Почему у самолета два двигателя

Cколько двигателей у самолета? У большинства пассажирских самолетов — два, у большинства военных — тоже два. Но иногда один лучше чем два, а иногда два лучше, чем четыре. Но бывает и наоборот.

Зачем самолету двигатель?

Самолет может летать без двигателя, правда очень недолго и исключительно вниз.

Дело том, что подъемная сила крыла возникает только при определенной скорости потока его обтекающего. А значит, чтобы летать — нужно постоянно двигаться.

Птицы для этого машут крыльям, а самолет тянет или толкает вперед именно двигатель. Не важно, реактивный двигатель, турбовинтовой или поршневой. Важно чтобы он давал крылу самолета досочную скорость.

Планера летают без двигателя, но для этого их обычно разгоняет либо другой самолет либо машина. Сами они не взлетают

Итак, двигатель – обязательная деталь такая же как крыло. Можно сделать самолет без фюзеляжа или без хвоста, но без двигателя не обойтись никак.

И самом начале развития авиации двигатель у самолета был один. Пока самолету нужно было возить только пилота, этого хватало.

Так когда и зачем появился второй двигатель?

Boeing 767 — два двигателя, теперь стандарт это стандарт

Зачем самолету два двигателя?

Первыми самолетами с двумя двигателями были французские самолеты Caudron G.4 (первый полет в 1915) и Farman F.60 «Голиаф» (1919). И оба они были бомбардировщиками. Правда Голиафа позже переделали в пассажирский самолет, но изначально он должен был возить не людей, а бомбы.

Два двигателя начали устанавливать на самолеты чтобы увеличить их грузоподъемность. Чтобы поднять в небо больший вес, нужна большая площадь крыла.

Большое крыло создает большое сопротивление, а значит нужно больше тяги. Самый простой способ увеличить тягу — поставить больше двигателей.

Первой компанией начавшей регулярные коммерческие рейсы была компания Handley Page Transport Ltd, а первым пассажирским самолетом был соотнесенно Handley Page Type O.

Тоже бомбардировщик, который после первой мировой войны превратился в пассажирский самолет. И у него тоже было два двигателя.

Он мог поднять  воздух 750 килограмм бомб или от 7 до 14 пассажиров.

Современные авиалайнеры

Сейчас абсолютно все современные авиалайнеры имеют минимум два двигателя. Вот только летать они могут на одном.

Дело в том, что любой современный пассажирский авиалайнер спроектирован так, чтобы в случае отказа одного двигателя, он мог продолжать полет на втором. Именно нормально продолжать полет, а не срочно приземляться где придется.

То есть два двигателя — это требование безопасности. И это требование закреплено законодательно. Большой пассажирский самолет просто не сможет пройти сертификацию, если у него один двигатель. Ни одна авиакомпания такой самолет не закажет.

Современные двигатели становятся все больше

А как же быть с одномоторными пассажирскими самолетами? Они ведь существуют.

Одномоторные самолеты — маленькие и все они могут в случае отказа двигателя планировать. То есть если у Cessna Caravan с 10 пассажирами на борту откажет двигатель, самолет не рухнет камнем вниз, а спланирует к ближайшему аэродрому, дороге или ровной площадке.

Cessna 208 Caravan — легкий пассажирский самолет

Аэродинамическое качество этого самолета позволит ему пролететь 20-30 километров если двигатель откажет на высоте 3 километра.

Сколько может планировать самолет без двигателей?

Большой пассажирский авиалайнер тоже может планировать, но из-за его веса приземление не будет мягким.

Есть два известных примера:

• Чудо на Гудзоне. Когда Аэробус A320 удачно приводнился на реку Гудзон спланировав с высоты 950 метров
• Планер Гимли. Boeing 767 спланировал с высоты 8,5 километров на заброшенную авиабазу Гимли на которой один из пилотов раньше служил

А есть еще много примеров где попытка спланировать привела к катастрофе. Не зря в названии инцидента есть слово «чудо».

Поэтому отказ одного двигателя на маленьком самолете и отказ двух на большом, это совсем не одно и то же. Тут размер имеет значение.

Но если два двигателя, это хорошо, то возможно три — еще лучше?

Почему нет самолетов с тремя двигателями

Первым пассажирским самолетом, выпуск которого был массовым стал Fort Trimotor. Уже из названия ясно, сколько двигателей у него было.

Три двигателя для самолета Форд было маркетинговым преимуществом, так обеспечивалась безопасность, ведь он мог продолжать полет даже на одном моторе.

Ford Trimitor — был популярен в свое время

В 60-70 годах прошлого века популярными были такие самолеты как Boeing 727 (выпущено 1832 штук), Douglas DC-10 (446) или Ту-154 (1026 штук). У всех их было три двигателя.

Но сейчас трех двигательные самолеты больше никто не проектирует, это не выгодно.

Если сравнить Боинг 737 с двумя двигателями и 727 с тремя, то окажется, что первый начал летать в 1968 году и его модификации производятся и сейчас (уже больше 12 000 самолетов было выпущено),а трехдвигательный 727 – с 1962 по 1984 и на этом его история завершилась.

Boeing 727 — тогда трехдвигательная компоновка была распространенным явлением

Три двигателя на самолете явно избыточны. Современный уровень развития технологий позволяет создавать большие и мощные двигатели. А два двигателя всегда будут весить меньше и потреблять меньше топлива чем три.

Немного посчитаем эффективность

Разделим тягу большего двигателя выпущенного в 1987 году на тягу старого двигателя той же компании меньшего размера. Получится 275/66=4,2. То есть для того чтобы обеспечить такую же тягу как у PW4000-94 нужно четыре двигателя JT8D-9.

Но весить все четыре будут 1543 х 4 = 6172 килограмма то есть в 1,4 раза больше чем один.

Ну а сжигать топлива будут в 8,8 раза больше! Нет такая эффективность мало кому понравится.

Ну а если сравнить двигатель 1964 года с двигателем 2016. Получится, что для замены одного нового, нужно три старых и потреблять топлива эти три будут почти в восемь раз больше.

Почему так? Обратите внимание на строки «степень двухконтурности» и «коэффициент повышения давления» весь секрет именно там.

Но для данной статьи важно то, что третий двигатель просто оказался лишним. Обеспечить любую нужную тягу теперь можно двумя двигателями. И если бы не требования к безопасности то и одним бы вполне справлялись.

Если чем меньше двигателей, тем лучше, а три двигателя — не самое удачное решение, то почему летают самолеты с четырьмя двигателями?

Четыре двигателя

Первым пассажирским реактивным самолетом был британский de Havilland Comet DH-106. Самолет оснащался четырьмя двигателями в корне крыла (так тогда многие делали).

Одним из первых пассажирских реактивных самолетов был — Боинг 707. И у него было четыре двигателя но уже под крылом.

Боинг 707 имел четыре двигателя

Легендарный Boeing 747 тоже имел четыре двигателя.

А у Vickers VC10 четыре двигателя были установлены в хвосте как и у Ил-62.

Но в современной авиации так больше никто не делает. По крайней мере в пассажирском сегменте.

Викерс VC-10 — так уже никто не делает

Гражданские грузовые самолеты, это чаще всего просто версии пассажирских, с соответственным количеством двигателей.

А вот в военно-транспортной авиации четырехдвигательная компоновка, это вполне обычное дело.

Например C-130 «Геркулес» — машина родом из 50-х го5ов двадцатого века широко используется до сих пор. Более «свежий» C-17 «Глобал мастер» тоже с четырьмя двигателями и Airbus A400M тоже.

Airbus A400M — 4 турбо-винтовых двигателя

Для военно-транспортных самолетов, четыре двигателя лучше чем два. И вот почему:

1. Большая масса груза означает большую взлетную массу, нужно много тяги
2. Если откажет один двигатель из двух, для тяжеленого самолета это будет проблемой. Если один из четырех — не будет
3. Самолету может потребоваться взлетать и садиться с неподготовленных полос, коротких полос, в жару или  разреженном воздухе гор. Значит нужен большой запас тяги, а экономичность отступает на второй план

Для военно-транспортных самолетов формула 2 лучше чем 4 не работает из-за их огромной взлетной массы. Два больших двигателя могут дать ту же тягу что и 4 меньшие. Но и весить они будут больше. А это значит нужно укреплять крыло, чтобы двигатель не отвалился при резких маневрах.

Для гражданских таких проблем с неподготовленными полосами и перегрузками на взлете и посадке просто нет. Поэтому сделать грузовую версию пассажирского лайнера, вполне логичная и правильная стратегия.

Самолет с 6 или 8 двигателями

Иногда четыре — это мало. У Ан-225 «Мрия» двигателей было шесть штук. Не потому что в СССР хотели сделать самый большой транспортный самолет  мире, который оказался никому не нужен. Точнее не только поэтому.

Мрию использовали для транспортировки космического корабля «Буран» на космодром и планировали использовать для программы «воздушный старт». Поэтому и понадобился такой огромный самолет.

У американских бомбардировщиков B-36 и B-47 тоже было по 6 двигателей. А у легенды B-52 целых восемь!

У Б-52 — восемь двигателей

B-52 — это стратегический бомбардировщик. Самолет весом  200 тонн должен пролетать 12 000 километров (длинна экватора — 40 000 километров). В годы его создания просто не было достаточно мощных двигателей, чтобы обеспечить самолет с таким характеристиками нужной тягой.

Проект замены 8 двигателей на 4 более мощные существовал и даже проводились испытания. Но было решено отказаться от переделки самолета под 4 двигателя из-за большой сложности. У B-52 8 старых двигателей TF33 будут менять на 8, но новых Rolls-Royce F130.

Замена двух маленьких двигателей TF33 одним большим TF-39 была признана неэффективной

Некоторые вещи никогда не меняются.

Когда один двигатель лучше

Для небольшого самолета — один двигатель всегда лучше чем два.

Хороший пример — истребители.

Во времена Второй мировой войны количество однодвигательных истребителей было гораздо большим чем двухдвигательный.

Например P-38 «Лайтнинг» американская промышленность выпустила около 10 000 штук, а P-51 «Мустанг» – 15 000 P-47 «Тандерболт» еще – 15 000,  F6F «Хелкэт» еще – 15 000….

Хотя первые реактивные истребители имели два двигателя, это было обусловлено низкой надежностью первых реактивных двигателей.

Позже все стало на свои места. Один самолет-истребитель — один двигатель.

Если истребитель был тяжелыми и маневренный бой не планировался, предпочитали ставить два двигателя, чтобы получить максимальную скорость.

Для очень массового и легкого F-16 была выбрана однодвигательная компоновка. Просто взяли тот же двигатель от «старшего брата» F-15, чтобы сэкономить на содержании всего авиапарка.

В СССР ситуация надежностью и ресурсом двигателя была похуже, поэтому после однодвигательного Миг-23 все истребители стали оснащать двумя, для надежности.

Но если сравнить близкие по весу и созданные в одно время F-16 и Миг-29 становится понятно почему один двигатель — лучше.

Американский истребитель имеет большую почти двое боевую нагрузку при почти равной взлетной массе. При этом скороподъемность у Мига выше на 30%, а максимальная скорость больше всего на 10%.

F-16 легко понимает в воздух два подвесных бака, четыре ракеты, четыре бомбы и прицельный контейнер AN/AAQ-33 и это для него не максимальная нагрузка

F-16 даже без подвесных баков имеет больший боевой радиус, а ведь у него остаются еще 2 «лишние» токи подвески именно для баков. То есть меньший самолет, с одним двигателем может взять больше вооружения и иметь большую дальность при ранимых показателях скорости и маневренности.

Второй двигатель «съедает» сам по себе много веса самолета, да еще и топлива для него нужно в два раза больше.

Другой пример. Сравним британский Harrier и советский Як-38.

Тут сразу видно, что британский штурмовик хоть и старше на 7 лет, но почему-то имеет боевую нагрузку в 2,3 раза больше и дальность в 2,5 раза больше.

Оба самолета вертикального взлета и посадки, создавались примерно в одно и то же время, внешне очень похожи. Как же так?

Hawker Siddeley Harrier — единственный успешный самолет вертикального взлета 20 века

У Хариера один двигатель от Роллс-Ройс, а у Яка целых три! Причем два из них используются только для взлета и посадки, все остальное время, это просто лишний вес.

Неужели советские инженеры не видели как сделан английский самолет? Просто в СССР не было такого двигателя как у британцев, чтобы обеспечить нужные характеристики.

В результате, советский Як-38 получил прозвище «самолет обороны мачты», так как в жарком климате его боевой радиус позволял фактически только взлететь облететь корабль и снова сеть на палубу. Як не мог даже взлететь в полной боевой нагрузкой полной заправкой, не хватало тяги.

Почему двигатели размещают под крылом

У большинства пассажирских самолетов двигатели размещают под крылом.

Когда двигатель внизу, обслуживать его проще и быстрее

Хотя существуют разные возможности компоновки:

1. Под крылом
2. Над крылом
3. В хвосте
4. Под фюзеляжем
5. Над фюзеляжем
6. Внутри фюзеляжа

Вариант размещения двигателей в хвосте сейчас не популярен, он используются в современных самолетах, но только если это небольшие бизнес джеты.

Просто потому, что время затрачиваемое на обслуживание — это убытки для авиакомпании. Пока самолет не летает, он не приносит прибыли. Поэтому двигатели внизу просто удобнее осматривать и обслуживать, не нужна лестница как в варианте с размещением в хвосте.

У Fokker 614 двигатели установлены на крыле

Размещение над крылом не используется по той же причине.

У боевых самолетов двигатели размещаются обычно внутри фюзеляжа. Отличается только размещение воздухозаборников.

Вариант размещения воздухозаборников под фюзеляжем популярен в боевой авиации. Потому, что при увеличении угла атаки (когда самолет задирает нос), в двигатели нормально попадает воздух. Над фюзеляжем размещают двигатели когда хотят обеспечить малую радиолокационную заметность.

Получается, что идеальное место для двигателя как раз внизу. Даже несмотря на то, что с увеличением диаметров двигателя места под крылом остается все меньше и меньше.

В итоге

То, сколько двигателей должно быть у самолета обусловлено тем, какие задачи он должен решать:

1. Пассажирский авиалайнер должен быть в первую очередь безопасным, а во вторую экономичным — два двигателя, хотя может летать и на одном
2. Военно-транспортный самолет должен быть мощным и надежным — чаще четыре двигателя, чем два
3. Легкий истребитель должен быть маневренным и быстрым — идеально, когда у него один двигатель
4. Палубный истребитель взлетает и садится в сложных условиях — второй двигатель обязателен
5. Тяжелый истребитель или истребитель-бомбардировщик должен быть быстрым и нести большую боевую нагрузку — значит нужно два двигателя
6. Бомбардировщик должен летать очень далеко и «возить» много — значит и двигателей будет много, чаще их будет четыре, а не два

В любом случае, один двигатель обходится дешевле, чем два, но в некоторых случаях приходится устанавливать больше по требованиям безопасности, скорости или грузоподъемности.