Ликбез. Самолет тласкач
На мнозина все още изглежда, че самолетите с тласкащо витло са някаква екзотика и като цяло глупак на неофициалните дизайнери. Схемата обаче не само все още се използва, но и се използва широко, което означава, че това се дължи на някои важни предимства.
Едно от основните предимства е, че правилно проектираният тласкач има около 20% по-добро съотношение на повдигане и челно съпротивление в сравнение с подобен конструиран тракторен самолет. Това е огромна цифра, за която всеки авиоконструктор би продал душата си на ада. Но откъде идва тази разлика?
Както знаете, всяко витло създава поток от турбулентен (вихров) въздух зад него. Дърпащият винт хвърля въздушна струя върху фюзелажа, централната част и крилата - и този поток, въртящ се, притиска едното крило отгоре, а другото отдолу, което принуждава дизайнерите по някакъв начин да компенсират този вреден момент, губейки ценна мощност. Още по-лошо е, че потокът, въртящ се около фюзелажа, причинява вторична турбуленция, при която се губи значителна част от мощността. Частична контрамярка е удължаването на предната част на фюзелажа - но това е палиативно, дори многометровите носове не решават проблема, докато удължаването на самия фюзелаж внася допълнително въздушно съпротивление и увеличава масата на конструкцията.
Известно е също, че въздухът по време на полет се кондензира по-близо до задния ръб на крилото, което създава повече възможности за витлото ефективно да го изтласка там. Следователно тласкащото витло работи в по-плътна въздушна среда и може да реализира мощност по-добре - при равни други условия може да бъде с малко по-малък диаметър и ще има по-ниски загуби.
Освен това, скорошни аеродинамични изследвания показват, че тласкащо витло, поставено в забавена следа отна опростено тяло, може да произведе значително по-голяма тяга от същото витло на открито - и увеличаването на ефективността на витлото клони към същата магическа цифра от + 20%. Това е допълнение към вече добре познатата разлика в аеродинамичните качества на самолета. Това направи малка революция във възгледите за оптималното разположение на витловите самолети и дори даде началото на разработването на специални витла за най-ефективна работа като тласкачи в следата.
На снимката в заглавката виждате модерен (който е най-новият!) ударно-разузнавателен самолет AHRLAC (Advanced High Performance Reconaissance Light Aircraft), разработен от Южна Африка. Самолетът е изцяло метален конзолен високоплан с един турбовитлов двигател Pratt & Whitney Canada PT6A-66 с мощност HP 950. Особеността на този самолет с високо крило е обратната стреловидност на крилото, раздвоената опашка и тласкащото витло, което се намира в задната част на фюзелажа. Продължителността на полета достига 7,5 - 10 часа (което е изключително постижение за толкова лека машина). Останалите характеристики на производителност също вдъхновяват:
Максимална скорост: 500 км/ч Практически обсег: 2100 км Практически таван: 9500 м Боен товар: 800 кг + оръдие във фюзелажа
Като цяло IL-2 плаче. И в края на краищата в дизайна на този самолет по принцип няма високотехнологични и екзотични материали, обичайният нитовен дуралуминий и механично управление на тягата - подобна машина може да бъде построена без проблеми преди Втората световна война. В същото време схемата изглежда изключително привлекателна специално за ударен самолет (включително пикиращ бомбардировач) - компактна кабина, която е лесна за брониране и която освен това е покрита с двигател отзад, с отлична видимост и удобно монтиране на стрелково оръжие, витлото не пречи на бомбардиране от вертикалагмуркания и така нататък.
Трябва да кажа, че дори преди войната не всички в СССР бяха идиоти, в материалите на Новосибирския клон на ЦАГИ, проектът на оригиналния летящ танкет-щурмовик Москалев "ЛТ" с двигателя М-11 (който също имаше фабрично обозначение "SAM-23") с такава схема беше запазен - двигателят М-11 зад пилотската кабина, тласкащо витло, двулъчева опашка. Въоръжението за самолет с тегло малко над един тон беше много мощно: две оръдия ШВАК с боеприпаси от 200 (500 на презареждане) снаряди; две ШКАЦа с 1500 (2000) патрона; четири (шест) бомби RS-82 или 400 kg (на два държача поради PC и претоварване). Според изчисленията при инсталирането на по-мощен двигател (например М-17) е възможно допълнително да се укрепи бронята и въоръжението и да се увеличи общото тегло на бойния товар до 1500 кг. Двигателят M-11 е същият двигател, който беше инсталиран на U-2, те бяха излишни в СССР и струваха стотинка, а M-17 вече напусна „голямата“ авиация, имаше много от тях след основен ремонт и би било разумно тези двигатели да се използват на евтини щурмови самолети. Но не излетя. Заводите бяха претоварени, правейки сложни Ил-2, които все още стигаха за 2-3 полета, а пилотите бяха закарани в битка на учебни U-2.
И ето пример за минимализъм на дизайна с помощта на схема за натискане:
Това е много известен и популярен в света самолет Bede BD-5. „Откакто първата информация за BD-5 се появи в пресата“, отбелязва популярното списание Flugrevue (Германия), „целият свят на авиацията и спорта се раздели на два лагера: някои смятат Джим Беде за шарлатанин, докато други го смятат за гений.“ Основното нещо, което поразява привържениците и противниците на Беда, е скоростта, с която лети неговият елегантен самолет, изглеждащ като "истинска", истинска машина. С 70 к.с. 2-тактов двигател с въздушно охлаждане"Микро" ускорява до 373 км / ч. И въпреки че полетното тегло на бързия моноплан е само 322 кг, той е оборудван с просторна затворена кабина, прибиращ се триколков колесник, клапи, пълен набор от летателно и навигационно оборудване. Абсурдно нисък разход на гориво - 26,5 литра на час полет с крейсерска скорост от 368,5 км/ч. Аеродинамиката, благодарение на която BD-5 придоби толкова невероятна скорост и икономичност, не за първи път изненадва специалисти и аматьори.
Самолетът се продава като комплект части за самостоятелно сглобяване, като комплектът струва 10 пъти по-евтино от най-евтината Cessna. И трябва да се отбележи, че също няма нищо супертехнологично - основните елементи на силовия комплект са направениот шперплат и прости валцовани профили, кожата е тънък лист алуминий (може да се замени с перкал - но защо?).
Двигателят е разположен на идеално място за центриране. Тласкащото витло работи в по-добри условия от издърпващото витло - не хаби енергия за безполезно издухване на фюзелажа. Тъй като перката е повдигната над надлъжната ос на самолета, няма нужда от висока ходова част. Лесно е да го направите триколесен, с носова подпора. Благодарение на благоприятното центриране (всички най-масивни единици са близо до центъра на тежестта) могат да се откажат от малки контролни повърхности с късо рамо от центъра на тежестта на самолета. Фюзелажът е скъсен, пилотът не трябва да упражнява големи физически усилия върху лостовете за управление. Компактното тяло е по-твърдо и издръжливо. Като цяло се постигат спестявания в теглото и следователно в разходите за изграждане на машина.
Любителите на различни схеми обаче все още спорят за тяхната ефективност и това въпреки факта, че отдавна е поставен класически експеримент за сравнение на теглещото и тласкащото витло на самолета Cessna Skymaster - туктакива.
Както можете да видите, това е двумоторен самолет със сравнително рядко използвана схема за натискане и издърпване (push-pull). Удобството му за теста е, че има два абсолютно еднакви двигателя с еднакви витла и може да лети на всеки от двата двигателя. За теста беше определена максималната скорост при работещ теглещ двигател и при бутащ двигател (ясно е, че разликата в оборотите ще даде точен практически отговор - коя схема е по-ефективна, като се вземат предвид всички фактори). Така че с работещо тласкащо витло скоростта на самолета беше с по-голяма
20 км/ч отколкото с работещ теглич. И това, между другото, е доста, като се има предвид, че настройката на тласкащото витло на Skymaster е далеч от оптималното, докато настройката на теглещото витло е взета от класическата Cessna и е полирана до краен предел.
Известни са и резултатите от тестовете на нашия LII "Dornier-Pfeil" (фашистки пуш-пул). Спомням си фразата "На един заден двигател скоростта беше значително по-висока, отколкото на един преден двигател." И един съвсем пресен пример - когато Вояджър на Рутан (друг бутане и дърпане) отиде без да кацне около топката, предният двигател беше изключен, за да се пести гориво.
Мога само да заявя, че схемата с тласкащо витло рязко преобладава на вътрешния пазар на лека авиация. И това въпреки спирането на производството на А-20. И без да се вземат предвид делтапланерите, жиропланите и парапланерите. И ако вземете предвид, тогава ... разбирате.
Това е защото българите сме хитри и умни. И как тъпите пиндоси започнаха да се возят в армията по време на Втората световна война на Harley-Davidson с техните тъпи V-образни двуцилиндърчета и отделна скоростна кутия, свързана с двигателя с ремък - те все още карат така, без да осъзнават, че това е анахронизъм и ненаучно. Съответно самолетите са леки сред пиндосите додосега в по-голямата си част са сякаш проектирани преди войната, а като че ли дори не преди Първата световна война.
Но беше така - имаха и такива коли:
Това е предвоенният Bell XP-59 (да, същата компания Bell, която даде на СССР Air Cobra и след това наводни целия свят с масивни хеликоптери). А ето и Douglas XB-42 Mixmaster:
Още на етапа на предварителния проект всички технически решения, които трябваше да бъдат приложени в този проект, бяха добре обмислени. Оборудван с редови двигатели Allison V-1710-125 с течно охлаждане с мощност от 1725 к.с. с., разположени в тандем, самолетът трябваше да вдигне до 3600 кг бомби - същото, което носеше първата "летяща крепост" B-17A. Освен това, благодарение на големия и дълъг бомбен отсек, новата машина може да поеме на борда английски 1800-килограмови и 3600-килограмови бомби с повишена мощност. Максималната скорост се оценява на 690-700 км / ч - за 1943 г. това е фантастична цифра. Такава невероятна скорост за среден бомбардировач беше постигната чрез максимално облизване на фюзелажа, облагородяване на неговата аеродинамика и най-вече чрез използването на ламинарно крило. Очакваният обхват на полета надвишава обхвата на най-новата серия B-17.
Трябва да се отбележи, че дизайнът на самолета не предвижда никакви принципно нови материали и технологии за 1943 г., чието развитие може да забави прехвърлянето на машини в серията. Но колата не влезе в производство, защото американските генерали са глупаци. Те бяха глупаво уплашени от необичайния вид на самолета.
А ето и домашният МиГ-8, летящ през 1945 г.:
Самолетът е събрал куп авангардни решения - тласкащо витло, стреловидно крило, схема "патица" (безопашка с ПГО и рулеви на крилата). Изведнъж за скептиците това е смешносамолетът не е претърпял нито един инцидент, няма предпоставки за летателни инциденти. Опитът, натрупан върху него при използването на стреловидни безветрени крила, беше използван при конструирането на съветски реактивни изтребители.
И въпреки че директно тази схема също изглеждаше твърде необичайна за военните на СССР, в действителност тя спечели. Почти всички съвременни изтребители имат схема на тласкач (реактивен двигател е разположен в опашката) - и автомобили с реданова схема (двигателят е отпред) и с разполагане на двигатели на крилата (като Me-262) бързо напуснаха арената, губейки конкуренцията.
Трябва да се отбележи, че реактивният височинен разузнавателен самолет М-17 и М-55 "Геофизика" на Мясищев на Мясищев са направени по схема, много близка до винтовите машини с тласкач. Има класика точно там - опашка с две лъчи, двигатели зад фюзелажа пред опашката:
Между другото, според резултатите от продухванията, двулъчева схема с двигател в задната част на фюзелажа в конструкторското бюро Myasishchev беше призната за най-добрата за дозвуков самолет за голяма надморска височина. Дори е по-добре от чисто "летящо крило" (с което просто има много технологични и компоновъчни проблеми).
И сега вие, разбира се, питате - защо схемата с натискащи винтове (именно винтове!) Все още не се използва навсякъде - с такива и такива предимства? Отговорът е много прост -духащи крила. Самото издухване на крилото с въздушен поток от витлата позволява да се получи допълнителна повдигаща сила от крилото не само при ниска скорост на самолета, но дори и при обикновено изправен самолет. В резултат на това е възможно да се постигне, че самолет от типа Fieseler Fi.156 Storch (с изключително усъвършенствана механизация на крилото и високоефективен нискоскоростен профил) при пълна газ на двигателя може да излети буквално от място, без разбег:
Тази снимка ясно показваосвободена механизация на крилото (предкрилки и предкрилки за целия размах на крилото), както и явно превишена височина на предния колесник. Въпреки това, такъв колесник е направен с причина - именно той задава оптималния ъгъл на атака на крилото при излитане, което ви позволява да излитате почти без излитане.
Общо взето тук е вододелът между двете схеми. Имате нужда от самолет за ефективен бърз полет на голяма надморска височина - схемата с тласкащо витло е по-изгодна. Имате нужда от самолет за излитане от къси писти и летене с ниска скорост - по-изгодна е схема с теглещо витло.