В авіаційній та водній техніці штовхальна конфігурація означає трансмісію повітряного або водного транспортного засобу, при якій рушійний пристрій міститься позаду двигуна. Це відрізняється від більш традиційної тягової конфігурації, в якій рушійний пристрій попереду.

Хоча цей термін найчастіше застосовується до літаків, найпоширенішим прикладом застосування такої схеми є звичайний підвісний мотор для човна.

«Конфігурація зі штовхальним гвинтом» описує конкретний тяговий пристрій (пропелер або канальний вентилятор), прикріплений до аеростата (дирижаблів), аеродина (літак, екраноплан, , гвинтокрил), або не літаючих транспортних засобів, таких як судно на повітряній подушці, глісер або снігохід з гвинтовим приводом.

Історія

]]

Однією з перших успішних моделей літаків зі штовхальним гвинтом був «Планофор» з гумовим двигуном, розроблений Альфонсом Пено в 1871 році.

Штовхальну конфігурацію мали багато ранніх літаків, особливо біпланів. Як приклади, можна назвати Wright Flyer (1903), (1906), (1907) та , на якому здійснив посадку на палубу корабля 18 січня 1911 року. Анрі Фармана та подальші моделі на цій основі мали такий вплив у Великій Британії, що літаки зі штовхальним гвинтом стали загалом відомі як «тип Фармана» (Farman type). Королівський авіаційний завод називав усі ранні літаки такого типу «експериментальними літаками типу Farman» — Farman Experimental або F.E. Інші ранні штовхальні конфігурації були варіаціями на цю тему.

Класичний «Фарман» мав гвинт, встановлений відразу за основною несною поверхнею, а двигун кріпився на нижньому крилі або між крилами, безпосередньо перед гвинтом у гондолі — короткому фюзеляжі, де також розміщувався пілот. Основною складністю цієї конструкції було кріплення хвостового оперення: воно мало розташовуватися там же, де й на літаках з тяговим гвинтом, але таким чином, щоб гвинт його не зачіпав.

Найдавніші літаки зі штовхальним двигуном мали аеродинамічну схему «качки», але така конструкція створювала серйозні аеродинамічні проблеми, які ранні конструктори не змогли розв'язати. Як правило, хвіст кріпився за допомогою складної дротяної конструкції, що створювало значний опір. Задовго до початку Першої світової війни цей опір визнавали лише одним із факторів, які гарантували, що літак типу «Фарман» матиме гірші характеристики, ніж подібний літак з тяговим гвинтом.

Армія США заборонила літаки зі штовхальним гвинтом наприкінці 1914 року після того, як у катастрофах літаків цього типу загинуло кілька пілотів, тому приблизно з 1912 року переважна більшість нових конструкцій американських сухопутних літаків були біпланами з тяговим гвинтом, а штовхальна схема всіх типів вважалася по обидва боки Атлантики застарілою. Однак нові конструкції штовхального типу й далі розробляли аж до перемир'я, такі як , хоча після 1916 року лише деякі з них надійшли на озброєння.

Однак, принаймні до кінця 1916 року, озброєні літаки штовхальної конструкції (такі як винищувач Airco DH.2) були перевагою Британського Королівського льотного корпусу, оскільки така схема дозволяла стріляти вперед без перешкод з боку пропелера. Після впровадження стрільби кулемета з рухом лопатей гвинта і швидкого впровадження цієї технології усіма сторонами бойових дій у 1916 та 1917 роках, тягова конфігурація стала переважати майже повсюдно, а штовхальна обмежилася до крихітної меншості нових конструкцій літаків, які мали конкретну причину для використання такої конфігурації.

Як британці, так і французи й далі використовували бомбардувальники зі штовхальним гвинтом, хоча чіткої переваги не було до 1917 року. До таких літаків належали, окрім продукції компанії Farman, бомбардувальники (випущено 3200), та ; однак навіть вони врешті були перероблені на навчальні, перш ніж повністю виведені з користування. Можливо, останнім винищувачем, який використовував штовхальну конфігурацію, був 1931 року випуску.

Протягом тривалого періоду занепаду цієї конфігурації використання штовхальних гвинтів тривало в літаках, які отримували від цього певну перевагу. Біпланні літаючі човни протягом деякого часу часто оснащувалися двигунами, розташованими над фюзеляжем, щоб забезпечити максимальну відстань від води, і часто приводилися в рух штовхальними гвинтами, щоб уникнути бризок, тримаючи їх подалі від кабіни. Supermarine Walrus був пізнім прикладом такого компонування.

Ще однією ідеєю була в якій одні гвинти спрямовані вперед, а інші — назад. Ця конфігурація використовувалася як засіб зменшення асиметричних наслідків відмови підвісного двигуна, як-от на Farman F.222, але ціною значного зниження ефективності задніх гвинтів, які часто були меншими та кріпилися до двигунів меншої потужності.

До кінця 1930-х років широке впровадження суцільнометалевої конструкції літаків з напруженою обшивкою означало, принаймні теоретично, зменшення аеродинамічних обмежень, які впливали на характеристики штовхальних гвинтів і взагалі будь-якої нетрадиційної компоновки. Однак, оскільки будь-які такі вдосконалення підвищували характеристики і для традиційних схем літаків, штовхальна схема залишалася рідкістю в експлуатації.

Під час Другої світової війни більшість провідних держав проводили експерименти з винищувачами штовхальної схеми. Втім, залишалися певні незручності: зокрема при катапультації з такого літака пілот ризикував наштовхнутися на гвинт. З усіх типів, що розглядалися, у масове виробництво пішов лише відносно звичайний шведський Saab 21 1943 року. Одне з перших у світі катапультних крісел розробили для цього літака, який пізніше повернувся у варіанті з реактивним двигуном.

Найбільшим літаком зі штовхальним гвинтом, який літав, був Convair B-36 Peacemaker 1946 року, найбільший бомбардувальник, що будь-коли експлуатувався Сполученими Штатами. Окрім чотирьох реактивних двигунів, він мав шість 28-циліндрових радіальних двигунів потужністю 3800 к.с. (2800 кВт), встановлених у крилі, кожен з яких приводив у рух штовхальний гвинт, розташований за задньою кромкою крила.

Хоча переважна більшість літаків з гвинтовим двигуном і далі використовують схему з тяговим гвинтом, в останні роки спостерігається певне відродження інтересу до штовхальної схеми: наприклад, у легких , таких як конструкції Берта Рутана з 1975 року, надлегких літаках, таких як (1983), апаратах з , парамоторах, паратрайках, автожирах та БпЛА.

Конфігурації

Найпершими літальними апаратами зі штовхальним гвинтом стали дирижаблі, починаючи з , створеного Анрі Жіффаром у 1852.

Штовхальна схема може мати різноманітні конфігурації. У переважній більшості апаратів з фіксованим крилом гвинти розташовані одразу за задньою кромкою основної несної поверхні або під крилом (у парамоторів), а двигун розташований за місцем екіпажу.

Традиційні компонування літаків мають хвостове оперення для стабілізації та керування. Пропелер може бути розташований близько до двигуна, як у звичайному випадку з прямим приводом: Пропелер розташований попереду хвоста: всередині каркаса (Farman III), на одній лінії з фюзеляжем (), між хвостовими балками (Cessna Skymaster), над фюзеляжем на крилі (Quad City Challenger), на гондолі або осьовому контейнері () або співвісно навколо задньої частини фюзеляжу (Gallaudet D-4). Пропелер за вертикальним хвостом або під горизонтальним хвостом () Двигуни та гвинти розташовані на крилах (Piaggio P.180) або на бічних підвісках ()

Двигун може знаходитися і далі у передній частині, приводячи гвинт у рух за допомогою карданного валу або ременя: Пропелер розташований попереду хвоста, за крилом () або всередині планера (Rhein Flugzeugbau RW 3 Multoplan) Пропелер розташований всередині хвоста, хрестоподібний або у формі канального вентилятора () Пропелер розташований позаду, за звичайним хвостом (Bede BD-5) Пропелер розташований над фюзеляжем, як, наприклад, на багатьох невеликих літаючих човнах (Lake Buccaneer)

У конструкціях типу «качка» менше крило розташоване перед основним крилом літака. У цьому класі переважно використовується прямий привід, а також є такі варіанти, як: одномоторний осьовий гвинт (, японський Kyushu J7W з карданним валом, , , Rutan Long-EZ, ) два двигуни із симетричним розташуванням (Wright Flyer, Beechcraft Starship) лінійне розташування (тягово-штовхальна схема), як у Rutan Voyager

У безхвостих літальних апаратах, таких як та типів I та IV, горизонтальні стабілізатори в задній частині літака відсутні, а двигуни встановлено в гондолах або у фюзеляжі, приводячи в рух гвинти за задньою кромкою крила, часто за допомогою подовжувального валу. У апаратів типу літаюче крило, такі як Northrop YB-35 без чіткого фюзеляжу, двигуни розміщені в глибині крила.

Гнучкокрилі літальні апарати, парамотори та паратрайки майже безвиключно використовують штовхальну конфігурацію.

У нелітаючих апаратів з штовхачною конфігурацією гвинта, що рухаються по суші, воді, снігу або льоду, тяга забезпечується гвинтами та канальними вентиляторами, розташованими в задній частині. Як приклад, так влаштовані судна на повітряній подушці, глісери, аеросани та снігоходи з пропелерним рушієм.

Переваги та недоліки штовхальної схеми в літальних апаратів

Переваги

Менший опір повітря, оскільки його потік навколо фюзеляжу є ламінарним Краща маневровість, оскільки: тяга штовхального гвинта стабільніша, ніж у тягового, потік якого порушується під час обтікання фюзеляжу штовхальний гвинт розташований ближче до хвостової частини літака, і тому створюваний потік ефективніше діє на хвостові поверхні Краща видимість для одномоторних літаків — пілотові не заважає наявність гвинта спереду Інциденти з двигуном, такі як витік палива, пожежі тощо, не несуть прямої загрози пілоту

Недоліки

У разі необхідності стрибати з парашутом є ризик вдаритися об розташований позаду гвинт У разі аварійної посадки пропелер не діє як додатковий амортизатор для пілота Пропелер зазвичай розташований угорі-позаду шасі, тому вразливий для підкинутих колесами каменів зі злітно-посадкової смуги тощо, літаки зі штовхальними пропелерами більш вимогливі до стану ЗПС В умовах намерзання пропелер вразливий до шматків льоду, що відколюються від крила. Повітряне охолодження двигуна менш ефективне, оскільки вентиляційні отвори можуть бути лише бічними (наприклад, саме цим були спричинені численні проблеми з двигуном у Dornier Do 335) Вищий рівень шуму, оскільки потік вихлопних газів двигуна проходить через гвинт. Це особливо актуально для турбогвинтових двигунів через великий об'єм вихлопних газів Для багатомоторних літаків зменшується ефективність закрилків: по-перше, для них залишається менше місця на задній кромці через розташування там двигунів, по-друге, відсутність двигунів перед закрилками призводить до уповільнення повітряного потоку

Примітки