силовая установка носила шуточное название «six turning, four burning», что означало «шесть крутятся, четыре горят» (шесть винтовых двигателей и четыре ТРД).

Однако, из-за частых пожаров и нестабильной работы топливной системы по вышеупомянутым причинам летный состав переиначил это название: «Тwo turning, two burning, two smoking, two joking, and two more unaccounted for» («Два крутятся, два горят, два дымят, два дурачатся, а ещё два куда-то делись»).

Тем не менее  Convair В-36 прослужил до конца 50-х годов, когда были введены в строй новые реактивные бомбардировщики В-52. Параллельно Convair –ру создавался бомбардировщик  Northrop XB-35 (YB-35), выполненный по схеме летающее крыло с четырьмя поршневыми двигателя и толкающими винтами. Однако, он так и не пошел в серию из-за многочисленных проблем с двигателями и планером.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет-летающее крыло с толкающими винтами YB-35.

В последующие годы, вплоть до настоящего времени столь грандиозные проекты самолетов с толкающими воздушными винтами больше не создавались (хотя крупносерийные все же были). Но несмотря на то, что подавляющее большинство винтовых самолетов используют классические тянущие винты,  интерес к этой теме не утрачен до сих пор (хотя конечно о массовости говорить не приходится*).

Он просто постепенно переместился в специфические области авиационного дела, которые позволяют легче справляться с ее недостатками и извлекать определенную пользу из существующих преимуществ.

О толкающих воздушных винтах.

Советский экспериментальный самолет МиГ-8 "Утка".

Это, к примеру, различные экспериментальные самолеты, такие, как советский МиГ-8. Этот самолет был создан в 1945 году как опытный. На нем проводилась отработка шасси с передней опорой, изучались аэродинамические особенности и свойства стреловидного крыла, а также вопросы устойчивости и управляемости самолета, построенного по схеме «утка».

В США, где традиционно развита малая частная авиация и достаточно много людей живут в отдаленных районах с доступом к водоемам с конца 40-х годов начался выпуск  легких летающих лодок и самолетов-амфибий, оборудованных поршневыми двигателями с толкающими винтами. Некоторые примеры:  Lake Buccaneer (с 1950 года выпущено более 1000 штук), Lake LA-250 Renegade

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Lake-La4-200 Buccaneer.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Lake 270 turbo.

В наше время толкающие винты продолжают находить применение в легкой авиации, от дельталетов и небольших экспериментальных самолетов до летательных аппаратов, предназначенных для самостоятельной сборки. Достаточно широко известно семейство американских сверхлегких самолетов Quad City Challenger.

Среди них например аппарат Challenger II выпущен в количестве около 4000 штук (в различных вариациях). Наша Авиатика-МАИ-890 (СССР-Россия) не может, к сожалению, похвастаться такими цифрами производства, хотя и > 300 штук это уже рекорд для России.

О толкающих воздушных винтах.

Массовый самолет легкой авиации Quad City Challenger II.

О толкающих воздушных винтах.

Авиатика-МАИ-890.

С середины 80-х годов некоторыми авиационными фирмами начата разработка гражданских самолетов легкого класса с турбовинтовыми двигателями, оборудованными толкающими винтами. Часть из этих проектов была запущена в серийное производство (в основном  для деловой авиации).

Наиболее известен в этом плане итальянский самолет Piaggio P.180 Avanti. С 1986-го по настоящее время выпущено около 220 экземпляров и выпуск продолжается. С 1983 по 1995  год было построено также 53 самолета Beechcraft Starship.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет деловой авиации с турбовинтовыми двигателями Piaggio P.180 Avanti.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет деловой авиации Beechcraft Starship.

Достаточно широкое применение толкающие винты нашли в беспилотной авиации, особенно бурно развивающейся в последнее десятилетие. Этому способствуют описанные выше их преимущества. Путем монтажа двигателя в кормовой части фюзеляжа освобождается место для полезного груза в носовой (чаще всего это разведывательное оборудование) и минимизируется вредное воздействие силовой установки на это оборудование.

О толкающих воздушных винтах.

Беспилотник MQ-9 General Atomics Predator B.

Кроме того с аэродинамической точки зрения толкающий винт способствует увеличению дальности и продолжительности полета, то есть улучшает крейсерские характеристики летательного аппарата.


Тяни-толкай…

Отдельно стоит упомянуть о летательных аппаратах с комбинированным винтовым движителем. То есть это самолеты, которые оборудованы одновременно как тянущим, так и толкающим винтами. Своего рода «тянитолкаи» (или push-pull configuration в английском).

На таких самолетах каждый винт приводится отдельным двигателем. Двигатели чаще всего расположены друг за другом (тандем). Сами винты устанавливаются по осям, параллельным и максимально близко расположенным к продольной (или строительной) оси самолета (в идеале совпадающим с ней), если двигатели не расположены в отдельной выносной мотогондоле (как, например, на летающих лодках).

Интерес к таким самолетам появился еще перед Первой Мировой войной, никогда не достигал особых высот, но сохранился и до наших дней. В конструктивном смысле push-pull конфигурация традиционно подразумевает два двигателя, один из которых (тянущий винт) расположен в носовой части фюзеляжа, а другой (толкающий винт) может иметь три варианта расположения (по сути дела как и у самолетов конфигурации push).

Первый вариант – в задней части короткого фюзеляжа, если самолет выполнен по аэродинамической схеме «утка». Второй – в задней части короткого фюзеляжа перед хвостовым оперением, если самолет выполнен по двухбалочной схеме. Третий – в  хвостовой части обычного фюзеляжа за хвостовым оперением. Это базовые конструкции, но на их основе возможны различные вариации.

Для летающих лодок обычно есть только один (логичный) вариант – выносная гондола над фюзеляжем, в которой двигатели расположены друг за другом. Впрочем, такой вариант применялся и для некоторых тяжелых самолетов, таких, как бомбардировщик Farman F.221/222 или пассажирский Fokker F.32, у которых было по одной выносной гондоле под каждой консолью, или советского АНТ-20, два из восьми двигателей которого были вынесены в отдельную гондолу над фюзеляжем.

О толкающих воздушных винтах.

Пассажирский самолет Fokker F.32.

О толкающих воздушных винтах.

Бомбардировщик Farman F.221.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Farman F.222.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет АНТ-20 "Максим Горький".

Главное преимущество схемы push-pull (тандем) – возможность использования на самолете двух двигателей без существенного увеличения сопротивления, как это было бы, если бы эти двигатели располагались бы по отдельности на крыле (рядом), так же по отдельности создавая каждый свою порцию сопротивления.

Кроме того при отказе одного из двигателей облегчается возможность управления самолетом, так как отсутствует разворачивающий момент, усложняющий управление обычного многодвигательного самолета.

Однако, есть у такой конфигурации и недостаток, аналогичный недостатку обычного тянущего винта и усиливающийся из-за наличия второго двигателя. Задний винт работает в сильно возмущенном потоке от переднего винта. В результате ощутимо снижается его эффективность, вплоть до 65% от эффективности тянущего винта.

Кроме того, если толкающий винт установлен в хвосте, то возможно проявление еще одного типичного его недостатка. При взлете-посадке существует опасность задевания лопастями о поверхность ВПП. Чтобы этого не происходило часто бывает необходимо принятие компромиссных решений: увеличение размеров шасси, укорочение лопастей и др. (упомянуто для push конфигурации).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Caproni Ca. 3 (музей американских ВВС В Дэйтоне).

В период Первой Мировой войны строились единичные экземпляры самолетов конфигурации push-pull за исключением, пожалуй, довольно удачного серийного итальянского двухбалочного бомбардировщика Caproni Ca.3, который несколько не вписывается в традиционную конструкцию, так как имел три двигателя: два с тянущими винтами, расположенные на крыле и один с толкающим винтом – в задней части короткого фюзеляжа. Впрочем, сути дела это не меняло.

О толкающих воздушных винтах.

Советский экспериментальный истребитель И-12.

О толкающих воздушных винтах.

Голландский истребитель Fokker DXXIII.

В период между двумя мировыми войнами в основном разрабатывались единичные опытные проекты, такие как советский истребитель И-12 и голландский Fokker D XXIII. Достаточно много строилось летающих лодок такой конфигурации. Пожалуй, наибольший вклад в это внес немецкий авиаконструктор Клод Дорнье (Claude Honorе Desirе Dornier).

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Do J Wal в экспедиции (полет) Амундсена к Северному полюсу.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Do 26.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Do 18.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Do X.

Самые известные его самолеты: Dornier Do J Wal ( 1922 год), Dornier Do 26 (1938 год), Dornier Do X (1929 год),  Dornier Do 18 (1935-39 годы). Этот же авиаконструктор во время войны создал единственный в мире серийно выпускавшийся боевой самолет-истребитель с тандемными двигателями схемы push-pull Dornier Do 335 Pfeil (1944-45 годы).

Этот самолет так же был в числе первых в мире, оборудованных катапультируемым креслом летчика. Причина тому была та же, что и у SAAB J 21 – опасность попадания летчика под лопасти вращающегося толкающего винта при вероятном покидании самолета (авария). Всего было построено 37 экземпляров этого интересного самолета. (Добавлен видеоролик об этом самолете, составленный из кадров старой немецкой хроники).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Dornier Do 335 Pfeil.



В настоящее время некоторые авиационные фирмы продолжают выпускать единичными экземплярами или малыми сериями самолеты конфигурации push-pull. Это, в основном, легкие пассажирские и транспортные самолеты, самолеты бизнес-авиации. Примером может служить аппарат американской компании Adam Aircraft Industries – Adam A500 (2002 год, двигатели поршневые) или американский легкий самолет Rutan Defiant. Не забыты и летающие лодки Dornier: пример – Dornier Seastar

О толкающих воздушных винтах.

Самолет легкой авиации Rutan Defiant.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Adam A500.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Seastar.

Однако наиболее успешным в этом плане стал самолет Cessna Skymaster (Superskymaster). Пожалуй, это единственный самолет, оборудованный толкающим винтом (в том числе), к которому не подходит вышеприведенное утверждение «…конечно, о массовости говорить не приходится*».

Всего с 1963-го по 1982 год было выпущено более 3000 экземпляров различных модификаций этого аппарата. С 1967 по 1975 год выпускалась и военная версия Cessna O-2 Skymaster (выпущено более 540 единиц.). Эксплуатация этих самолетов продолжается и по сей день. (После фото добавлено видео взлета Cessna 337 SuperSkymaster).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Cessna SuperSkymaster.

О толкающих воздушных винтах.

Военный самолет Cessna O-2 Skymaster.



Все это означает, что воздушный винт, как выгодный движитель для современного самолета  себя еще не исчерпал. А в каком виде и в какой конфигурации он будет применяться, какую конструкцию будет иметь и на каких летательных аппаратах будет использоваться покажет время…


На этом все. Спасибо, что дочитали до конца. До новых встреч и статей. В завершение некоторые картинки, не попавшие в основной текст….

О толкающих воздушных винтах.

Самолет деловой авиации Adam A500.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Dornier Do 335 Pfeil.

О толкающих воздушных винтах.

Летающая лодка Dornier Do J Wal.

О толкающих воздушных винтах.

Самолет легкой авиации Rutan Defiant.

О толкающих воздушных винтах.

Аэроплан Curtiss Model D (реплика).

О толкающих воздушных винтах.

Самолет Royal Aircraft Factory F.E.2B


{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

Related posts:

  1. Кое-что о воздушных автобусах или что такое самолет аэробус (airbus).
This entry was posted in АВИАИНТЕРЕСНОСТИ, МИР АВИАЦИИ and tagged , . Bookmark the permalink.

10 Комментариев: О толкающих воздушных винтах.

  1. Елена говорит:

    Юрий, спасибо за статью. Хорошее дополнение к Вашей более ранней статье “Воздушный винт”. Долго мучилась вопросом… почему в авиастроении в основном применяются тянущие винты, а в кораблестроении толкающие :) Очень доступно растолковали физику тянущего и толкающего винта. С нетерпением жду Ваши новые статьи на эту тему… и не только :)

  2. Олег говорит:

    Ура! Дождались продолжения!
    Спасибо, Юрий, за интересную статью!

  3. Aleks говорит:

    Интересно. Спасибо.
    Помнится в журнале “М-К” была статья – “Тянуть легче, чем толкать”. Правда речь о ВАЗ 2108 шла. Что к авиации отношение маленькое имеет.)

  4. Алексей говорит:

    Юрий, спасибо! Узнал много нового о В-36 и DО-335. Не забыты “этажерки” “Фарман” и “Вуазен”. А аварийность двигателей В-36 была действительно, притчей-во-языцах в американских ВВС. Есть фотографии в полете В-36 с неработающими одним – двумя двигателями… Интересно, винты остановленных двигателей флюгировались? Кстати, в руководстве по выбору (расчету) винта для СЛА (было в каком-то из “Моделист-Конструктор” конца 80-х) рекомендовалось считать эффективность толкающего винта на четверть ниже, чем у тянущего. Хотел здесь, шутки ради, прикрепить видео моего опыта применения толкающего винта с мотором на велосипеде)) Может, как нибудь)). Еще раз – СПАСИБО!!!

  5. Михаил говорит:

    Прочитал с удовольствием, очень интересно. Впрочем, как и все статьи Юрия.

  6. Александр говорит:

    Интересная и статья и подборка фотографий. На мой взгляд, для туриста именно самолет с толкающим винтом предпочтительнее: капот двигателя, который, как правило, у самолета с тянущим винтом закрывает передний обзор ( сектор обзора вперед/вниз) отсутствует и открывается прекрасная панорама. Представлено интересное видео взлета самолета Cessna Skymaster, имеющего тянущий и толкающий винт. На видео всегда, как правило, присутствует стробоскопический эффект. Поэтому затруднительно определить реальное направление вращения винтов. Мне показалось, что тянущий винт правого вращения, а толкающий-вращается в противоположном направлении. Вопрос по толкающему винту: как определяется ( в терминологии: правый/левый) направление вращения винта, расположенного сзади пилотской кабины?

    • Юрий говорит:

      Тянущий винт правого вращения, толкающий – левого. Это хорошо видно в ролике о самолете Do-335, ближе к концу статьи. 2,46 – запуск переднего двигателя, 2,56 – заднего, есть еще и в других моментах и по лопастям тоже можно увидеть. А определение вращения по авиационному принципу – относительно наблюдателя – взгляд по полету.

  7. Jabber W. говорит:

    Отличная статья, спасибо!

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>