Мно­гим до сих пор ка­жет­ся, что са­мо­ле­ты с тол­ка­ю­щим вин­том — это какая-​то эк­зо­ти­ка, и во­об­ще при­дурь конструкторов-​неформалов. Од­на­ко схема не толь­ко до сих пор при­ме­ня­ет­ся, но и при­ме­ня­ет­ся ши­ро­ко, а зна­чит — это обу­слов­ле­но какими-​то важ­ны­ми пре­иму­ще­ства­ми.

Одно из глав­ных пре­иму­ществ — пра­виль­но спро­ек­ти­ро­ван­ный са­мо­лет с тол­ка­ю­щим вин­том имеет при­мер­но на 20% более вы­со­кое аэро­ди­на­ми­че­ское ка­че­ство, чем ана­ло­гич­ный са­мо­лет с тя­ну­щим вин­том. Это огром­ная цифра, за ко­то­рую любой авиа­кон­струк­тор чёрту душу про­даст. Но от­ку­да же бе­рет­ся такая раз­ни­ца?

Как из­вест­но, любой винт со­зда­ет поток тур­бу­лент­но­го (за­кру­чен­но­го) за собой воз­ду­ха. Тя­ну­щий винт от­бра­сы­ва­ет струю воз­ду­ха на фю­зе­ляж, цен­тро­план и кры­лья — при­чем этот поток, вра­ща­ясь, давит на одно крыло свер­ху, а на дру­гое снизу, что вы­нуж­да­ет кон­струк­то­ров как-​то ком­пен­си­ро­вать этот вред­ный мо­мент, теряя дра­го­цен­ную мощ­ность. Хуже того — поток, вра­ща­ясь во­круг фю­зе­ля­жа, вы­зы­ва­ет вто­рич­ную тур­бу­лент­ность, на ко­то­рой те­ря­ет­ся су­ще­ствен­ная часть мощ­но­сти. Ча­стич­ной контр­ме­рой слу­жит удли­не­ние но­со­вой части фю­зе­ля­жа — но это пал­ли­а­тив, даже мно­го­мет­ро­вые носы не ре­ша­ют про­бле­му, при этом удли­не­ние фю­зе­ля­жа само по себе при­вно­сит до­пол­ни­тель­ное со­про­тив­ле­ние воз­ду­ху и уве­ли­чи­ва­ет массу кон­струк­ции.

Из­вест­но также, что воз­дух в по­ле­те уплот­ня­ет­ся ближе к зад­ней кром­ке крыла, что со­зда­ет боль­ше воз­мож­но­стей для винта, чтобы там от него эф­фек­тив­но от­толк­нуть­ся. По­это­му тол­ка­ю­щий винт ра­бо­та­ет в среде более плот­но­го воз­ду­ха и может лучше ре­а­ли­зо­вать мощ­ность — при про­чих рав­ных он может быть несколь­ко мень­ше­го диа­мет­ра и будет иметь мень­шие по­те­ри.

Более того — све­жие аэро­ди­на­ми­че­ские ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что тол­ка­ю­щий винт, по­ме­щен­ный в за­тор­мо­жен­ный спут­ный след от об­те­ка­е­мо­го тела, может да­вать тягу су­ще­ствен­но бОль­шую, чем тот же винт в от­кры­том воз­ду­хе — при­чем рост КПД винта стре­мит­ся к той же ма­ги­че­ской цифре +20%. Это до­пол­ни­тель­но к уже давно из­вест­ной раз­ни­це в аэро­ди­на­ми­че­ском ка­че­стве са­мо­ле­та. Это про­из­ве­ло неболь­шую ре­во­лю­цию во взгля­дах на оп­ти­маль­ные ком­по­нов­ки вин­то­вых са­мо­ле­тов, и даже по­ро­ди­ло раз­ра­бот­ки спе­ци­аль­ных вин­тов для наи­бо­лее эф­фек­тив­ной ра­бо­ты тол­ка­ю­щи­ми в со­пут­ном следе.

На фото в за­го­лов­ке вы ви­ди­те со­вре­мен­ный (да что там — но­вей­ший!) ударно-​разведывательный са­мо­лет AHRLAC (Advanced High Performance Reconaissance Light Aircraft) раз­ра­бот­ки ЮАР. Са­мо­лёт пред­став­ля­ет собой цель­но­ме­тал­ли­че­ский сво­бод­но­не­су­щий вы­со­ко­план с одним тур­бо­вин­то­вым дви­га­те­лем Pratt&Whitney Canada PT6А-66 мощ­но­стью 950 л.с. Осо­бен­ность этого вы­со­ко­пла­на — об­рат­ная стре­ло­вид­ность крыла, раз­дво­ен­ный хвост и тол­ка­ю­щий винт, ко­то­рый рас­по­ла­га­ет­ся в зад­ней части фю­зе­ля­жа. Про­дол­жи­тель­ность по­лё­та до­сти­га­ет 7,5 — 10 часов (что вы­да­ю­ще­е­ся до­сти­же­ние для столь лег­кой ма­ши­ны). Осталь­ные ТТХ также вну­ша­ют:

Мак­си­маль­ная ско­рость: 500 км/ч
Прак­ти­че­ская даль­ность: 2 100 км
Прак­ти­че­ский по­то­лок: 9 500 м
Бо­е­вая на­груз­ка: 800 кг + пушка в фю­зе­ля­же

В общем, Ил-2 ры­да­ет. И ведь в кон­струк­ции этого са­мо­ле­та в прин­ци­пе нет ни­ка­ко­го хай­те­ка и ни­ка­ких эк­зо­ти­че­ских ма­те­ри­а­лов, обыч­ный кле­пан­ный дю­раль и ме­ха­ни­че­ское управ­ле­ние тя­га­ми — сход­ную ма­ши­ну можно было без про­блем по­стро­ить до вто­рой ми­ро­вой войны. При этом схема вы­гля­дит чрез­вы­чай­но при­вле­ка­тель­ной имен­но для удар­но­го са­мо­ле­та (вклю­чая пи­ки­ру­ю­щий бом­бар­ди­ров­щик) — ком­пакт­ная ка­би­на, ко­то­рую легко бро­ни­ро­вать и ко­то­рая вдо­ба­вок при­кры­та сзади мо­то­ром, с пре­крас­ным об­зо­ром и удоб­ной уста­нов­кой стрел­ко­во­го во­ору­же­ния, винт не ме­ша­ет бом­бо­ме­та­нию с от­вес­но­го пи­ки­ро­ва­ния, и так далее.

Надо ска­зать, что даже перед вой­ной не все в СССР были иди­о­та­ми, в ма­те­ри­а­лах Но­во­си­бир­ско­го фи­ли­а­ла ЦАГИ со­хра­нил­ся про­ект ори­ги­наль­ной ле­та­ю­щей танкетки-​штурмовика Мос­ка­лё­ва «ЛТ» с мо­то­ром М-11 (имев­шей также за­вод­ское обо­зна­че­ние «САМ-23») с такой вот схе­мой — мотор М-11 за ка­би­ной, тол­ка­ю­щий винт, двух­ба­лоч­ный хвост. Со­став во­ору­же­ния для са­мо­ле­та весом чуть более одной тонны был очень мощ­ным: две пушки ШВАК с бое­ком­плек­том по 200 (в пе­ре­груз­ку по 500) сна­ря­дов; два ШKACa с бо­е­за­па­сом по 1500 (2000) па­тро­нов; че­ты­ре (шесть) РС-82 или 400 кг бомб (на двух дер­жа­те­лях за счет PC и пе­ре­груз­ки). По рас­че­там, при уста­нов­ке более мощ­но­го мо­то­ра (на­при­мер, М-17) можно было еще уси­лить бро­ни­ро­ва­ние и во­ору­же­ние, а общий вес бо­е­вой на­груз­ки уве­ли­чить до 1500 кг. Мотор М-11 — это тот же самый мотор, что ста­ви­ли на У-2, их в СССР было овер­до­фи­га и сто­и­ли они ко­пей­ки, да и М-17 уже ушел из «боль­шой» авиа­ции, их было мно­же­ство после кап­ре­мон­тов, и было бы ра­зум­ным ис­поль­зо­вать эти мо­то­ры имен­но на де­ше­вых штур­мо­ви­ках. Но — не взле­те­ло. За­во­ды над­ры­ва­лись, делая слож­ные Ил-2, ко­то­рых всё равно хва­та­ло на 2-3 вы­ле­та, а лет­чи­ков гнали в бой на учеб­ных У-2.

А вот вам при­мер кон­струк­тор­ско­го ми­ни­ма­лиз­ма с ис­поль­зо­ва­ни­ем тол­ка­ю­щей схемы:

Это очень из­вест­ный и по­пу­ляр­ный в мире са­мо­ле­тик Bede BD-5. «С тех пор как в прес­се по­яви­лась пер­вая ин­фор­ма­ция о BD-5, — за­ме­тил по­пу­ляр­ный жур­нал «Флю­гре­вю» (ФРГ), — весь авиационно-​спортивный мир раз­де­лил­ся на два ла­ге­ря: одни счи­та­ют Джима Беде шар­ла­та­ном, а дру­гие ге­ни­ем». Глав­ное, что по­ра­жа­ет сто­рон­ни­ков и про­тив­ни­ков Беде — ско­рость, с ко­то­рой ле­та­ет его изящ­ный са­мо­ле­тик, вы­гля­дя­щий как «на­сто­я­щая», всам­де­лиш­ная ма­ши­на. С 70-​сильным двух­такт­ным дви­га­те­лем воз­душ­но­го охла­жде­ния «Микро» раз­го­ня­ет­ся до 373 км/ч. И хотя по­лет­ный вес стре­ми­тель­но­го мо­но­пла­на со­став­ля­ет всего 322 кг, он обо­ру­до­ван за­кры­той про­стор­ной ка­би­ной, уби­ра­ю­щим­ся трех­ко­лес­ным шасси, за­крыл­ка­ми, пол­ным ком­плек­том пилотажно-​навигационного обо­ру­до­ва­ния. Сме­хо­твор­но мал рас­ход топ­ли­ва — 26,5 л за час по­ле­та с крей­сер­ской ско­ро­стью 368,5 км/ч. Аэро­ди­на­ми­ка, бла­го­да­ря ко­то­рой BD-5 при­об­рел столь уди­ви­тель­ную быст­ро­ту и эко­но­мич­ность, не в пер­вый раз изум­ля­ет спе­ци­а­ли­стов и ди­ле­тан­тов.

Са­мо­ле­тик про­да­ет­ся в виде на­бо­ра де­та­лей для са­мо­сто­я­тель­ной сбор­ки, при­чем на­бор­чик стоит в 10 раз де­шев­ле самой де­ше­вой Цесс­ны. И надо за­ме­тить, что там тоже нет ни­че­го сверх­тех­но­ло­гич­но­го — ос­нов­ные эле­мен­ты си­ло­во­го на­бо­ра сде­ла­ны из фа­не­ры и про­стых ка­тан­ных про­фи­лей, об­шив­ка — тон­кий ли­сто­вой алю­ми­ний (может быть за­ме­нен на пер­каль — но зачем?).

Дви­га­тель рас­по­ло­жен в иде­аль­ном для цен­тров­ки месте. Тол­ка­ю­щий винт ра­бо­та­ет в луч­ших усло­ви­ях, чем тя­ну­щий, — не тра­тит сил на бес­по­лез­ную об­дув­ку фю­зе­ля­жа. Так как про­пел­лер под­нят над про­доль­ной осью са­мо­ле­та, нет необ­хо­ди­мо­сти в вы­со­ком шасси. Его легко сде­лать трех­ко­лес­ным, с но­со­вой стой­кой. Из-за 6ла­го­при­ят­ной цен­тров­ки (все самые мас­сив­ные аг­ре­га­ты — вбли­зи цен­тра тя­же­сти) можно обой­тись неболь­ши­ми ру­ле­вы­ми по­верх­но­стя­ми с ко­рот­ким пле­чом от цен­тра тя­же­сти са­мо­ле­та. Фю­зе­ляж уко­ра­чи­ва­ет­ся, пи­ло­ту не нужно при­ла­гать боль­ших фи­зи­че­ских уси­лий к ры­ча­гам управ­ле­ния. Ком­пакт­ный кор­пус более же­сток и про­чен. В целом до­сти­га­ет­ся эко­но­мия в весе, а сле­до­ва­тель­но, и в за­тра­тах на по­строй­ку ма­ши­ны.

Пред­ло­жив свой «кон­струк­тор» для взрос­лых, Джеймс Беде и его фирма чест­но вы­пол­ни­ли пра­ви­ла игры: сбор­ка са­мо­ле­та долж­на быть по­силь­на мало-​мальски опыт­ным са­мо­дель­щи­кам и за­ни­мать не более 500 ра­бо­чих часов. Каж­дая за­го­тов­ка тща­тель­но раз­ме­че­на, снаб­же­на по­дроб­ней­ши­ми чер­те­жа­ми в мас­шта­бе 1:1 и об­сто­я­тель­ны­ми ре­ко­мен­да­ци­я­ми по об­ра­бот­ке и сбор­ке. Бро­шю­ры, со­дер­жа­щие по­опе­ра­ци­он­ное ру­ко­вод­ство с точ­ны­ми ссыл­ка­ми на необ­хо­ди­мые ин­стру­мен­ты, вы­пол­не­ны на­гляд­но и скру­пу­лез­но. Так же про­ста и срав­ни­тель­но де­ше­ва экс­плу­а­та­ция со­бран­но­го са­мо­ле­та. С уче­том амор­ти­за­ции, рас­хо­дов на об­слу­жи­ва­ние, про­фи­лак­ти­че­ский ре­монт, топ­ли­во, пе­ре­лет «Микро» на ко­рот­кое рас­сто­я­ние (Сан-​Франциско — Лас-​Вегас) за­ни­ма­ю­щий 2,3 ч, стоит 8 дол­ла­ров про­тив 40 для лай­не­ра «Боинг-​747», 31 — для лег­ко­мо­тор­ной «цесс­ны», 34 — для ав­то­бу­са, 51 — для ав­то­мо­би­ля и 16 — для мо­то­цик­ла.

Впро­чем, по­клон­ни­ки раз­ных схем спо­рят об их эф­фек­тив­но­сти до сих пор, и это при том, что давно уже был по­став­лен клас­си­че­ский экс­пе­ри­мент срав­не­ния тя­ну­ще­го и тол­ка­ю­ще­го винта на са­мо­ле­те Cessna Skymaster — вот таком.

Как вы ви­ди­те, это двух­мо­тор­ный са­мо­лет срав­ни­тель­но редко при­ме­ня­е­мой схемы push-​pull (тяни-​толкай). Его удоб­ство для теста — в том, что у него два со­вер­шен­но оди­на­ко­вых дви­га­те­ля с оди­на­ко­вы­ми вин­та­ми, и он может ле­тать на любом мо­то­ре из двух. Для теста опре­де­ля­лась мак­си­маль­ная ско­рость при ра­бо­та­ю­щем тя­ну­щем дви­га­те­ле и при тол­ка­ю­щем (по­нят­но, что раз­ни­ца в ско­ро­сти даст точ­ный прак­ти­че­ский ответ — какая схема эф­фек­тив­нее, с уче­том всех фак­то­ров). Так вот с ра­бо­та­ю­щим тол­ка­ю­щим вин­том ско­рость са­мо­ле­та была боль­ше на ~20 км/ч, чем с ра­бо­та­ю­щим тя­ну­щим. И это, между про­чим, нема­ло — с уче­том того, что уста­нов­ка тол­ка­ю­ще­го винта на Скай­ма­сте­ре да­ле­ко не оп­ти­маль­на, в то время как уста­нов­ка тя­ну­ще­го взята с клас­си­че­ской Цесс­ны и вы­ли­за­на до пре­де­ла.

Также из­вест­ны и ре­зуль­та­ты ис­пы­та­ний нашим ЛИИ «Дорнье-​Пфайля» (фа­шист­ско­го тяни-​толкая). За­пом­ни­лась фраза «На одном зад­нем дви­га­те­ле ско­рость была су­ще­ствен­но выше, чем на одном пе­ред­нем». И со­всем све­жий при­мер — когда ру­та­нов­ский «Во­яд­жер» (еще один тяни-​толкай) шёл без по­сад­ки во­круг ша­ри­ка, для эко­но­мии топ­ли­ва вы­клю­ча­ли имен­но пе­ред­ний дви­га­тель.

Могу лишь кон­ста­ти­ро­вать, что на оте­че­ствен­ном рынке лег­кой авиа­ции резко пре­ва­ли­ру­ет схема с тол­ка­ю­щим вин­том. И это несмот­ря на пре­кра­ще­ние про­из­вод­ства А-20. И не учи­ты­вая дель­та­ле­ты, ав­то­жи­ры и па­ра­ле­ты. А уж если учи­ты­вать, то… сами по­ни­ма­е­те.

Это по­то­му, что рус­ские — хит­рые и умные. А тупые пин­до­сы как на­ча­ли ез­дить в армии во время WW2 на Харли-​Дэвидсонах с их ду­рац­ки­ми V-​образными двух­ци­лин­дров­ка­ми и от­дель­ной ко­роб­кой пе­ре­дач, со­еди­нен­ной с дви­га­те­лем рем­нём — так до сих пор и ездят, не по­ни­мая, что это — ана­хро­низм и ан­ти­на­уч­но. Со­от­вет­ствен­но и са­мо­ле­ты лег­кие у пин­до­сов до сих пор в массе такие, как будто их про­ек­ти­ро­ва­ли до войны, и как бы даже не до пер­вой ми­ро­вой.

А ведь было дело — были у них и такие ма­ши­ны:

Это до­во­ен­ный Bell ХР-59 (да-да, той самой фирмы Bell, ко­то­рая по­да­ри­ла СССР «Аэро­ко­б­ры», а потом за­по­ло­ни­ла весь мир мас­со­вы­ми вер­то­ле­та­ми). А вот вам Douglas XB-42 Mixmaster:

Еще на ста­дии аван­про­ек­та были пре­крас­но про­ду­ма­ны все тех­ни­че­ские ре­ше­ния, ко­то­рые пред­сто­я­ло во­пло­тить в этом про­ек­те. Осна­щен­ный ряд­ны­ми дви­га­те­ля­ми жид­кост­но­го охла­жде­ния «Ал­ли­сон» V-1710-125 мощ­но­стью по 1725 л. с., рас­по­ло­жен­ны­ми тан­дем­но, са­мо­лет дол­жен был под­ни­мать до 3600 кг бомб — столь­ко же, сколь­ко несла пер­вая «ле­та­ю­щая кре­пость» В-17А. При­чем, бла­го­да­ря боль­шо­му и длин­но­му бом­бо­от­се­ку, новая ма­ши­на могла брать на борт ан­глий­ские 1800-кг и 3600-кг бомбы по­вы­шен­ной мощ­но­сти. Мак­си­маль­ная ско­рость оце­ни­ва­лась в 690-700 км/ч — для 1943 г. это фан­та­сти­че­ская цифра. Такая неве­ро­ят­ная для сред­не­го бом­бар­ди­ров­щи­ка ско­рость до­сти­га­лась путем мак­си­маль­но­го за­ли­зы­ва­ния фю­зе­ля­жа, обла­го­ра­жи­ва­ния его аэро­ди­на­ми­ки и, глав­ным об­ра­зом, бла­го­да­ря при­ме­не­нию ла­ми­нар­но­го крыла. Рас­чет­ная даль­ность по­ле­та пре­вос­хо­ди­ла даль­ность В-17 по­след­них серий.

Необ­хо­ди­мо от­ме­тить, что в кон­струк­ции са­мо­ле­та не было преду­смот­ре­но ни­ка­ких прин­ци­пи­аль­но новых на 1943 г. ма­те­ри­а­лов и тех­но­ло­гий, осво­е­ние ко­то­рых могло за­дер­жать пе­ре­да­чу машин в серию. Но ма­ши­на в серию не пошла, по­то­му что аме­ри­кан­ские ге­не­ра­лы — де­би­лы. Их тупо ис­пу­гал непри­выч­ный вид са­мо­ле­та.

А вот вам оте­че­ствен­ный МиГ-8 ле­та­ет в 1945 году:

Са­мо­лет со­брал в себе кучу аван­гард­ных ре­ше­ний — тол­ка­ю­щий винт, стре­ло­вид­ное крыло, схема «утка» (бес­хвост­ка с ПГО и ру­ля­ми на кры­льях). Вне­зап­но для скеп­ти­ков, этот вот смеш­ной са­мо­лёт не по­тер­пел ни одной ава­рии, не имел пред­по­сы­лок к лёт­ным про­ис­ше­стви­ям. На­коп­лен­ный на нем опыт при­ме­не­ния стре­ло­вид­ных необ­ду­ва­е­мых кры­льев ис­поль­зо­ван при по­строй­ке со­вет­ских ре­ак­тив­ных ис­тре­би­те­лей.

И хотя впря­мую эта схема также по­ка­за­лась во­ен­ным СССР слиш­ком непри­выч­ной — но в ре­аль­но­сти она и по­бе­ди­ла. Прак­ти­че­ски все со­вре­мен­ные ис­тре­би­те­ли имеют тол­ка­ю­щую схему (ре­ак­тив­ный дви­га­тель раз­ме­щен в хво­сте) — а ма­ши­ны ре­дан­ной схемы (дви­га­тель спе­ре­ди) и с раз­ме­ще­ни­ем дви­га­те­лей на кры­льях (как у Me-262) быст­ро сошли с арены, про­иг­рав кон­ку­рен­цию.

Надо за­ме­тить, что по очень близ­кой к вин­то­вым ма­ши­нам с тол­ка­ю­щим вин­том схеме сде­ла­ны ре­ак­тив­ные вы­сот­ные раз­вед­чи­ки М-17 и М-55 «Гео­фи­зи­ка» Мя­си­ще­ва. Там прямо вот клас­си­ка — двух­ба­лоч­ный хвост, мо­то­ры сзади фю­зе­ля­жа перед хво­стом:

Между про­чим, по ре­зуль­та­там про­ду­вок двух­ба­лоч­ная схема с дви­га­те­лем в зад­ни­це фю­зе­ля­жа в КБ Мя­си­ще­ва при­зна­на наи­луч­шей для до­зву­ко­во­го вы­сот­но­го са­мо­ле­та. Она даже лучше, чем чи­стое «ле­та­ю­щее крыло» (с ко­то­рым как раз куча про­блем тех­но­ло­ги­че­ско­го и ком­по­но­воч­но­го свой­ства).

А те­перь вы, ко­неч­но, спро­си­те — от­че­го же схема с тол­ка­ю­щи­ми вин­та­ми (имен­но вин­та­ми!) всё-​таки при­ме­ня­ет­ся не по­все­мест­но — при таких-​то пре­иму­ще­ствах? Ответ очень про­стой — обдув крыла. Этот самый обдув крыла по­то­ком воз­ду­ха от про­пел­ле­ров поз­во­ля­ет по­лу­чить от крыла до­пол­ни­тель­ную подъ­ем­ную силу не толь­ко при малой ско­ро­сти дви­же­ния са­мо­ле­та — но даже на во­об­ще сто­я­щем са­мо­ле­те. В ре­зуль­та­те можно до­бить­ся того, что са­мо­ле­тик типа Fieseler Fi.156 Storch (с чрез­вы­чай­но раз­ви­той ме­ха­ни­за­ци­ей крыла и вы­со­ко­эф­фек­тив­ным низ­ко­ско­рост­ным про­фи­лем) на пол­ном газу дви­га­те­ля может взле­теть бук­валь­но с места, без раз­бе­га:

На этом фото хо­ро­шо видна вы­пу­щен­ная ме­ха­ни­за­ция крыла (пред­крыл­ки и за­крыл­ки на весь раз­мах крыла), а также за­мет­на явно из­бы­точ­ная вы­со­та пе­ред­них стоек шасси. Од­на­ко такое шасси сде­ла­но неспро­ста — имен­но оно за­да­ет оп­ти­маль­ный взлет­ный угол атаки крыла, поз­во­ляя взле­тать почти без раз­бе­га.

В общем, вот тут и про­ле­га­ет во­до­раз­дел между двумя схе­ма­ми. Нужен са­мо­лет для эф­фек­тив­но­го быст­ро­го по­ле­та на боль­шой вы­со­те — схема с тол­ка­ю­щим вин­том вы­год­нее. Нужен са­мо­лет для взле­та с ко­рот­ких ВПП и по­ле­тов на малой ско­ро­сти — схема с тя­ну­щим вин­том вы­год­нее.