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.