Чому у літака два двигуна

У більшості пасажирських літаків два двигуни, у більшості військових — також два. Але іноді один кращий за два, а іноді два кращі, ніж чотири. А буває й навпаки.

Навіщо літаку двигун?

Літак може літати без двигуна, щоправда, дуже недовго і виключно вниз.

Справа в тому, що підйомна сила крила виникає лише за певної швидкості потоку, який його обтікає. А отже, щоб літати — потрібно постійно рухатися.

Птахи для цього махають крилами, а літак тягне або штовхає вперед саме двигун. Не важливо, реактивний двигун, турбогвинтовий чи поршневий. Важливо, щоб він забезпечував крилу літака достатню швидкість.

Планери літають без двигуна, але для цього їх зазвичай розганяє або інший літак, або машина. Самі вони не злітають.

Отже, двигун — обов’язкова деталь, така ж, як крило. Можна зробити літак без фюзеляжу чи без хвоста, але без двигуна ніяк не обійтися.

На самому початку розвитку авіації двигун у літака був один. Поки літаку потрібно було перевозити лише пілота, цього вистачало.

То коли і навіщо з’явився другий двигун?

Boeing 767 — два двигуни, тепер це стандарт

Навіщо літаку два двигуни?

Першими літаками з двома двигунами були французькі літаки Caudron G.4 (перший політ у 1915) і Farman F.60 “Голіаф” (1919). І обидва вони були бомбардувальниками. Щоправда, Голіафа пізніше переробили на пасажирський літак, але спочатку він мав перевозити не людей, а бомби.

Два двигуни почали встановлювати на літаки, щоб збільшити їхню вантажопідйомність. Щоб підняти в небо більшу вагу, потрібна більша площа крила.

Велике крило створює великий опір, а значить, потрібно більше тяги. Найпростіший спосіб збільшити тягу — встановити більше двигунів.

Першою компанією, яка почала регулярні комерційні рейси, була Handley Page Transport Ltd, а першим пасажирським літаком був відповідно Handley Page Type O.

Також бомбардувальник, який після Першої світової війни перетворився на пасажирський літак. І у нього також було два двигуни.

Він міг підняти в повітря 750 кілограмів бомб або від 7 до 14 пасажирів.

Сучасні авіалайнери

Зараз абсолютно всі сучасні авіалайнери мають щонайменше два двигуни. Але літати вони можуть і на одному.

Справа в тому, що будь-який сучасний пасажирський авіалайнер спроєктований так, щоб у разі відмови одного двигуна він міг продовжувати політ на другому. Саме нормально продовжувати політ, а не терміново приземлятися, де доведеться.

Тобто два двигуни — це вимога безпеки. І ця вимога закріплена законодавчо. Великий пасажирський літак просто не зможе пройти сертифікацію, якщо у нього один двигун. Жодна авіакомпанія такий літак не замовить.

Сучасні двигуни стають дедалі більшими

А як бути з одномоторними пасажирськими літаками? Вони ж існують.

Одномоторні літаки — маленькі, і всі вони можуть у разі відмови двигуна планувати. Тобто, якщо у Cessna Caravan із 10 пасажирами на борту відмовить двигун, літак не впаде каменем униз, а спланує до найближчого аеродрому, дороги чи рівної ділянки.

Cessna 208 Caravan — легкий пасажирський літак

Аеродинамічна якість цього літака дозволить йому пролетіти 20-30 кілометрів, якщо двигун відмовить на висоті 3 кілометри.

Великий пасажирський авіалайнер також може планувати, але через його вагу приземлення не буде м’яким.

Є два відомі приклади:

• Диво на Гудзоні. Коли Аеробус A320 вдало приводнився на річку Гудзон, спланувавши з висоти 950 метрів.
• Планер Гімлі. Boeing 767 спланував із висоти 8,5 кілометрів на покинуту авіабазу Гімлі, на якій один із пілотів раніше служив.

А є ще багато прикладів, коли спроба спланувати призвела до катастрофи. Недарма в назві інциденту є слово “диво”.

Тому відмова одного двигуна на маленькому літаку і відмова двох на великому — це зовсім не одне й те саме. Тут розмір має значення.

Але якщо два двигуни — це добре, то, можливо, три — ще краще?

Чому немає літаків із трьома двигунами

Першим пасажирським літаком, який випускався масово, став Ford Trimotor. Уже з назви зрозуміло, скільки двигунів у нього було.

Три двигуни для літака Форд були маркетинговою перевагою, адже це забезпечувало безпеку, адже він міг продовжувати політ навіть на одному моторі.

Ford Trimotor — був популярним у свій час

У 60-70-х роках минулого століття популярними були такі літаки, як Boeing 727 (випущено 1832 штуки), Douglas DC-10 (446) або Ту-154 (1026 штук). Усі вони мали три двигуни.

Але зараз літаки з трьома двигунами більше ніхто не проєктує, це невигідно.

Якщо порівняти Boeing 737 із двома двигунами і 727 із трьома, то виявиться, що перший почав літати в 1968 році, і його модифікації випускаються й досі (вже випущено понад 12 000 літаків), а тридвигунний 727 — із 1962 по 1984 рік, і на цьому його історія завершилася.

Boeing 727 — тоді тридвигунна компоновка була поширеним явищем

Три двигуни на літаку явно зайві. Сучасний рівень розвитку технологій дозволяє створювати великі та потужні двигуни. А два двигуни завжди важитимуть менше і споживатимуть менше палива, ніж три.

Трохи порахуємо ефективність

Поділимо тягу більшого двигуна, випущеного в 1987 році, на тягу старого двигуна тієї ж компанії меншого розміру. Отримаємо 275/66=4,2. Тобто, щоб забезпечити таку ж тягу, як у PW4000-94, потрібно чотири двигуни JT8D-9.

Але важити усі чотири будуть 1543 × 4 = 6172 кілограми, тобто в 1,4 раза більше, ніж один.

А палива вони спалюватимуть у 8,8 раза більше! Ні, така ефективність мало кому сподобається.

А якщо порівняти двигун 1964 року з двигуном 2016 року, то виявиться, що для заміни одного нового потрібно три старі, і палива ці три споживатимуть майже у вісім разів більше.

Чому так? Зверніть увагу на рядки “ступінь двоконтурності” і “коефіцієнт підвищення тиску”, увесь секрет саме там.

Але для цієї статті важливо те, що третій двигун виявився просто зайвим. Забезпечити будь-яку потрібну тягу тепер можна двома двигунами. І якби не вимоги до безпеки, то й одним би цілком впоралися.

Якщо що менше двигунів, то краще, а три двигуни — не найвдаліше рішення, то чому літають літаки з чотирма двигунами?

Чотири двигуни

Першим пасажирським реактивним літаком був британський de Havilland Comet DH-106. Літак оснащувався чотирма двигунами в корені крила (так тоді багато хто робив).

Одним із перших пасажирських реактивних літаків був Boeing 707. І у нього було чотири двигуни, але вже під крилом.

Boeing 707 мав чотири двигуни

Легендарний Boeing 747 також мав чотири двигуни.

А у Vickers VC10 чотири двигуни були встановлені в хвості, як і в Іл-62.

Але в сучасній авіації так більше ніхто не робить. Принаймні в пасажирському сегменті.

Vickers VC-10 — так уже ніхто не робить

Цивільні вантажні літаки — це найчастіше просто версії пасажирських, із відповідною кількістю двигунів.

А от у військово-транспортній авіації чотиридвигунна компоновка — цілком звичайна річ.

Наприклад, C-130 “Геркулес” — машина родом із 50-х років двадцятого століття, широко використовується й досі. Новіший C-17 “Глобал мастер” також із чотирма двигунами, і Airbus A400M теж.

Airbus A400M — 4 турбогвинтові двигуни

Для військово-транспортних літаків чотири двигуни кращі, ніж два. І ось чому:

1. Велика маса вантажу означає велику злітну масу, потрібно багато тяги.
2. Якщо відмовить один двигун із двох, для важкого літака це буде проблемою. Якщо один із чотирьох — не буде.
3. Літаку може знадобитися злітати і сідати з непідготовлених смуг, коротких смуг, у спеку чи в розрідженому повітрі гір. Значить, потрібен великий запас тяги, а економічність відходить на другий план.

Для військово-транспортних літаків формула “2 краще, ніж 4” не працює через їхню величезну злітну масу. Два великі двигуни можуть дати таку ж тягу, що й 4 менші. Але вони важитимуть більше. А це означає, що потрібно зміцнювати крило, щоб двигун не відвалився при різких маневрах.

Для цивільних таких проблем із непідготовленими смугами та перевантаженнями на зльоті й посадці просто немає. Тому зробити вантажну версію пасажирського лайнера — цілком логічна і правильна стратегія.

Літак із 6 або 8 двигунами

Іноді чотирьох — замало. У Ан-225 “Мрія” двигунів було шість штук. Не тому, що в СРСР хотіли зробити найбільший транспортний літак у світі, який виявився нікому не потрібним. Точніше, не лише тому.

Мрію використовували для транспортування космічного корабля “Буран” на космодром і планували використовувати для програми “повітряний старт”. Тому й знадобився такий величезний літак.

У американських бомбардувальників B-36 і B-47 також було по 6 двигунів. А у легенди B-52 аж вісім!

У B-52 — вісім двигунів

B-52 — це стратегічний бомбардувальник. Літак вагою 200 тонн має пролітати 12 000 кілометрів (довжина екватора — 40 000 кілометрів). У роки його створення просто не було достатньо потужних двигунів, щоб забезпечити літак із такими характеристиками потрібною тягою.

Проєкт заміни 8 двигунів на 4 потужніші існував і навіть проводилися випробування. Але було вирішено відмовитися від переробки літака під 4 двигуни через велику складність. У B-52 8 старих двигунів TF33 замінять на 8 нових Rolls-Royce F130.

Заміна двох маленьких двигунів TF33 одним великим TF-39 була визнана неефективною

Деякі речі ніколи не змінюються.

Коли один двигун кращий

Для невеликого літака — один двигун завжди кращий, ніж два.

Гарний приклад — винищувачі.

За часів Другої світової війни кількість одно-двигунових винищувачів була набагато більшою, ніж дво-двигунових.

Наприклад, P-38 “Лайтнінг” американська промисловість випустила близько 10 000 штук, а P-51 “Мустанг” – 15 000, P-47 “Тандерболт” ще – 15 000, F6F “Хелкет” ще – 15 000…

Хоча перші реактивні винищувачі мали два двигуни, це було зумовлено низькою надійністю перших реактивних двигунів.

Пізніше все стало на свої місця. Один літак-винищувач — один двигун.

Якщо винищувач був важким і маневровний бій не планувався, воліли ставити два двигуни, щоб отримати максимальну швидкість.

Для дуже масового і легкого F-16 була обрана одно-двигунна компоновка. Просто взяли той самий двигун від “старшого брата” F-15, щоб зекономити на утриманні всього авіапарку.

У СРСР ситуація з надійністю і ресурсом двигуна була гіршою, тому після одно-двигунового МіГ-23 усі винищувачі почали оснащувати двома, для надійності.

Але якщо порівняти близькі за вагою і створені в один час F-16 і МіГ-29, стає зрозуміло, чому один двигун — кращий.

Американський винищувач має майже вдвічі більше бойове навантаження при майже рівній злітній масі. При цьому швидкопідйомність у МіГа вища на 30%, а максимальна швидкість більша лише на 10%.

F-16 легко піднімає в повітря два підвісні баки, чотири ракети, чотири бомби і прицільний контейнер AN/AAQ-33, і це для нього не максимальне навантаження

F-16 навіть без підвісних баків має більший бойовий радіус, а у нього ще залишаються 2 “зайві” точки підвіски саме для баків. Тобто менший літак із одним двигуном може взяти більше озброєння і мати більшу дальність при рівних показниках швидкості і маневровості.

Другий двигун “з’їдає” сам по собі багато ваги літака, та ще й палива для нього потрібно вдвічі більше.

Інший приклад. Порівняємо британський Harrier і радянський Як-38.

Тут одразу видно, що британський штурмовик, хоч і старший на 7 років, але чомусь має бойове навантаження в 2,3 раза більше і дальність у 2,5 раза більшу.

Обидва літаки вертикального зльоту і посадки, створювалися приблизно в один і той же час, зовні дуже схожі. Як же так?

Hawker Siddeley Harrier — єдиний успішний літак вертикального зльоту 20 століття

У Harrier один двигун від Rolls-Royce, а у Яка цілих три! Причому два з них використовуються лише для зльоту і посадки, увесь інший час це просто зайва вага.

Невже радянські інженери не бачили, як зроблений англійський літак? Просто в СРСР не було такого двигуна, як у британців, щоб забезпечити потрібні характеристики.

У результаті радянський Як-38 отримав прізвисько “літак оборони щогли”, оскільки в жаркому кліматі його бойовий радіус дозволяв фактично лише злетіти, облетіти корабель і знову сісти на палубу. Як не міг навіть злетіти з повним бойовим навантаженням і повною заправкою, не вистачало тяги.

Чому двигуни розміщують під крилом

У більшості пасажирських літаків двигуни розміщують під крилом.

Коли двигун унизу, обслуговувати його простіше і швидше

Хоча існують різні можливості компоновки:

1. Під крилом
2. Над крилом
3. У хвості
4. Під фюзеляжем
5. Над фюзеляжем
6. Всередині фюзеляжу

Варіант розміщення двигунів у хвості зараз не популярний, він використовується в сучасних літаках, але лише якщо це невеликі бізнес-джети.

Просто тому, що час, витрачений на обслуговування, — це збитки для авіакомпанії. Поки літак не літає, він не приносить прибутку. Тому двигуни внизу простіше оглядати й обслуговувати, не потрібна драбина, як у варіанті з розміщенням у хвості.

У Fokker 614 двигуни встановлені на крилі

Розміщення над крилом не використовується з тієї ж причини.

У бойових літаків двигуни зазвичай розміщуються всередині фюзеляжу. Відрізняється лише розміщення повітрозабірників.

Варіант розміщення повітрозабірників під фюзеляжем популярний у бойовій авіації. Тому що при збільшенні кута атаки (коли літак задирає ніс), у двигуни нормально надходить повітря. Над фюзеляжем розміщують двигуни, коли хочуть забезпечити малозаметність для радарів.
Виходить, що ідеальне місце для двигуна — саме внизу. Навіть незважаючи на те, що зі збільшенням діаметрів двигунів місця під крилом стає дедалі менше.

Підсумок

Те, скільки двигунів має бути у літака, залежить від того, які завдання він має виконувати:

1. Пасажирський авіалайнер має бути насамперед безпечним, а потім економічним — два двигуни, хоча він може літати і на одному.
2. Військово-транспортний літак має бути потужним і надійним — частіше чотири двигуни, ніж два.
3. Легкий винищувач має бути маневреним і швидким — ідеально, коли у нього один двигун.
4. Палубний винищувач злітає і сідає в складних умовах — другий двигун обов’язковий.
5. Важкий винищувач або винищувач-бомбардувальник має бути швидким і нести велике бойове навантаження — значить, потрібно два двигуни.
6. Бомбардувальник має літати дуже далеко і “возити” багато — значить, і двигунів буде багато, частіше їх буде чотири, а не два.

У будь-якому випадку, один двигун обходиться дешевше, ніж два, але в деяких випадках доводиться встановлювати більше через вимоги безпеки, швидкості чи вантажопідйомності.