Авиационный сборник № 3

Силовые схемы одномоторных истребителей (ЭИ № 12 (244), май 1944 г.)

На вооружении ВВС воюющих стран состоит большое количество одномоторных истребителей. В большинстве случаев все эти истребители проектировались по очень сходным техусловиям, поэтому естественно заключить, что они мало чем отличаются друг от друга. Это справедливо прежде всего в отношении аэродинамической схемы, так как в этой области нет большого простора для конструктора.

Значительно больший выбор вариантов имеется при проектировании элементов конструкции, и действительно, изучение существующих типов одномоторных истребителей обнаруживает большое разнообразие конструктивных систем. Силовые схемы пяти одномоторных истребителей, рассмотренные в статье, помещенной в журнале «Flight», достаточно показательны, хотя количество существующих схем, конечно, ими не исчерпывается.

Здесь уместно отметить, что величина веса, поддающаяся контролю авиаконструктора, очень мала. При проектировании самолета он должен исходить из мотора определенной мощности и веса. Обычно продолжительность полета, а следовательно, и вес горючего указаны в техусловиях. Вооружение (т. е. типы и количество оружия и боекомплект), приборы и агрегаты оборудования тоже, как правило, обусловлены.

Из вышесказанного следует, что конструктор может проявить свою изобретательность только при проектировании планера, причем даже в этом случае он не имеет свободы действий, будучи вынужден учитывать наличие материалов и производственные возможности.

Выбор конструктора часто осложняется некоторыми практическими соображениями. Например, следует считать, что фюзеляж с работающей обшивкой может быть легче ферменного. Но фюзеляж ферменного типа облегчает установку многочисленного оборудования, что на современном военном самолете иногда связано с очень большими затруднениями. Кроме того, фюзеляжи типа монокок значительно сложнее в производстве.

Существует, конечно, много других спорных проблем, которые должны быть разрешены конструктором, но вышесказанное дает достаточное представление о том, в какой степени авиационная конструкция определяется компромиссными решениями противоречивых требований. Рассмотрим несколько примеров.

Самолет Супермарин «Спитфайр» имеет однолонжеронное крыло, прикрепленное к фюзеляжу с работающей обшивкой. Из рассмотрения силовой схемы (рис. 1) можно заключить, что в месте крепления лонжерона к фюзеляжу происходит значительная концентрация напряжений. Нижние подмоторные брусья, а также стойки шасси крепятся к лонжерону центроплана. Нагрузки от верхних точек крепления под моторной рамы распределяются по обшивке фюзеляжа посредством верхних лонжеронов, идущих к главному заднему шпангоуту фюзеляжа. На приведенных схемах самолета «Спитфайр» и четырех других истребителей легкие промежуточные шпангоуты не показаны в целях выделения основных силовых элементов, которые вместе с работающей обшивкой образуют основную конструкцию. Верхние лонжероны у «Спитфайра» позади главного заднего шпангоута сходят на нет; нижние лонжероны более легкие, чем верхние.

Стойки шасси убираются наружу: это дает то преимущество, что нагрузки концентрируются в одном месте и большие напряжения, возникающие в тех случаях, когда стойки шасси крепятся к лонжерону крыла на некотором расстоянии от фюзеляжа, устраняются. Недостатком такой схемы убирания шасси является сравнительно узкая колея.

«Спитфайр» является хорошим примером самолета с однолонжеронным крылом, передняя кромка которого снабжена прочной обшивкой, работающей на кручение. Небольшой вспомогательный лонжерон играет вспомогательную роль.

Самолет Хоукер «Харрикейн» в настоящее время является за границей единственным истребителем ферменной конструкции, имеющим широкое применение (рис. 2). Выше отмечалось, что применение фюзеляжа этого типа облегчает монтаж оборудования благодаря возможности доступа к нему через отверстия между стержнями и раскосами. Однако на самолете «Харрикейн» сохранение фюзеляжа ферменного типа объясняется другой причиной. Фирма «Хоукер» специализировалась в течение многих лет на этом типе фюзеляжа, бипланы этой фирмы имели также стальные ферменные лонжероны крыла. Опасаясь перебоев в производстве в случае перехода к монококовой конструкции, фирма решила придерживаться освоенного типа.

Рис. 2

Рис. 3

В связи с этим прототип самолета «Харрикейн» имел крыло ферменной конструкции с полотняной обшивкой. У последующих модификаций консоли крыльев имели работающую обшивку, а фюзеляж и центроплан крыла сохранили ферменную конструкцию. По сравнению с прототипом, имевшим полетный вес в 2720 кг, произошло увеличение полетного веса более чем на 50 % в последних вариантах, что повлекло за собой только увеличение толщин применяемого материала, но не повлекло за собой крупных изменений силовой схемы.

У самолета «Харрикейн», так же как у самолета «Спитфайр», центроплан крыла имеет лонжерон. На самолете «Спитфайр» (см. рис. 1) этот лонжерон расположен в фюзеляже и консоли закреплены вблизи бортов фюзеляжа. На самолете «Харрикейн» центроплан имеет довольно большой размах и консоль крыла, снабженная работающей обшивкой, соединяется с центропланом ферменного типа на большом расстоянии от бортов фюзеляжа.

С точки зрения простоты конструкции трудно усовершенствовать самолет Норт Америкен «Мустанг», сочетающий однолонжеронное крыло с очень простым фюзеляжем с работающей обшивкой (рис. 3). Обе эти части представляют собой законченные самостоятельные агрегаты, которые скрепляются между собой только четырьмя болтами. Четыре лонжерона идут до хвостовой части, постепенно сужаясь к задним концам. К передним концам их прикреплена противопожарная перегородка; к этим четырем точкам крепятся вильчатые концы очень простых подмоторных брусьев. Последние имеют коробчатое сечение и состоят из склепанных между собой швеллеров и стенок. Простота этих подмоторных брусьев достигается за счет некоторого увеличения веса, вызванного значительной концентрацией напряжений в месте разветвления стержней.

Интересно сравнить крыло самолета «Мустанг» с крылом самолета «Спитфайр». В последнем лонжерон в крыле находится на небольшом расстоянии от передней кромки, тогда как на самолете «Мустанг» он расположен в плоскости, совпадающей примерно с нормальным положением центра давления, вследствие чего скручивающие напряжения, возникающие на больших скоростях (малых углах атаки), когда центр давления смещается назад, невелики.

Преимуществом размещения лонжеронов на большом расстоянии от передней кромки является то, что при этом крыльевые пулеметы, установленные на лонжероне, не выступают за переднюю кромку крыла, как это имеет место в случае, когда они установлены на переднем лонжероне двухлонжеронного крыла или на лонжероне, расположенном на небольшом расстоянии от передней кромки, как на самолете «Спитфайр». Другим преимуществом расположения лонжерона на большом расстоянии от передней кромки является возможность убирания колес в часть крыла впереди лонжерона, имеющую наибольшую толщину.

Целью конструктора самолета Фокке-Вульф FW-190 была, очевидно, компактность. Самолет спроектирован под звездообразный мотор, плотно закрытый капотом, хорошо прилегающим к фюзеляжу. Как и на самолете «Мустанг», здесь выбрано однолонжеронное крыло, причем в консолях крыла лонжерон расположен очень близко от передней кромки. Для обеспечения возможности убирания колес в крыло впереди лонжерона конструктор изогнул лонжерон, как показано на схеме (рис. 4). Это дало возможность не только закрепить в пяти точках мотораму, состоящую из труб, расположенных в виде треугольников, но и передвинуть центральную часть лонжерона назад в плоскость центра давления.

Конструкция самолета FW-190, крыло которого выполнено почти за одно целое с фюзеляжем, значительно усложняет ремонт в полевых условиях. Замена крыла является также весьма трудной задачей.

Рис. 4

Рис. 5

Самолет Белл «Эркобра» имеет во всех отношениях оригинальную конструкцию и по внешнему виду значительно отличается от других одномоторных истребителей. Изображенная схема (рис. 5) была почти неизбежна вследствие того, что мотор жидкостного охлаждения было решено установить в фюзеляже позади летчика.

Силовую схему самолета «Эркобра», фюзеляж которого воспринимает непосредственно нагрузки от крыла и мотора, можно сравнить с силовой схемой шасси автомобиля. Нижняя часть фюзеляжа на участке расположения мотора и летчика является основным силовым элементом самолета, к которому крепятся также корневые части крыла. Передняя часть его должна быть достаточно прочной на кручение, чтобы воспринимать реактивный крутящий момент от редуктора винта, расположенного в носу фюзеляжа. В переднюю часть фюзеляжа убирается также переднее колесо трехколесного шасси.

Два задних колеса трехколесного шасси расположены дальше назад по сравнению с шасси обычной схемы и убираются в отсек позади главного лонжерона. Вооружение расположено в крыльях снаружи от отсеков и в носу фюзеляжа.