Летательные аппараты нетрадиционных схем

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.

Попытки группировать 4 или большее число двигателей близко к фюзеляжу были частыми вплоть до конца 1920-х гг., когда совершенствование системы управления позволило располагать все двигатели в одну линию - вдоль размаха крыла. Еще один крупный шаг вперед в этом отношении был совершен в конце 1920-х-начале 1930-х гг., когда широкое применение монопланных крыльев с профилем большой относительной толщины дало возможность встраивать мотогондолы в конструкцию крыла. Это позволило существенно улучшить аэродинамические обводы создаваемых самолетов.

Разработка летающих лодок, имеющих фюзеляж в виде корпуса, способного плавать на воде, снова поставила конструкторов авиационной техники перед необходимостью расположения воздушных винтов достаточно высоко над водой. Для самолетов этого класса традиционной стала установка двигателей в гондолах между крыльями или над ними. Такое решение приводило к увеличению массы конструкции и порождало ряд технических сложностей. Отметим, что и сегодня выбор места для установки воздушного винта является основной проблемой при создании летающих лодок.

В ходе развития авиации были исследованы и экспериментально опробованы различные схемы установки двигателей и воздушных винтов как для однодвигательных, так и для многодвигательных самолетов. Некоторые из этих схемных решений оказались удачными и стали стандартными в практике авиастроения. Другие же показали свою нежизнеспособность и остались лишь в анналах истории авиации.

Одной из особенно популярных схем установки двигателей являлось размещение их внутри фюзеляжа непосредственно в центре масс самолета. Воздушные винты приводятся в этом случае с помощью длинных валов, а сам винт располагается либо в носовой части фюзеляжа, либо в хвостовой. В случае многодвигательных самолетов с установкой двигателей по бортам фюзеляжа привод винтов осуществляется с помощью механической системы передачи крутящего момента. В большинстве случаев такая схема установки двигателей и воздушных винтов порождала больше трудностей, чем преимуществ.

Путь для разработки новых схем размещения двигателей на самолетах открыли реактивные двигатели, не имеющие воздушных винтов и поэтому устраняющие требование обеспечения необходимых зазоров между винтом и землей. Реактивные двигатели часто устанавливаются в гондолах, где они работают в условиях, практически эквивалентных тем, в которых находились винтовые двигатели. В других случаях реактивные двигатели устанавливаются внутри конструкции самолета, что позволяет целенаправленно реализовывать компоновочные преимущества реактивных двигателей, обеспечивая «чистые» аэродинамические формы самолета (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Послевоенный британский реактивный самолет «Вампир» двухбалочной схемы (фирма «Де Хевиленд»).

Как только в практике авиастроения прочно утвердилась классическая аэродинамическая схема самолета с крылом в передней части фюзеляжа и хвостовым оперением в задней, наиболее логичной схемой установки двигателя стала схема с тянущим винтом. Однако установка толкающего винта в хвостовой части фюзеляжа также обладает некоторыми достоинствами. Одним из этих достоинств является уменьшение интенсивности воздушного потока, воздействующего на летчика в открытой кабине. Другим достоинством этой схемы (которое до конца не осознавалось на заре авиации, когда самолеты обладали сравнительно невысокими скоростями полета) было уменьшение сопротивления фюзеляжа, проходящего сквозь невозмущенный поток, а не через мощный вихрь, сходящий с воздушных винтов. Правда, следует сказать, что оборотной стороной этого являлось снижение эффективности поверхностей хвостового оперения в отсутствие воздействия на них сходящего с воздушных винтов потока.

Схеме установки двигателей с толкающими винтами присущи два главных недостатка. Первый из них - необходимость обеспечения зазора между воздушным винтом и землей. В случае невысокого основного шасси взлетно-посадочный угол самолета мал, что существенно увеличивает скорость отрыва самолета при взлете и посадочную скорость при посадке.

Другой и, вероятно, основной недостаток этой схемы связан с необходимостью устанавливать двигатель близко к центру масс самолета и обеспечивать привод воздушного винта с помощью длинных передаточных валов. Ряд сопутствующих этому механических проблем был разрешен только лишь в 1950-е гг. Молтоном Тейлором при создании семейства летательных аппаратов «Аэрокар». Тейлор применил в своих конструкциях сухую муфту сцепления двигателя и приводного вала.

Показанный на рис. 7.5 французский самолет «Полан-Татен» был назван «воздушной торпедой» из-за очень обтекаемой (по тем временам) формы фюзеляжа. Отметим высокий хвостовой костыль и горизонтальное положение самолета на стоянке по сравнению с обычными самолетами с тянущим винтом.

Рис. 7.5. Французский самолет «Воздушная торпеда» фирмы «Полан-Татен» (1911 г.). Толкающий винт самолета расположен за хвостовым оперением.

Когда началась разработка самолетов, способных выполнять полеты с водной поверхности, произошло быстрое разделение этих аппаратов на два основных класса — морские самолеты, представляющие собой стандартные наземные машины, оснащенные поплавковым шасси, и летающие лодки (гидросамолеты) — аппараты, у которых фюзеляж напоминает лодку.

Большинство самолетов, оснащенных поплавками, не сталкивается с проблемами обеспечения зазора между воздушным винтом и поверхностью воды, и установка двигателя в носовой части самолета для таких машин вполне приемлема. В классе летающих лодок такая установка двигателей встречается довольно редко по вполне очевидной причине — воздушные винты должны находиться достаточно далеко от воды.

Глен Кертисс столкнулся с такой проблемой, когда в 1912 г. он создавал летающую лодку. Однако для такого самолета проблема не представляла серьезных трудностей. Конструктору удалось эффективно, с компоновочной точки зрения, заменить на одном из своих самолетов-бипланов с толкающим винтом шасси на лодочный корпус. При этом из конструкции были исключены хвостовые балки, а оперение установлено на корпус лодки в хвостовой части. Двигатель самолета размещался между крыльями биплана на достаточной высоте (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Летающая лодка Кертисса (1912 г.), по схеме которой впоследствии строились почти все однодвигательные летающие лодки.

Такая схема стала стандартной для большинства летающих лодок, которые создаются вплоть до настоящего времени. Первые серийные варианты лодки, которая получила название «модель F», были построены в 1913 г. Эти двухместные самолеты оснащались двигателем «Кертисс О» мощностью 75 л. с. (55 кВт) и обладали максимальной скоростью 88 км/ч. Было построено значительное количество таких самолетов. Несколько сотен этих машин использовались в ВМС США в качестве учебно-тренировочных вплоть до окончания первой мировой войны.

Разработанная в 1912 г. Кертиссом схема летающей лодки активно использовалась создателями летательных аппаратов этого типа вплоть до последнего времени применительно к однодвигательным машинам (которые обычно являются амфибиями монопланной схемы). На этих самолетах двигатель в гондоле устанавливается над корпусом в районе центра масс самолета. Большинство машин указанного типа оснащается толкающими винтами, хотя есть несколько примеров использования тянущего винта. На рис. 7.7 показан самолет VJ-22 «Чубаско» (который часто называют «спортсменом»), построенный Волмером Дженсеном в 1958 г.

Рис. 7.7. Любительский аппарат-амфибия монопланной схемы VJ-22 «Волмер» (напоминает летающую лодку Кертисса 1912 г.).

Характерными конструктивными особенностями самолета являются использование деревянного корпуса, крыльев и оперения от выпускаемого для рынка любительских самолетов легкого летательного аппарата с двигателем мощностью 65 100 л. с. (48 73,5 кВт). При постройке такого самолета необходимо провести значительный объем работ по корпусу и установке двигателя (этот объем работ превышает 51 % всех работ по постройке самолета, поэтому выпускаемые серийно крылья и оперение могут быть использованы без нарушения правила, гласящего, что любительский или самодельный самолет должен строиться более чем на 51 % руками авиатора-любителя).

После создания VJ-22 было выпущено несколько модификаций этого самолета, также предназначенных для любительского рынка.

К числу первых попыток размещения двигателя одновинтового самолета внутри фюзеляжа в районе центра тяжести относится американский самолет D-2 «Галлоде», построенный в 1916 г. Этот самолет оснащался двумя установленными рядом в фюзеляже двигателями «Дасенберг», которые приводили в движение одиночный воздушный винт, установленный на кольце, охватывающем фюзеляж (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Американский самолет D-4 «Галлоде». Двигатель установлен в центральной части фюзеляжа, а воздушный винт охватывает хвостовую часть.

D-2 выполнил ряд успешных полетов, но на следующей модели D-4 (1918 г.) уже использовался один двигатель «Либерти» мощностью 400 л. с. (294 кВт). Серийное производство этих самолетов не было налажено, однако D-4 оказался достаточно скоростным самолетом, и ВМС США использовали их в нескольких гонках, проведенных после первой мировой войны. Другие авиаторы также пытались реализовать концепцию винта по типу D-2, но также быстро ее оставили. Для наземных самолетов эта схема создавала значительные проблемы зазора между винтом и землей, а для морских аппаратов типа «Галлоде» возникала проблема попадания водяных брызг:.а воздушный винт.

Единственным однодвигательным поршневым самолетом серийного производства с двигателем, размещенным внутри фюзеляжа в районе центра масс и приводящим воздушный винт через длинный приводной вал, был истребитель Р-39 «Аэрокобра» фирмы «Белл» (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Истребитель Р-39 «Аэрокобра» фирмы «Белл» (1938–1944 гг.), двигатель которого устанавливался непосредственно над крылом и соединялся с воздушным винтом посредством вала длиной около 3 м.

В период с 1938 по 1944 г. для ВВС США и союзников по антигитлеровской коалиции было построено более 9000 таких самолетов (включая дальнейшую модификацию этого самолета Р-63 «Кинг Кобра»).

Основным соображением, по которому двигатель самолета «Аэрокобра» располагался в районе центра масс, было стремление проектировщиков установить пушку калибра 37 мм в передней части фюзеляжа, где она могла стрелять через кок воздушного винта. На многих истребителях первой мировой войны пушки стреляли через полый кок винта, но они обычно устанавливались между блоками цилиндров двигателей с V-образным расположением цилиндров, у которых линия действия тяги воздушного винта проходила над коленвалом, а привод винта осуществлялся с помощью редуктора. Фирма «Белл» также могла пойти по этому пути, но в конечном итоге решила разместить двигатель в районе центра тяжести для уменьшения моментов инерции с целью повышения маневренных характеристик самолета. Длинный (3 м) вал проходил под летчиком и приводил в движение поднятый относительно оси вала воздушный винт с помощью шестеренчатой передачи.

Р-39 оказался не очень удачным истребителем, так как его высотный диапазон был значительно ограничен из-за отсутствия двухступенчатого турбонагнетателя двигателя. Однако мощное вооружение самолета, состоявшее из одной пушки калибра 37 мм и пулеметов калибра 12,7 мм. позволило эффективно применять самолеты этого типа для уничтожения фашистских танков. Особенно успешно использовали этот самолет военно-воздушные силы СССР во время второй мировой войны.

Первыми четырехдвигательными бомбардировщиками в мире (а также и первыми реально используемыми самолетами этого класса) стали несколько созданных в России бомбардировщиков конструкции Сикорского. На всех этих самолетах двигатели располагались в одну линию над нижним крылом. Следует отметить, что эти бомбардировщики оказались не особенно удачными. Первым по настоящему удачным самолетом этого класса стал созданный в 1916 1918 гг. самолет Стакена R-VI, построенный в Германии с помощью знаменитой дирижаблестроительной фирмы Ф. Цеппелина. Буква R в обозначении самолета это первая буква немецкого слова Ricsenflugzeug — самолет-гигант. Впоследствии в Германии обозначение R было принято для всех сверхтяжелых самолетов.

В конструкции R-VI четыре двигателя были установлены попарно и оснащены тянущими и толкающими винтами. Спаренные двигатели устанавливались в единой мотогондоле по противоположным бортам фюзеляжа для уменьшения разворачивающего момента при уменьшении тяги двигателей одного борта (рис. 7.10). Такая схема стала стандартной для многих четырехдвигательных самолетов, построенных в начале 1930-х гт.

Рис. 7.10. Немецкий четырехдвигательный бомбардировщик R-VI (фирмы «Цеппелин-Стакен»), построенный в 1916–1918 гг., двигатели которого устанавливались тандемными парами в гондолах около фюзеляжа для минимизации асимметрии тяги при отказе.

R-VI был действительно гигантским самолетом размах крыла составлял 42,2 м, а площадь крыла 334 м². Мотогондолы, в которых устанавливались двигатели «Мейбах» мощностью 245 л.с. (180 кВт), были достаточно велики для того, чтобы разместить между ними кабину бортмеханика, обслуживающего двигатели в полете. На некоторых моделях этих самолетов в кабине бортмеханика размещался стрелок, который мог подняться из мотогондолы по лестнице к пулеметной установке на верхней части верхнего крыла. Взлетная масса R-VI составляла 11 800 кг, а максимальная скорость - 135,2 км/ч. Несколько таких машин было переоборудовано в пассажирские.

Опробованы и другие компоновочные схемы, целью которых было сгруппировать четыре двигателя вокруг фюзеляжа. Линия центров тяг четырех двигателей «Бристоль-Юпитер» мощностью 550 л. с. (404 кВт) самолета «Хендли Пейдж» НР-42, построенного в 1930 г., проходила еще ближе к оси самолета, чем на «Стакене» R-V1. Установленные на верхнем крыле два двигателя размещались так близко друг к другу, насколько это позволяли воздушные винты (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Британский самолет «Хендли Пейдж» НР-42» (1930 г.) с оригинальной компоновкой четырех двигателей около фюзеляжа.

НР-42 стал стандартным авиалайнером авиакомпании «Империал эруэйз». Было построено 8 таких самолетов, способных перевозить от 24 до 38 пассажиров с крейсерской скоростью 160 км/ч.

Одним из ранних примеров шестидвигательного бомбардировщика, объединяющего в себе схемы установки двигателей, характерные для самолетов «Стакен» R-VI и НР-42, стал построенный в конце первой мировой войны самолет «Тэррент Тейбор» (доводка самолета была завершена уже после первой мировой войны). Это был гигантский самолет размах центрального крыла составлял 40 м, а площадь крыльев 460 м². Взлетная масса равнялась 20 260 кг.

Силовая установка самолета состояла из 6 двигателей «Нэпьер-Лайон» мощностью 450 л. с. (294 кВт); 4 из них размещались в двух гондолах между нижним и центральным крыльями, а 2 - в гондолах между центральным и верхним крыльями (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Британский «Тэррент Тейбор» (1919 г.). При первом взлете перевод верхних двигателей на максимальные обороты вызывал опрокидывание самолета.

Для выполнения первого взлета самолета 26 мая 1919 г. летчик выполнял разбег, используя главным образом мощность нижних двигателей. Когда он перевел верхние двигатели на режим максимальной мощности, создаваемый этими двигателями момент оказался столь большим, что его не удалось сбалансировать путем отклонения рулей высоты, и самолет перевернулся через нос. На этом работы были прекращены.

Некоторые создатели самолетов пытались реализовать преимущества внутреннего размещения четырех двигателей в конструкции тяжелых самолетов для исключения аэродинамического сопротивления традиционных мотогондол и дополнительных элементов конструкции тина подкосов и расчалок. Обычно поставленная задача решалась путем размещения воздушных винтов по бокам фюзеляжа с приводом их посредством валов и коробок передач. Иначе была решена эта проблема на построенном в 1918 г. в Германии самолете Линке и Хофмана R-II. Четыре двигателя фирмы «Мерседес» мощностью 260 л.с. (190 кВт) были размещены двумя тандемными парами внутри фюзеляжа и связаны с одиночным воздушным винтом, имеющим диаметр 6,9 м (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Немецкий самолет «Линке-Хофман» R-II (1918 г.) с четырьмя двигателями мощностью 260 л.с., которые приводят во вращение один воздушный винт.

В то время это был самый большой воздушный винт за всю историю авиации; более крупные воздушные винты применялись только на нескольких дирижаблях. Каждый из четырех двигателей мог быть отключен от вала с помощью специальной муфты, и R-II был способен выполнять нормальные полеты и на двух двигателях.

Был построен только один экземпляр этого самолета. После нескольких испытательных полетов самолет был уничтожен согласно требованиям Версальского мирного договора.

Одним из ставших серийными самолетов, у которого один двигатель, размещенный в фюзеляже, приводил в движение два разнесенных воздушных винта посредством валов и передач, был разработанный в 1916 г. французский самолет «Сальмсон-Муано». Этот самолет воздушного наблюдения оснащался радиальным двигателем водяного охлаждения «Сальмсон» мощностью 230 л. с. (169 кВт), который устанавливался поперек фюзеляжа (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Французский самолет «Сальмсон-Муано» (1916 г.) с одним радиальным двигателем, установленным поперек фюзеляжа, который вращает два воздушных винта.

Из передней и задней частей двигателя выходили валы, связанные с шестеренчатой передачей, через которую крутящий момент передавался на воздушные винты. Эти самолеты выпускались небольшой серией.

Оригинальным самолетом был экспериментальный трехмоторный «Сальмсон», на котором два радиальных двигателя, установленные поперек фюзеляжа, приводили через систему валов и передач два воздушных винта. Третий двигатель, размещенный в носовой части, непосредственно вращал третий воздушный винт (рис. 7.15).

Рис. 7.15. Один из вариантов самолета «Сальмсон-Муано» (с тремя двигателями, один из которых вращает воздушный винт непосредственно, а два других через коробку приводов).

На немецкой фирме «Дорнье», когда она в 1915 г. начала строить большие летающие лодки, было признано целесообразным стремиться к обеспечению максимальной близости линии тяги двигателей и осевой линии самолета. На четырехдвигательных летающих лодках двигатели обычно располагались парами в единых мотогондолах и оснащались толкающим и тянущим воздушными винтами. Послевоенные двухдвигательные летающие лодки «Дорнье» сохранили тандемную схему установки двух двигателей, но зона размещения двигателей была перенесена на верхнюю поверхность монопланного крыла. Четырехдвигательные летающие лодки оснащались аналогичными мотогондолами, максимально приближенными к оси симметрии самолета (насколько это позволяют воздушные винты).

Логическим завершением такого подхода в создании летающих лодок был гигантский самолет Do-X. спроектированный в 1926 г. и построенный в 1929 г. Силовая установка этого самолета состояла из 12 двигателей «Бристоль-Юпитер» английского производства (мощность 450 л. с., или 330 кВт), установленных в шести надкрыльевых мотогондолах. Так как воздушные винты находились непосредственно над поверхностью крыла в районе задней и передней кромок, гондолы были подняты на подкосах для обеспечения требуемого зазора между винтами и конструкцией крыла (рис. 7.16).

Рис. 7.16. Немецкий самолет Do-X (1929 г.) фирмы «Дорнье» с 12 двигателями в виде шести тандемных пар в гондолах над крылом.

Do-X с исходными двигателями обладал недостаточной мощностью силовой установки. Положение не удалось исправить даже заменой этих двигателей на более мощные «Кертисс Конкерор» мощностью 600 л. с. (441 кВт). В течение нескольких лет Do-X был крупнейшим в мире самолетом по взлетной массе и величине размаха крыла. Этот самолет до сих пор остается единственным в мире 12-двигательным самолетом. В одном из своих полетов Do-X установил мировой рекорд выполнял на протяжении одного часа полет со 169 человеками на борту — 159 пассажиров и 10 членов экипажа. Первый из трех построенных Do-X находился в Берлинском авиационном музее и был уничтожен во время одной из бомбежек в ходе второй мировой войны.

В отличие от «Сальмсона», в котором один двигатель использовался для привода двух воздушных винтов, немецкий самолет Do-14 «Дорнье», построенный в 1936 г., имел один толкающий винт, расположенный в традиционном месте над крылом. Винт приводился в движение с помощью вала и двух коробок передач от двух двигателей BMW VI водяного охлаждения мощностью 690 л. с. (570 кВт), установленных в корпусе этой, во всех прочих отношениях традиционной, летающей лодки (рис. 7.17).

Рис. 7.17. Летающая лодка Do-14 фирмы «Дорнье», в корпусе которой размещаются два двигателя, приводящие в движение один толкающий винт, установленный над крылом.

Двигатели располагались тандемом вдоль продольной оси самолета навстречу друг другу. Каждый из двигателей был соединен с коробкой передач, расположенной между ними. Вертикальный вал, выходящий из этой коробки передач, приводил в действие редуктор, установленный сверху и непосредственно вращающий вал воздушного винта. Описанная механическая система успешно работала, но был построен всего лишь один такой самолет.

В процессе проектирования приходится принимать множество компромиссных технических решений в целях удовлетворения требований, предъявляемых к летательному аппарату. Дорнье создал очень неплохой четырехдвигательный пассажирский самолет «Супер Уэл», который, к сожалению, не обладал трансатлантической дальностью полета, что позволило бы ему принять участие в международном коммерческом соревновании за право обслуживать трансатлантические воздушные линии, которые стали прокладываться в конце 1930-х гг.

Увеличение дальности полета и скорости требовало значительных по объему доводочных работ, в частности, улучшения общей аэродинамики самолета. Это было сделано при сохранении схемы установки двигателей в виде тандемных пар. Однако возникла проблема слишком близкого расположения воздушных винтов к поверхности воды. Так как воздушные вин гы были установлены на удлинительных валах (для того, чтобы иметь возможность сдвинуть задние двигатели несколько вперед для обеспечения требуемой центровки самолета), было найдено конструктивное решение в виде поворота валов в зоне их соединения с двигателем. Таким образом, воздушные винты значительно приподнимались при выполнении взлета и посадки (рис. 7.18). Незначительная потеря тяги из-за отклонения винтов вверх более чем компенсировалась увеличением крейсерской скорости полета.

Рис. 7.18. Летающая лодка Do-26 фирмы «Дорнье» (1939 г.). Задние воздушные винты вместе с приводными валами поднимаются при взлете и посадке для предотвращения попадания брызг воды на винты.

Исходный самолет Do-26, построенный для германской авиакомпании «Люфтганза», использовался в полетах через Южную Атлантику вплоть до начала второй мировой войны. Для обеспечения полетов этих самолетов с большим запасом топлива, чем допускается по максимальной взлетной массе, запуск осуществлялся с помощью катапульты, установленной на специально оборудованных кораблях. Когда разразилась война, принадлежащие авиакомпании три Do-26 и все остальные находившиеся в производстве самолеты этого типа были переданы ВВС Германии.

Самым распространенным способом увеличить скорость однодвигательного самолета является установка более мощного двигателя. Если такого двигателя нет, приходится искать другие способы решения проблемы.

Для гоночного самолета дополнительное сопротивление при традиционной схеме установки двух двигателей будет поглощать практически любое приращение скорости, которое может быть получено за счет увеличения мощности силовой установки. Марио Кастольди решил эту проблему на самолете МС-72 (построенном итальянской формой «Макки»), который он готовил в 1931 г. для участия в гонках на приз Шнайдера.

Это был обычный одноместный гоночный морской самолет с тянущим винтом и двумя поплавками. Силовая установка самолета состояла из двух двигателей «Фиат AS-6» мощностью 1300 л. с. (955 кВт), установленных друг за другом и связанных в единый энергоузел. Эти двигатели приводили в движение соосные воздушные винты противоположного вращения (рис. 7.19).

Рис. 7.19. Итальянский гоночный самолет «Макки-Кастольди» с двумя расположенными тандемом двигателями и первыми в мире работоспособными соосными винтами противоположного вращения.

Различные технические проблемы не позволили МС-72 принять участие в гонках 1931 г., для которых он и был построен, но после установки новой пары двигателей, развивающих мощность 3100 л. с. (2278 кВт), 23 октября 1934 г. на этом самолете был установлен мировой рекорд скорости полета — 709,7 км/ч. Этот рекорд был зарегистрирован в качестве абсолютного рекорда скорости, и хотя в 1939 г. он был побит несколькими экспериментальными сухопутными самолетами немецкого производства, для винтовых гидросамолетов он и сегодня остается рекордом. Самолет МС-72 в настоящее время находится на хранении в Авиационном музее в Турине.

Другой способ реализации преимуществ, даваемых двухдвигательной силовой установкой (в том числе и по отказобезопасности) при одновременном сохранении обтекаемых форм, характерных для однодвигательных самолетов, был испробован американцем Аланом Лоухедом в 1931 г. Он использовал для создания своего самолета планер высокоплана «Вега» фирмы «Локхид».

Силовая установка состояла из двух двигателей «Менаско» мощностью 125 л. с. (91,9 кВт). Эти шестицилиндровые рядные двигатели воздушного охлаждения устанавливались рядом в расширенной носовой части фюзеляжа (рис. 7.20). Экспериментальный самолет, получивший название «Олимпик», выполнил несколько успешных полетов. Однако в годы экономического кризиса в начале 1930-х гг. этот самолет не нашел заказчиков.

Рис. 7.20. Самолет американца А. Лоухеда «Олимпик Дуо Сикс». Два двигателя «Менаско», установленные рядом головками цилиндров вниз, обеспечивают минимальный зазор между воздушными винтами.

Идея Лоухеда и Локхида о целесообразности установки двух двигателей в носовой части фюзеляжа, аналогично тому, как это делается на однодвигательных самолетах, не была забыта после неудачи с «Олимпиком». В 1938 г. фирма «Локхид эркрафт» организовала дочернее предприятие «Вега эркрафт» неподалеку от своего основного завода в г. Бербанк (шт. Калифорния). Именно здесь была предпринята попытка реализовать описанный выше подход другим способом.

На самолете, как и раньше, использовались два двигателя «Менаско» мощностью 250 л. с. (183,7 кВт) и планер одного из построенных ранее фирмой «Локхид» самолетов «Олтер». Таким образом была создана летающая лаборатория для отработки идеи, которая своими корнями уходит к самолету R-II Линке и Хофмана — установить рядом два двигателя, приводящие в движение один воздушный винт. В этом самолете двигатели были размещены вертикально, что позволило получить достаточно традиционную форму носовой части (рис. 7.21). Такая схема установки получила название «Юнитвин». Если один из двигателей отказывает, он может быть отсоединен от воздушного винта, а самолет будет продолжать полет на одном двигателе.

Рис. 7.21. Самолет «Старлайнер» фирмы «Локхид» с силовой установкой «Юнитвин», состоящей из двух размещенных рядом двигателей «Менаско» и одного воздушного винта.

Модифицированный таким образом «Олтер» летал довольно успешно, что вдохновило его создателей на разработку коммерческой модели самолета, который впоследствии получил название «Старлайнер». Этот самолет, как и его предшественник, оказался удачным; однако наращивание военных приготовлений ко второй мировой войне привело к тому, что от проекта пришлось отказаться.

Дорнье разработал самолет Do-335 «Пфайль» (в переводе с немецкого «стрела») в конце второй мировой войны. Это самолет-истребитель, оснащенный двумя двигателями «Даймлер-Бенц» 603А мощностью 1700 л. с. (1286 кВт), которые размещались в узком фюзеляже. При установке двигателей была реализована идея Кастольди о тандемном расположении двигателей по оси самолета наряду с более старой идеей использования расположенного за хвостовым оперением толкающего винта. В результате был создан очень удачный самолет с тандемным размещением двигателей и тянущим и толкающим воздушными винтами. Один двигатель находился в носовой части фюзеляжа, а другой - сразу за крылом. Задний двигатель приводил в движение толкающий воздушный винт с помощью удлинительного вала (рис. 7.22). Передний двигатель оснащался традиционным носовым радиатором, а радиатор заднего двигателя находился в нижней части хвостового отсека фюзеляжа, как это было сделано на самолете Р-51 «Мустанг».

Рис. 7.22. Двухдвигательный самолет Do-335 фирмы «Дорнье» (1944 г.) с воздушными винтами как в носовой, так и в хвостовой части фюзеляжа. На снимке показан двухместный учебный вариант самолета.

Хвостовое оперение самолета было выполнено по схеме «крест» — поверхности вертикального и горизонтального оперения имели одинаковую форму и равную площадь и располагались как над фюзеляжем, так и под ним, причем подфюзеляжный киль обеспечивал защиту воздушного винта от касания земли при нештатном выполнении взлета или посадки. Для того чтобы исключить возможность попадания летчика в зону заднего винта и киля при покидании самолета с парашютом, лопасти воздушного винта и верхняя плоскость вертикального оперения в аварийной ситуации отстреливались.

В 1937 г. Дорнье запатентовал аналогичную схему самолета с тянущим и толкающим винтами. Однако ему не удалось убедить правительство в необходимости строить такой истребитель. Являясь одним из основных в Германии производителей бомбардировщиков, он получил указание продолжать работы исключительно в этом направлении и не распылять свои силы, пытаясь создать самолет-истребитель. Однако к 1942 г. идея создания двухдвигательного перехватчика-бомбардировщика внезапно стала очень популярна среди руководства фашистской Германии, и, таким образом, было дано разрешение на проведение работ над Do-335.

Опытные образцы Do-335 стали выполнять полеты в сентябре 1943 г., однако технические трудности привели к тому, что первые серийные Do-335A-1 вышли из цехов завода Дорнье только в начале 1945 г. В результате они не принимали участия в боевых действиях. До начала серийного производства было разработано несколько моделей этого самолета, в том числе ночной истребитель и фоторазведчик, а также двухместный учебно-тренировочный самолет с тандемным размещением летчика-инструктора и курсанта.

«Пфайль» оказался одним из наиболее скоростных поршневых истребителей всех времен. Самолет был способен взлетать и садиться и осуществлять набор высоты при отказе одного из двигателей. Это был довольно большой самолет: размах крыла составлял 13,75 м; площадь крыла 38,5 м²; взлетная масса (для модели А-1) 9610 кг. Максимальная скорость на высоте 6400 м составляла 763 км/ч, что несколько больше установленного 26 апреля 1939 г. абсолютного рекорда скорости 755 км/ч. Этот рекорд для самолетов с поршневыми двигателями оставался непревзойденным вплоть до 16 августа 1969 г., когда он был превышен (777 км/ч) Деррилом Гринаймайером на усовершенствованном самолете F-8F «Беркэт» фирмы «Грумман» (исходный самолет был разработан фирмой в 1946 г.). В годы мировой войны авиационные рекорды не регистрировались, поэтому поистине рекордный самолет «Пфайль» официально этого звания не имел.

На сегодняшний день сохранился только один экземпляр Do-335, который является собственностью Национального музея авиации и космонавтики США при Смитсонском институте.

Интересным возвращением идеи, положенной в основу созданного Лоухедом самолета «Олимпик», по размещению двух двигателей рядом в носовой части фюзеляжа является разработанный в 1952 г. Гарольдом Вагнером из г. Портленда (шт. Opeгон) самолет РА-22. Однако Г. Вагнер пошел еще дальше вместо того, чтобы разнести два двигателя «Лайкоминг» мощностью 125 л. с. (92 кВт) на расстояние, достаточное для обеспечения зазора между воздушными винтами, он расположил двигатели существенно ближе друг к другу. Необходимый зазор между воздушными винтами был обеспечен иначе на левый двигатель был установлен удлиненный кок, вследствие чего воздушный винт сдвинулся несколько вперед (рис. 7.23). Таким образом, два воздушных винта в процессе вращения перекрывали друг друга практически на длину лопасти. За исключением нетрадиционной установки двигателей, это был стандартный самолет Р-22 фирмы «Пайпер».

Рис. 7.23. Самолет «Твин Трилейсер» Г. Вагнера. Использована схема А. Лоухеда, но двигатели установлены еще ближе друг к другу, с перекрытием вращающихся лопастей.

Появление в начале второй мировой войны турбореактивных двигателей открыло новые возможности конструктивно-компоновочного решения проблемы установки двигателей Двухдвигательные реактивные самолеты обычно строились по схеме, в которой двигатели располагались под крылом (если это были относительно небольшие самолеты-истребители); впоследствии эти двигатели на более тяжелых самолетах (типа бомбардировщиков) стали встраиваться в конструкцию крыла. Наиболее популярной схемой однодвигательных самолетов была установка двигателя в середине фюзеляжа. При этом воздух для двигателя поступал через лобовой воздухозаборник, а реактивная струя истекала из сопла, размещенного в хвостовой части фюзеляжа.

Интересно, что одним из первых летавших реактивных самолетов в мире был созданный в 1940 г. итальянский самолет «Капрони-Кампини» № 1 (часто ошибочно называемый СС-2), который в действительности не имел турбореактивного двигателя (рис. 7.24).

Рис. 7.24. Итальянский самолет «Капрони-Кампини» № 1 (1940 г.) с поршневым двигателем.

В силовой установке этого самолета использовался поршневой двигатель «Изотта-Фраскини» мощностью 900 л. с. (661,5 кВт), который приводил в движение компрессор, подающий воздух высокого давления в камеру сгорания (где происходили смешение сжатого воздуха с топливом, его последующее воспламенение, сгорание и истечение через реактивное сопло). В этом смысле «Капрони-Кампини» № 1 являлся двухдвигательным самолетом, хотя для создания тяги использовался только один двигатель.

Первый полет самолета был осуществлен 28 августа 1940 г., но он был воспринят всего лишь как любопытный эксперимент. В условиях отсутствия интереса со стороны официальных кругов дальнейшие работы над самолетом были прекращены. Этот двухместный самолет имел размах 15,86 м, площадь крыла 36 м² и взлетную массу 3196 кг. Максимальная скорость полета составляла лишь 375 км/ч, что совершенно не характерно для настоящих реактивных самолетов, созданных вскоре после него.

И все же «Капрони-Кампини» № 1 внес свою лепту в развитие авиации, которая, возможно, и не всеми осознается. В этом самолете впервые была использована форсажная камера, в которой дополнительное топливо сгорает в потоке, создавая дополнительную тягу. До использования форсажных камер максимальная скорость «Капрони-Кампини» составляла всего 330 км/ч. Форсажные камеры реактивных двигателей нашли широкое применение на боевых самолетах, начиная с 1950-х гг. Поэтому, хотя судьба самолета «Капрони-Кампини» и оказалась неудачной, следует отмстить тот вклад, который он внес в прогресс авиации.

Один из экземпляров «Капрони-Кампини» сохранился и в настоящее время находится в Музее науки и техники Милана.