Когда одного фюзеляжа мало: самолеты двухбалочной схемы
Двигательный вопрос
Наиболее очевидная причина «раздвоения фюзеляжа» – удобство размещения силовой установки. В первые годы существования авиации конструкторы экспериментировали с самыми разными компоновками летательных аппаратов и в результате таких изысканий появилось сразу несколько обоснований двухбалочной схемы.
К примеру, одной из предпосылок к созданию двухбалочных самолетов стало отсутствие синхронизаторов для стрельбы через винт. В качестве примера такой конструкции можно взять истребитель-разведчик Airco DH-1 английского производства. При разработке этого самолета конструктор Дж. де Хэвиленд поместил рабочее место стрелка в самом носу. Благодаря этому он мог спокойно обстреливать из пулемета всю переднюю полусферу, не боясь повредить собственный самолет. Двигатель и воздушный винт при этом пришлось переместить в заднюю часть фюзеляжа. Однако при применении классической схемы это повлекло бы за собой необходимость установки толкающего винта с соответствующим приводным валом или нарушение балансировки. Поэтому де Хэвиленд укоротил фюзеляж до приемлемой длины и разместил кабины стрелка и летчика, а также винтомоторную группу друг за другом. Хвостовое оперение он установил на двух выносных фермах, которые крепились по бокам от толкающего винта.
Самолет DH-1 можно назвать двухбалочным только с небольшой натяжкой. Он не имел «сформировавшихся» фюзеляжных балок, вместо которых оснащался двумя легкими фермами. В то же время, и в таком виде истребитель-разведчик конструкции де Хэвиленда наглядно показал компоновочные преимущества подобного строения самолета. В дальнейшем необходимость переноса силовой установки и высвобождения носа фюзеляжа неоднократно проявлялась в виде характерной конструкции самолетов. Двухбалочная схема с двигателем, расположенным в задней части укороченного фюзеляжа, неоднократно применялась и на реактивных самолетах. В качестве примера таких проектов можно привести британский истребитель De Havilland DH.100 Vampire, польский сельскохозяйственный самолет WSK-Mielec M-15 Belphegor или советский разведывательный М-17 «Стратосфера».
Место для оружия
Вторая причина, связанная с размещением двигателей, по которой конструкторы прибегали к двухбалочной схеме, тоже имеет компоновочные корни, однако другого рода. Желая полностью высвободить фюзеляж от двигателей и вспомогательных агрегатов, еще в годы Первой Мировой войны конструкторы догадались сделать две балки по бокам фюзеляжа и поместить в них всю винтомоторную группу. Одним из первых подобных самолетов стал итальянский тяжелый бомбардировщик Caproni Ca.36. Двигатели этого самолета размещались на крыле, а сразу за ними находились две длинные балки, служившие креплением для хвостового оперения. Внутри балок, вблизи центра тяжести самолета, также установили топливные баки. Освободившееся место в носу и над хвостом основного фюзеляжа использовали для установки стрелковых точек. Примечательно, что хвостовой стрелок во время полета сидел внутри решетчатой корзины.
В дальнейшем эта идея использовалась неоднократно, причем в основном именно для освобождения места под кормовую стрелковую точку. Наиболее известным примером такого самолета является немецкий разведчик Fokke Wulf FW-189 Uhu, также известный под прозвищем «Рама». Летчики антигитлеровской коалиции регулярно отмечали сложность перехвата этого самолета из-за чрезвычайно удачного расположения хвостовых пулеметов, простреливавших почти всю заднюю полусферу.
Двухбалочная схема с вынесенными из фюзеляжа двигателями использовалась и при создании истребителей. Наиболее известным двухбалочным самолетом этого класса является американский Lockheed P-38 Lightning. В сравнительно небольшом обтекаемом фюзеляже этого истребителя остались только кабина пилота и ствольное вооружение. В боковых фюзеляжных балках, в свою очередь, разместились двигатели, баки, турбокомпрессоры и радиаторы. Благодаря правильному размещению агрегатов внутри балки удалось обеспечить удачную балансировку, а сравнительно большое плечо хвостового оперения дало самолету неплохую для его веса маневренность.
Интересным образом распорядились освобождаемым в фюзеляже пространством конструкторы фирмы Northrop, создавая ночной истребитель P-61 Black Widow. В задней части укороченного фюзеляжа они разместили часть аппаратуры радиолокационной станции обнаружения вражеских самолетов, а также предусмотрели рабочее место оператора РЛС.
Двухбалочные грузовики
Возможность увеличить внутренние объемы фюзеляжа за счет размещения всех вспомогательных агрегатов двигателей в боковых балках просто не могла не заинтересовать конструкторов транспортных самолетов. Среди прочего, двухбалочная схема позволяла увеличить размеры хвостового люка для погрузки и разгрузки. В 1944 году свой первый полет совершил транспортник Fairchild C-82 Packet. Внутри сравнительно высокого и широкого фюзеляжа могло разместиться почти 80 солдат со снаряжением либо 42 десантника. В задней части фюзеляжа конструкторы предусмотрели большие створки грузового люка, которые при необходимости могли сбрасываться. Благодаря применению двухбалочного крепления хвостового оперения самолет C-82 был достаточно удобен для погрузочных работ: при необходимости под стабилизатором мог проехать грузовик, подвозя груз непосредственно к люку.
Дальнейшим развитием C-82 стал самолет C-119 Flying Boxcar. Новый воздушный грузовик при больших размерах и массе мог перевозить до четырех с половинной тонн груза. Несмотря на увеличение габаритов и взлетного веса, «Летающий вагон» нисколько не потерял в удобстве погрузки и разгрузки. В течение длительного времени C-119 являлся основным тактическим военно-транспортным самолетом в американских вооруженных силах, а также поставлялся другим странам.
В нашей стране тоже предпринимались попытки построить двухбалочный воздушный грузовик. В девяностых годах на фирме «Сухой» был разработан многоцелевой транспортный самолет Су-80. Его компоновка в значительной мере похожа на предыдущие двухбалочные транспортники. В то же время, Су-80 имеет несколько оригинальных черт. Так, для большей жесткости конструкции хвостовая часть фюзеляжа дополнительно соединена с хвостовыми балками при помощи дополнительной плоскости, а хвостовой стабилизатор размещен на киле, что позволяет при погрузке подгонять к самолету автотранспорт.
Необычные близнецы
Специфической «трактовкой» двухбалочной схемы можно считать некоторые проекты времен Второй Мировой войны. Тогда воюющим государствам были нужны истребители с большой дальностью полета. Эти самолеты позволили бы осуществлять сопровождение бомбардировщиков при длительных полетах над территорией противника. С разницей в несколько месяцев по обе стороны фронта появились два более чем интересных проекта.
Немецкие конструкторы под руководством В. Мессершмитта в середине войны подготовили свой «сдвоенный» истребитель на базе самолета Bf-109. Модификация с индексом Bf-109Z подразумевала сборку самолета из двух обычных «Сто девятых», объединенных специально разработанным центропланом и хвостовым стабилизатором. При этом системы управления рулями и двигателями объединялись, а органы управления выводились в кабину левого «полусамолета». Вместо кабины правого планировалось устанавливать дополнительный топливный бак, а фонарь заменять металлическим обтекателем. Немцы планировали сделать несколько вариантов Bf-109Z, предназначенных для перехвата воздушных целей и нанесения ударов по наземным. В 1943 году началось строительство опытного экземпляра сдвоенного самолета, однако оно так и не завершилось ввиду наличия более приоритетных проектов. Ситуация на фронте менялась не в пользу Германии и конструкторам пришлось заняться более важными и насущными задачами.
В отличие от немецких конструкторов, американские были более удачливы. Им удалось не только создать сдвоенный-двухбалочный самолет, но и довести его до серийного производства. Кроме того, истребитель North American F-82 Twin Mustang успел записать на свой счет еще одно «достижение»: он стал последним американским поршневым истребителем. F-82 представлял собой два P-51 Mustang, фюзеляжи которых соединялись особым центропланом. Вместо родных стабилизаторов с рулями высоты на Twin Mustang устанавливалась единая плоскость. Все системы управления самолетом были дублированы, управление можно было осуществлять из любой кабины. Подразумевалось, что два летчика смогут сменять друг друга в ходе длительных полетов. Первый опытный экземпляр P-82 поднялся в воздух только в начале июля 1945 года и этот самолет не успел поучаствовать во Второй Мировой войне, для которой создавался. Позже эти истребители использовались в ходе Корейской войны. При этом чаще всего «Двойные Мустанги» выполняли задачи по атаке наземных целей, поскольку уже не были способны эффективно бороться с современными истребителями противника.
Рекордные машины
Еще одну оригинальную версию двухбалочной схемы использовал знаменитый конструктор Б. Рутан для создания своего рекордного самолета Rutan Voyager. Этот летательный аппарат с уникальными показателями дальности полета представляет собой самолет с крылом большого удлинения, сравнительно коротким фюзеляжем и двумя хвостовыми балками, на которых смонтированы кили. Передняя часть балок вынесена вперед и соединена с фюзеляжем дополнительным стабилизатором. Главной причиной применения столь необычной системы стало обеспечение необходимой жесткости конструкции. Из-за удлиненной формы фюзеляжа, крыла и балок силовые элементы подвергались массе изгибающих и крутящих нагрузок. Вынесение килей на хвостовые балки и перенос стабилизатора в переднюю часть самолета позволил обеспечить приемлемую прочность и жесткость всей конструкции. Вряд ли самолет Voyager без таких технических ноу-хау смог бы без посадки пролететь более 42 тыс. километров (более 40 тыс. по данным ФАИ).
Наработки по проекту Voyager были использованы при создании еще одного рекордного самолета – Virgin Atlantic GlobalFlyer. Разработанный по заказу С. Фоссетта летательный аппарат имел похожую на Voyager компоновку, однако отличался некоторыми деталями. В первую очередь необходимо отметить иную силовую установку – турбореактивный двигатель над фюзеляжем. Кроме того, стабилизатор с рулями высоты был перенесен в хвостовую часть. Две раздельные плоскости на «ГлобалФлайере» крепились к хвостовым балкам, под килями. В 2006 году пилот Фоссетт преодолел на самолете GlobalFlyer чуть менее 41,5 тысяч километров. Средняя скорость полета при этом равнялась 590 километрам в час. При помощи использования новых материалов силового набора удалось не только улучшить летные данные рекордного самолета, но и обеспечить должную прочность конструкции. Именно последний факт позволил отказаться от переднего горизонтального оперения в пользу более привычных систем стабилизации и управления.
***
Конечно, сейчас были описаны далеко не все самолеты, выполненные по двухбалочной схеме. Общее количество самолетов с такой компоновкой превышает несколько десятков, и даже самое общее описание их истории создания и конструкций потребует написания многотомного фундаментального труда. Дело в том, что двухбалочная схема была опробована почти во всех классах самолетов. По такой системе строились истребители и бомбардировщики, транспортники и пассажирские самолеты, и даже беспилотные летательные аппараты. Каждый раз применение двухбалочной схемы было обусловлено той или иной причиной. Однако, несмотря на все успехи, подобные системы не получили широкого распространения и не вытеснили классическую схему. Главная причина этого – необходимость создания компактных и прочных хвостовых балок. Кроме того, сравнительно небольшие размеры этих агрегатов самолета не позволяют в полной мере использовать их объем. К примеру, на американских транспортниках внутри балок были только тяги управления рулями.
Так что создание самолета именно двухбалочной схемы требует определенных оснований. Эта компоновка имеет ряд характерных «врожденных» плюсов и минусов, сочетание которых не всегда может благотворно сказаться на конструкции определенного самолета или на его практических перспективах. Поэтому на протяжении долгих лет двухбалочная компоновка самолетов по распространению уступает классической из-за меньшей универсальности. Тем не менее, в будущем обязательно появятся новые типы самолетов с укороченным фюзеляжем и хвостовым оперением, закрепленным на двух балках. Главное, чтобы в случае каждого конкретного проекта применение такой схемы было оправданным и обоснованным.
По материалам сайтов:
http://airwar.ru/
http://flightglobal.com/
http://scaled.com/
http://nationalmuseum.af.mil/f
http://pkk-avia.livejournal.com/
http://fai.org/
Информация