Рис. 6.32. Перспективный боевой аппарат с Х-образным крылом фирмы «Локхид».
Глава 7
Где установить двигатель?
Уже в процессе переделки созданного в 1902 г. планера в самолет с силовой установкой (1903г.) братья Райт столкнулись с рядом технических трудностей. Они собирались использовать воздушные винты (два воздушных винта приводились от одного двигателя с помощью цепной передачи) и должны были обеспечить необходимый зазор между поверхностью земли и плоскостью, ометаемой воздушными винтами. Это означало, что валы воздушных винтов необходимо было установить достаточно далеко от земли (в верхней части пространства между крыльями), тогда как двигатель был размещен на конструкции нижнего крыла справа от центра масс (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Самолет братьев Райт (1910 г.), «модель В». Сохранена схема с цепными приводом винта и смещенным относительно оси винта двигателем.
Несколько лет спустя на других созданных к тому времени самолетах с колесным шасси эта проблема решалась уже проще — двигатели размещались в передней части фюзеляжа на значительном расстоянии от земли. Такое конструктивно-компоновочное решение обеспечивало более эффективное с точки зрения баланса мощностей взаимодействие двигателя и воздушного винта — двигатель, установленный в носовой части, непосредственно приводил в движение воздушный винт. Такая схема установки двигателя в настоящее время является стандартной во всем мире. Она получила название «схема установки двигателя с тянущим винтом», потому что в этой схеме воздушный винт находится в передней части самолета и действительно тянет за собой весь аппарат (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Французский самолет «Блерио XI» (1909 г.) родоначальник схемы с тянущим воздушным винтом.
По различным причинам при создании некоторых самолетов оказывалось выгодным устанавливать воздушный винт за крылом. Такая схема установки винтовых двигателей получила название «схема с толкающим винтом». Для большинства однодвигательных самолетов схема с толкающим винтом практически полностью исключает возможность использования фюзеляжа традиционной конструкции - поэтому поверхности хвостового оперения приходится устанавливать на балках, которые придают самолету довольно необычный вид, хотя эти самолеты по схеме часто бывают достаточно традиционными (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Английский самолет балочной схемы с толкающим винтом «Ган Бас» фирмы «Виккерс» (1915 г.). Отметим большой сектор обстрела из носовой стрелковой установки.
В самолетах, построенных по схеме с толкающим винтом, экипаж и двигатели размещают в укороченной конструкции, напоминающей гондолу, поэтому некоторые из самолетов с толкающим винтом получили условное название «гондольнобалочных».
Принципиально имеется некоторое аэродинамическое преимущество в установке воздушного винта непосредственно в хвостовой части самолета. Однако размещение двигателя в этой зоне не является практичным, так как в этом случае значительная масса двигателя находится далеко от центра масс. (В идеальном случае двигатель должен располагаться как можно ближе к центру масс.) В большинстве созданных самолетов с толкающими винтами двигатель располагается достаточно далеко впереди, а привод воздушных винтов осуществляется посредством длинных валов. Такая схема порождает немало чисто механических проблем; некоторые из них не удавалось решить вплоть до последнего времени. В тех случаях, когда более тяжелые самолеты требовали большей мощности силовой установки, часто устанавливались дополнительные двигатели. Установка дополнительных двигателей всегда влечет за собой трудности в выборе места их расположения. В случае использования двух двигателей они обычно устанавливаются по бортам фюзеляжа (независимо от схемы установки воздушного винта) для обеспечения равенства моментов от тяги двигателей относительно центра масс. В случае четырех двигателей дополнительную пару целесообразно установить на консольной части крыла, что обеспечивает максимальный КПД воздушных винтов. Однако такая схема имеет существенный недостаток — установленные на консольных частях крыла двигатели создают значительный по величине разворачивающий момент. Этот момент уравновешен в том случае, если внешние двигатели дают примерно одинаковую тягу, однако в случае отказа одного из них (что не исключено) двигатель, установленный на противоположной стороне, создает разворачивающий момент, который не может быть сбалансирован отклонением руля направления. С 1915 г., когда стали появляться крупные самолеты, конструкторы четырехдвигательных машин старались максимально приблизить двигатель к фюзеляжу для минимизации асимметрии тяги двигателей правого и левого бортов. Иногда двигатели устанавливались попарно в гондолах по противоположным бортам фюзеляжа и оснащались тянущим и толкающим воздушными винтами. В других случаях одна пара двигателей устанавливалась достаточно низко между крыльями (или же непосредственно на нижнем крыле) самолетов бипланной схемы, а другая пара - над верхним крылом. Принципиальным недостатком такой схемы является то, что самолет значительно легче разворачивается относительно оси тангажа, чем относительно оси рыскания или крена. Различие в тяге двигателей, установленных в верхней и нижней частях самолета, оказывает серьезное влияние на балансировку самолета. Один из таких шестидвигательных бомбардировщиков разбился при выполнении первого взлета после того, как на разбеге были включены верхние два двигателя. Эти двигатели располагались на высоте примерно 8,5 м от земли, и их включение создало значительный по величине момент, вследствие чего самолет перевернулся через нос.