Двухбалочный самолёт (двухосный) — самолёт с хвостовым оперением, установленным на двух балках, обычно параллельно идущих от крыла.
Причинами выбора такой конструкции может быть:
- Потребность в загрузке с задней двери (C-82 Packet или Fairchild C-119 Flying Boxcar);
- Создание самолёта с толкающим пропеллером или реактивный самолёт с двигателем в хвостовой части (Bell XP-52 или De Havilland DH.100 Vampire);
- Улучшение обзора и возможность стрельбы из задней полусферы (Focke-Wulf Fw 189 Uhu);
- Улучшение аэродинамической схемы для самолётов с двумя рядными двигателями (Lockheed P-38 Lightning или Northrop P-61 Black W > Примеры двухбалочных самолётов [ править | править код ]
В массовом сознании самолет представляется летающей машиной, имеющей вытянутый фюзеляж, крыло и хвостовое оперение, причем все эти «агрегаты» наличествуют на нем в единственном числе. Такие воззрения народных масс вполне понятны: классическая компоновка самолета давно уже заслужила репутацию самой удобной, простой и пригодной для летательных аппаратов различного назначения. Помимо классической компоновки сведущие в авиации могут назвать еще несколько оригинальных схем построения самолетов, как то летающее крыло или двухбалочная система. Они применяются гораздо реже классической компоновки, но при этом не лишены определенных преимуществ. Стоит отметить, двухбалочная архитектура самолетов в Европе с некоторых пор часто ассоциируется с немецким воздушным разведчиком FW-189, однако общее количество моделей аналогичного строения достаточно велико. Рассмотрим наиболее известные самолеты двухбалочной схемы, а заодно выясним, почему их создатели отказались от привычного единого фюзеляжа.
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».
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.
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.
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.
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.
Сконструирует самолет компания KLM при поддержке представителей ВУЗа. Модель называется Flying V, одной из ее особенностей является способность снизить лобовую поверхность машины при сбережении полезного объема, имеющегося у Airbus A350. Как надеются авторы проекта, подобное решение даст возможность экономить самолету 20% горючего, а экзотический тип фюзеляжа (два хвоста) позволит сделать времяпровождение пассажиров во время полета еще более комфортным.
Пассажиров, по документам проекта, планируется размещать в передней части летающего крыла, а груз и топливо – в задней. Турбовентиляторные моторы станут располагаться в верхней части самолета. Размах крыльев составит 65 метров, высота – 17 метров, длина – 55 метров, а вмещать самолет сможет больше 314 человек. Испытают разработчики прототип в воздухе уже осенью, когда компания KLM отметит 100-летний юбилей.
