Почему у одних самолётов двигатели под крылом, а у других - в хвосте: простое объяснение сложной инженерии
В аэропорту легко заметить: Boeing катит с движками под крылом, а старый Ту-134 - с моторами в хвосте. Кто-то может подумать - дело вкуса конструкторов. Ошибка.
В самолёте каждая деталь стоит на своём месте по железной необходимости. Двигатель поставишь не туда - получишь проблемы с управляемостью, экономичностью или безопасностью. Иногда все сразу.
Авиаинженеры десятилетиями искали оптимальные варианты. Каждая схема - результат долгих расчётов и компромиссов.
Под крылом - выбор большинства
9 апреля 1967 года поднялся в воздух первый Boeing 737. Двигатели висели прямо под крыльями - тогда это казалось рискованным решением. Слишком близко к земле, опасность попадания мусора.
Но схема выстрелила. Сегодня девять из десяти пассажирских лайнеров построены именно так.
Причины простые. Механику работать удобно - подошёл к самолёту и сразу видишь мотор. Не нужны подъёмники и стремянки. Тяга идёт почти через центр машины - никаких лишних моментов при изменении режима. Один двигатель заглох? Второй спокойно тянет, самолёт остаётся управляемым.
Правда, жизнь показала подводные камни. История Boeing 737 MAX - хороший пример. Новые большие двигатели LEAP-1B физически не помещались в старое место. Инженеры подняли их выше, сдвинули вперёд. Аэродинамика поменялась - понадобилась система MCAS для компенсации. Дальше известная трагедия с двумя катастрофами.
Ещё минус - шум. Кто сидел над крылом, знает: там громче всего. Двигатель прямо под ухом.
В хвост - советский подход
1 августа 1960 года вышло постановление о разработке Ту-134. Конструкторы взяли неудачный Ту-124 и кардинально переделали - двигатели перенесли в хвост.
Идея понравилась многим. Як-40, Ту-154, французские бизнес-джеты Dassault Falcon - все с хвостовыми моторами. Схема давала ощутимые плюсы.
В салоне действительно тихо - двигатели за спиной, а не рядом с креслами. Крыло остаётся чистым, что улучшает аэродинамику. При жёсткой посадке моторы не зацепят землю - они высоко.
Но есть серьёзные недостатки. Тяжёлые двигатели в хвосте смещают центр тяжести назад. Приходится всё пересчитывать - где разместить крыло, как распределить нагрузки. Техническое обслуживание усложняется - до мотора не дотянешься без специальной техники.
Хуже всего поведение при отказе двигателя. Оставшийся мотор создаёт мощный разворачивающий момент. Самолёт начинает крутиться вокруг вертикальной оси. От пилота требуется высокое мастерство, чтобы удержать курс.
А главная проблема - габариты современных двигателей. У Boeing 777 диаметр вентилятора превышает 3,25 метра. Такую громадину в хвост не засунешь даже теоретически.
Над крылом - экзотика с толком
Ан-72 и Ан-74 остаются единственными серийными самолётами с верхним расположением двигателей. Смотрятся необычно, но физика работает правильно.
Конструкторы КБ Антонова применили эффект Коанда. Горячая струя из двигателя "прилипает" к верхней поверхности крыла и дополнительно его обдувает. Подъёмная сила увеличивается примерно на 20 процентов.
Схема пригодилась для специфических условий. На Севере снег и лёд с полосы не попадают в воздухозаборники. На плохих аэродромах камни и грязь тоже не страшны. А дополнительная подъёмная сила позволяет работать с коротких полос.
Цена вопроса - адский шум в кабине. Звук отражается от крыла и бьёт прямо в уши экипажа. Без специальных наушников работать невозможно.
Внутри крыла - красота против практичности
De Havilland Comet в начале 1950-х встроил четыре двигателя в корневую часть крыла. Выглядело изящно - никаких торчащих деталей, чистые линии.
На практике получился кошмар для эксплуатации. Добраться до мотора можно только разобрав половину конструкции. Охлаждение работает плохо - воздуха в крыле мало. Пожарная безопасность вызывает вопросы - тушить загоревшийся двигатель практически нечем.
Военная авиация иногда использует встроенные схемы. Ту-160 прячет моторы в подфюзеляжные гондолы. Но там приоритеты другие - малая заметность для радаров важнее удобства механиков.
Законы физики не обманешь
Основной принцип авиации: тяга должна проходить через центр тяжести самолёта. Сдвинешь двигатель в сторону - получишь паразитные моменты при каждом изменении режима работы.
У хвостовых схем проблема острая. Отказал один мотор - асимметричная тяга разворачивает машину. Пилот давит педали руля направления, борется с креном и рысканием одновременно.
Подкрыльевые схемы ведут себя спокойнее. Но и тут не всё гладко - при отказе двигателя падает подъёмная сила с одной стороны. Появляется крен, который нужно парировать.
Все эти факторы учитываются ещё на стадии проектирования. Компьютеры просчитывают тысячи вариантов, прежде чем инженеры выберут оптимальный.
Электричество меняет правила
NASA экспериментирует с проектом X-57 - 14 электромоторов интегрированы прямо в крыло. Airbus планирует для ZEROe водородные турбины в задней части фюзеляжа. Китайские разработчики создают самолёты-мультикоптеры с десятками винтов.
Электрические двигатели компактнее, меньше греются, их можно размещать практически где угодно. Распределённая тяга становится реальностью - вместо двух огромных моторов множество маленьких по всему размаху крыла.
Пока тормозят батареи. Современные аккумуляторы слишком тяжёлые для дальних полётов. Но технологии развиваются быстро.
Каждому своё место
Универсального решения не существует. Есть оптимальные варианты для конкретных задач.
Массовые пассажирские перевозки - двигатели под крыло. Схема отработана миллионами полётов, экономична в эксплуатации.
Региональная авиация и бизнес-джеты - можно размещать в хвосте. Тише для пассажиров, элегантнее внешне.
Экстремальные условия эксплуатации - над крылом. Редкое решение, но эффективное там, где обычные схемы не работают.
За каждым выбором стоят инженерные расчёты, экономические соображения и требования безопасности. Красота и элегантность - на последнем месте.
А вы замечали разницу в шуме и вибрациях на разных типах самолётов? Какие ощущения от полётов запомнились больше всего?
Источник: Авиаобзор | Артём Гилямов
