Почему все самолеты одинаковые

Совсем недавно мы вспоминали историю гражданской реактивной авиации.  Как интересно и бурно она развивалась в самом начале. Конструкторы экспериментировали и количеством двигателей, и с их расположением, замахивались на сверхзвук. Каких только схем не испробовано, а в итоге пришли к тому, с чего и начинали –  к двухдвигательному низкоплану нормальной аэродинамической схемы.

Сама идея пассажирского низкоплана воплотилась в металле в далеком 1933 году, когда 8 февраля  в воздух поднялся  Boeing 247 - 10-местный пассажирский самолёт, первый серийный цельнометаллический авиалайнер со свободнонесущим крылом, убирающимся шасси, фюзеляжем типа полумонокок и автопилотом. А спустя всего полгода на крыло встал его прямой конкурент  - DC1 (он же DC-2, он же DC-3, он же С-47, он же Dakota).

Тема пассажирского цельнометаллического самолета бродила в умах и советских контструкторов. Пока Туполев сотоварищи ваял своих сверхгигантов АНТ-20, С. В. Ильюшин в 1935 году в инициативном порядке предложил пассажирский вариант  бомбардировщика ББ-2 (ЦКБ-30). Кабина пилота, конечно еще пока не на привычном месте, но это уже действительно походило на то, на чем мы с вам сейчас летаем.






Среди немногочисленных типов гражданских самолетов, спроектированных и построенных в Советском Союзе в 1930-е годы, особое место занимает двухмоторный РАФ-11 конструкции А.Н.Рафаэлянца. Первый опытный экземпляр РАФ-11 был построен и испытан в 1938 г. 17 августа 1938 г.

После  DC-3, тема самолета, выполненного по нормальной аэродинамической схеме, стала доминирующей. Разброд и шатания по поводу размещения двигателей и схемы хвостового оперения конечно были, но в итоги пришли к тому чему и начали. К 1940 году небо уже бороздил Curtiss CW-20, по размерам и облику сравнимый с  современным Boeing-737.





СССР также продвигался в общем русле. В октябре 1943 года в ОКБ С. В. Ильюшина в инициативном порядке начались работы по проектированию пассажирского самолёта Ил-12. 18 августа 1946 года состоялся первый публичный показ самолёта на воздушном параде в Тушино.

Так почему же низкоплан, и почему нормальной аэродинамической схемы?

Действительно почему? Ведь придумано куча аэродинамических схем: «утка», «безхвостка», «летающее крыло».

Использование нормальной аэродинамической схемы для самолётов гражданской  авиации обусловлено в первую очередь её достоинствами:

-Хорошая продольная и путевая устойчивость. Благодаря этому свойству нормальная схема сильно выигрывает у схем «утка» и «бесхвостка».

- С другой стороны данная схема обладает достаточной для неманевренного  самолёта управляемостью. Вследствие наличия этих свойств у нормальной аэродинамической схемы, самолёт прост в управлении, что даёт возможность эксплуатации его  лётчикам  любой  квалификации.

Для пассажирских самолётов выбор схемы крыла относительно фюзеляжа связан в первую очередь с компоновочными соображениями. Потребность в свободных объёмах внутри фюзеляжа не позволяет использовать схему среднеплана, т. к. с одной стороны нельзя пропустить центроплан крыла сквозь фюзеляж, а с другой стороны использование крыла без центроплана, со стыковкой консолей к силовому кольцевому шпангоуту, невыгодно в весовом отношении.

-Высокоплан менее привлекателен для пассажирских перевозок, т.к. при аварийной посадке крыло (особенно если на нём установлены двигатели) стремится раздавить фюзеляж и находящуюся в нем пассажирскую кабину. Для   устранения этой проблемы   приходиться   усиливать   конструкцию   фюзеляжа   в районе крыла и значительно утяжелять его.
-При аварийной посадке на воду фюзеляж уходит под поверхность воды, затрудняя тем самым аварийную эвакуацию пассажиров и экипажа.

- ну и наконец, там неудобно располагать основные стойки шасси, делая их более длинными, чем у низкопланов, или вообще располагать их в фюзеляже, тем самым утяжеляя его.

Ну, тут все просто – разумный баланс между безопасностью и экономичностью.  Сломался один, летим на другом, причем не просто летим, а совершаем трансконтинентальный перелет через Атлантику. Вот такие современные нормы сертификации двухдвигательных дальнемагистральников (к слову DC3 и взлетать мог с одним двигателем – таково было условие заказчика). 3, 4 двигателя ставили не от хорошей жизни, а от недостатка мощности оных.

Почему двигатели под крыльями, тоже очевидно. Крыло тянет самолет вверх, а висящий на нем двигатель, тянет его вниз, снижая тем самым нагрузку на центроплан. Ну и хвостовое оперение при этом не попадает в газовую струю от работающих моторов. У винтовых машин мотогондола встраивается прямо в крыло, набегающий от пропеллеров поток увеличивает подъемную силу.

Недостатков у низкоплана тоже навалом, это и худшее аэродинамическое качество, и требовательность к чистоте ВПП, и прочее.

Так или иначе, а самый современный самолет на сегодняшний день, это Boeing 787, т.е. двухдвигательный низкоплан.

Давайте заглянем немного вперед, а что же нас ждет завтра в мире авиастроении. Увы, но пока ничего особенного. Российский авиапром готовит к постройке МС-21, Airbus хочет поставить на конвейер А-350 и A320neo, Boeing уже рекламирует 737 MAX, китайцы сделают свой С919, который должен конкурировать с новейшим российским SSJ и канадским Bombardier CSeries, а скоро эту компанию дополнит японский Kawasaki YPX. Как вы понимаете, все они, это двухдвигательные низкопланы, похожие друг на друга, как две капли воды.








Так неужели в авиастроение уже все точки на и поставлены?  Думаю что нет. Если заглянуть в послезавтра  то можно узреть интересные перспективы. Заглянем в следующем посте.

Спасибо за внимание.

См. также 60 лет реактивной гражданской авиации