Почему у самолёта винт на носу, если у корабля он на корме

Самолёты

Самолёт-биплан «Райт-Абрамович»./ Фото: wikipedia.org

На заре авиастроения никаких устоявшихся традиций и правил по установке винтов пока что не существовало. Всё делали исключительно экспериментально и постепенно накапливали опыт. Чаще всего пропеллер устанавливали сзади, по большей части, чтобы он не мешал пилоту. Его крепили непосредственно к мотору или подключали ременной передачей, а как только принципы воздухоплавания немного устоялись, винт прочно занял место по центру спереди. Редко кто пытался усовершенствовать самолёт и устанавливал пропеллер в задней части, но подобное отступление от классической компоновки заставляло конструкторов вносить изменения и в остальную конструкцию самолётов. Даже с появлением двухмоторной схемы ситуация не изменилась: изобретатели быстро разобрались и поняли преимущества подобной компоновки.

Cessna Skymaster 337h./ Фото: heldenwiki.de

Конечно, были и исключения, но в основном это были небольшие и сравнительно лёгкие самолёты, на которые расположение воздушного винта почти не оказывало какого-либо влияния. Впрочем, для их конструкторов всё обстояло совсем наоборот. Заднее расположение винта заставляло их решать серьёзные задачи с аэродинамикой и приспосабливать самолёт к совершенно новым условиям эксплуатации. Среди современных самолётов тоже есть подобные, например, гидросамолёт ICON A5, а есть и совсем уж экзотические, у которых два винта, один спереди и один сзади. Яркий тому пример – Cessna Skymaster (336/337). Впрочем, подобные схемы особой популярностью не пользовались и слишком уж широкого распространения не получили из-за особенностей эксплуатации.

Корабли

Винты корабля./ Фото: ekonomstrojdom.ru

В отличие от самолётов, на лодки и корабли гребной винт с самого начала устанавливался на корме. Причина была одна – именно здесь находился руль. Впрочем, с развитием кораблестроения инженерам пришлось решать много серьёзных технических проблем, и одной из них были сложности с управлением. Из-за этого классическая компоновка постоянно пересматривалась, а в итоге получилось настолько большое разнообразие, что положение гребных винтов, их конструкция, размер и количество меняются в зависимости от назначения судна, его размеров и выполняемых функций. Появились даже лодки вообще без гребных винтов, вместо них на корму устанавливают мотор и пропеллер. Это так называемые глиссеры, предназначенные для передвижения по мелководью, например, по заболоченной местности. Как бы то ни было, но у корабля классической компоновки гребной винт до сих пор находится сзади, и от подобного расположения никто не собирается отказываться.

Тяни-толкай

Винтовой самолёт Airbus A400M./ Фото: fonwall.ru

Одна из причин такого расположения винтов – их принцип работы. Передний винт во время вращения буквально вкручивается в воздух, «загребая» его изогнутыми лопастями, а потом с большой силой «выбрасывает» его назад. При этом пропеллер движется вперёд и тянет за собой весь остальной самолёт, поэтому его и называют тянущим. В свою очередь, лопасти гребного винта (тоже благодаря их наклону) забирают воду из-под киля корабля и с большой силой выбрасывают её назад. При этом лопасти отталкиваются от воды и толкают вперёд сам корабль, поэтому винт называют толкающим. Этот принцип работы во многом является определяющим для выбора места установки: для самолёта более выгоден первый, а для корабля – второй. Конечно, есть и другие причины разной степени важности, и их довольно много.

1. Передний пропеллер увеличивает подъёмную силу крыльев

Гидросамолёт с толкающим винтом./ Фото: blogspot.com

Наверное, самый яркий тому пример – многовинтовой самолёт. У него пропеллеры устанавливаются на крыльях, причём перед ними, а не позади. При этом воздушные винты не только тянут за собой самолёт, но и под давлением нагнетают под крыло воздух. Благодаря этому давление под крылом увеличивается, и самолёт тратит меньше времени и энергии на взлёт. Если же винты находятся сзади, то этот эффект пропадает, к тому же они больше не тянут самолёт в небо, и в конструкцию самолёта приходится вносить много изменений.

Piper PA48 Enforcer с тянущим винтом./ Фото: wikipedia.org

Для самолёта разница между тянущим и толкающим винтом очень большая. В то время как тянущий передний винт обеспечивает увеличение подъёмной силы и поднимает нос в небо, толкающий может обеспечить гораздо большую тягу благодаря своему расположению. На самом деле, в воздухе он более эффективен и может разогнать самолёт до большей скорости. Исходя из этого, было бы лучше оборудовать самолёт двумя пропеллерами – и тянущим, и толкающим, но такая конструкция слишком тяжёлая и громоздкая, что и продемонстрировал легкомоторный самолёт Cessna Skymaster, который имел много недостатков из-за такой компоновки.

2. Толкающий гребной винт более эффективен и безопасен

Гребной винт и руль на корме корабля./ Фото: avrora-logistic.com

Для корабля самым эффективным является толкающий гребной винт, расположенный либо на корме, либо под задней частью (от середины до кормы). Если бы винты находились в носовой части, фактически перед кораблём, ему всё время пришлось бы плыть в собственной кильватерной струе, то есть среди сильных потоков воды. Они мешают движению, вызывают сильную вибрацию и тряску, что далеко не лучшим образом сказывается и на экипаже, и на технике. В свою очередь, толкающий винт никому не мешает и никак не влияет на ход корабля. К тому же он хорошо помогает в управлении кораблём и облегчает маневрирование. Всё дело в том, что корабль плывёт с недостаточно большой скоростью, чтобы можно было быстро сменить курс. Если же гребные винты будут направлять быстрый поток воды на руль, скорость поворота значительно увеличится. К тому же в случае столкновения удар придётся на носовую часть, а не на гребной винт, и корабль не останется неподвижным.

3. Исключения из правил

Рули с винтами./ Фото: asberg.ru

Конечно, не все корабли строятся по классической схеме, исключений два: слишком большие и корабли с узкой специализацией. К примеру, круизные лайнеры имеют огромный размер, фактически это целые плавучие города. Маневрирование для них является очень сложной задачей, а быстро сменить курс или развернуться в узкой бухте у них просто не получится из-за немалой длины, большой массы и такой же инерции. Для решения этой проблемы устанавливают азимутальный подруливающий механизм, а проще говоря, дополнительные рули со встроенными винтами. Их устанавливают в носовой части и с их помощью «доруливают» в нужную сторону.

Ледокол «Обь»./ Фото: gazetavyborg.ru

Ещё одно исключение – ледокол. На ледокол устанавливают от двух до четырёх гребных винтов, чтобы тот смог колоть лёд, но не все из них ставятся на корме. Если винтов четыре, то один из них перемещается в носовую часть, но он нужен не для того, чтобы ледокол мог двигаться в обратном направлении. Он работает в том же направлении, что и остальные, но при этом выбирает воду из-подо льда, и лёд легче ломается.

Одни из самых больших винтов устанавливают на огромные контейнеровозы, чтобы те могли перевозить огромные грузы и развивать при этом достаточную скорость.