Кіріспе

Әуе немесе су көлігінің конструкциясында, жылғақыш құрылғысы қозғалтқыштан кейін орналасқан.

Аэронавтикалық және теңіз инженериясында, жылғақыш конфигурациясы – қозғалтқыштарынан кейін жылғақыш құрылғысы бар әуе немесе су көліктерін сипаттау үшін қолданылатын термин. Бұл, жылғақыш құрылғылары алдыңғы жағында орналасқан, дәстүрлі трактор конфигурациясынан өзгеше. Бұл термин көбінесе ұшақтарға қолданылса да, ең көп таралған мысалы – шағын қайықтың сыртқы қозғалтқышы. "Жылғақыш конфигурациясы" – бұл әуе кемесіне (дирижабль), аэростаттарға (ұшақтар), аэродинамикалық көліктерге (ұшақтар, WIG, парамотор, роторлық ұшақтар) немесе басқа да типтерге, мысалы, жеңіл қайықтарға, аэроглиссерлерге және винтті қар мотоцикліне бекітілген нақты (винт немесе каналды желдеткіш) жылғақыш құрылғыны сипаттайды.

Тарих

1871 жылы Альфонс Пено жасаған резеңкемен қуатталатын "Планофор" – алғашқы сәтті ұшақ моделі, түрткіш винтімен жабдықталған. Көптеген алғашқы ұшақтар (әсіресе бипландар) "түрткіштер" болды, оның ішінде Райт Флайер (1903), Сантос Дюмон 14 бис (1906), Воасин Фарман I (1907) және Эжен Эли 1911 жылдың 18 қаңтарында алғаш рет кемеге қонған Куртисс Модель D. Генри Фарманның Farman III және оның вариациялары Ұлыбританияда остік ықпалға ие болды, сондықтан түрткіштер жалпы "Фарман типі" деп аталды. Басқа алғашқы түрткіш конфигурациялары осы тақырыптың өзгешелігі болды. Классикалық "Фарман" түрткішінде винт "негізгі көтергіш бетінің артында" орналасқан, ал қозғалтқышы төменгі қанатқа немесе қанаттар арасына, винттің алдына, пилот отыратын шағын фюзеляжға (нацель) бекітілген. Осы типтегі түрткіш конструкциясының басты қиындығы – құйрықты (эмпеннажды) орнату болды. Ол тракторлық ұшақтағыдай бірдей орналасуы керек, бірақ оның тіреу құрылымы винтке тимеуі тиіс. Алғашқы түрткіштер канардты пайдаланды, бірақ бұл ертедегі конструкторлар шеше алмаған ауыр аэродинамикалық салдарға әкелді. Әдетте, құйрықты орнату күрделі сыммен бекітілген каркас арқылы жасалатын, бұл үлкен қарсылық тудырды. Бірінші дүниежүзілік соғыс басталғанға дейін бұл қарсылық Фарман стиліндегі түрткіштің басқа ұқсас тракторлық типке қарағанда нашар өнімділігін қамтамасыз ететін факторлардың бірі ретінде танылды. АҚШ армиясы 1914 жылдың соңында осы типтегі ұшақтардың апатынан бірнеше ұшқыш қаза болғаннан кейін түрткіш ұшақтарды тыйым салды, сондықтан 1912 жылдан бастап АҚШ-тың жаңа ұшақтарының көп бөлігі тракторлық бипландар болды, ал барлық типтегі түрткіштер Атлант мұхитының екі жағында да көне деп есептелді. Дегенмен, жаңа түрткіш конструкциялары 1916 жылдан кейін аз ғана пайдаланылғанмен, Vickers Vampire сияқты соғыс аяқталғанға дейін жобалануын жалғастырды. 1916 жылдың соңына дейін түрткіштер (мысалы, Airco DH.2) британдық Корольдік әуе күштерінде қару-жарақ тасу үшін әлі де бағаланды, себебі алға қарай атуға болатын қару винт доғасымен кедергісіз пайдаланылуы мүмкін. Фукердің автоматты мылтықты қозғалмалы винтпен синхрондау механизмін табысты енгізуі және 1916 және 1917 жылдары барлық жауынгерлердің синхрондау тіректерін кеңінен қабылдауынан кейін тракторлық конфигурация басым болды, ал түрткіштер жаңа ұшақтардың аз бөлігіне дейін азайтылды. Британдықтар да, француздықтар да түрткіш конфигурациялы бомбалаушыларды пайдалануды жалғастырды, бірақ 1917 жылға дейін екі жақта да нақты артықшылық болған жоқ. Мұндай ұшақтар (Фарман компаниясының өнімдерін қоспағанда) Вуасин бомбалаушыларын (3200 дана салынды), Викерс F. B.5 "Гунбус" және Корольдік ұшақ фабрикасы F. E.2 болды; алайда, олар да толық жойылғанша оқу рөлдеріне ауыстырылды. Farman түрткіш конфигурациясын қолданған соңғы ұшақ 1931 жылғы Vickers Type 161 COW қарулы ұшағы болуы мүмкін. Конфигурацияның ұзақ уақыт бойына қолданылуы ұшақтарда аз пайда әкелетін және трактор ретінде жасалуы мүмкін болған жағдайларда жалғасты. Ұшақтың судан барынша алыс болуы үшін екі қанатты ұшақтарда көп уақыт бойы фюзеляждың үстіне орналасқан қозғалтқыштар жиі орнатылды, көбінесе винттің шашырауынан және кабинадан алыс болу үшін түрткіш винттерді қозғалтады. Supermarine Walrus осы құрылымның кейінгі үлгісі болды. Тракторлық және түрткіш конфигурацияларын біріктіретін, яғни бір немесе бірнеше винт алға, ал қалғандары артқа қараған "push/pull" конфигурациясы, сыртқы қозғалтқыш бұзылғанда асимметриялық әсерді азайту үшін, мысалы, Farman F.222 сияқты, пайдаланыла береді, бірақ артқы винттердің тиімділігі төмендеді, олар көбінесе кішірек және аз қуатты қозғалтқыштарға бекітілді. 1930 жылдардың соңында ұшақтардың барлық металдан жасалған конструкциясының кеңінен қабылдануы, кемінде теориялық тұрғыдан алғанда, түрткіштердің (және кез келген дәстүрлі емес конфигурацияның) өнімділігін шектеген аэродинамикалық кемшіліктерді азайтты; алайда, түрткіштердің өнімділігін арттыратын кез келген жақсарту дәстүрлі ұшақтардың өнімділігін де арттырады, сондықтан олар операциялық қызметте сирек кездесетін болды, ол алшақтық азайды, бірақ толық жабылмады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ірі державалардың көпшілігі түрткіш шабуылдаушы ұшақтарымен тәжірибе жүргізді. Қиындықтар әлі де болды, әсіресе, түрткіштен құтылуға тиіс ұшқыш винт доғасынан өтуі мүмкін. Бұл барлық типтердің ішінде 1943 жылғы салыстырмалы дәстүрлі шведтік SAAB 21 ғана сериялық өндіріске енгізілгенін білдірді. Көптеген түрткіштерде қолданылған канарттың аэродинамикасы...

Артықшылықтар

Дүргізуші қозғалтқыштың жетек білігі қалыпты жұмыс кезінде қысымға түседі, бұл оған тракторлық конфигурацияда керілуге түсуге қарағанда аз стресс түсіреді.

Практикалық талаптар

Кокпит қанаттың алдына орналастырылып, қозғалтқыш(тар)тың салмағы артқа қарай теңгеріледі, бұл экипажға көрінуді жақсартады. Әскери ұшақтарда, мылтықтың винтпен синхрондау қажеттілігі болмағандықтан, алдыңғы қару-жарақтарды қолдану оңайырақ, бірақ артқы жағынан бос гильзалардың винтке тию қаупі бұл артықшылықты азайтады. Қозғалтқышы ұшқышпен бірге немесе оған өте жақын орналасқан ұшақтар (мысалы, парамоторлар, қозғалтқышты парашюттар, автогиролар және икемді қанатты трикелер) ұшқыштың қол-аяқтарына қауіпті азайту үшін қозғалтқышты ұшқыштан артқа орналастырады. Осы екі фактор осы конфигурацияның алғашқы әскери ұшақтарда кеңінен қолданылғанын және бүгінде ультражеңіл ұшақтарда, ұшқышсыз әуе кемелерінде (БӘК) және радиобасқарылатын ұшақтарда да танымал болып қала беретінін көрсетеді.

Аэродинамика

Итеруші қозғалтқыш қысқа фюзеляжға ие болуы мүмкін, соның салдарынан фюзеляждың суға батқан бетінің ауданы мен салмағы азаяды. Тракторлық схемадан өзгеше, фюзеляждың соңында орналасқан итеруші винт тұрақтандырушы рөл атқарады. Итерушіге тік бағытпен тұрақтандыру үшін кішірек тік құйрық бөлігі қажет, демек, ауа райының әсеріне аз ұшырайды; ұшу кезінде ол көбінесе қарсы желге сезімтал болмайды. Трактордағыдай, ағынның ішінде құйрық болмағандықтан, фюзеляждың айналасында айналатын винттен туындаған ауа ағыны болмайды, ол құйрыққа бүйінен күш түсірмейді. Ұшу кезінде канартты итеруші ұшқышы бұл күшті теңестіру үшін рульді пайдалануға қажеттілік сезінеді. Фюзеляждың артына винт орнату арқылы тиімділікке қол жеткізуге болады, себебі ол денеде қалыптасқан шекаралық қабатты жаңартады және ағынды фюзеляжға жабыстыру арқылы формалық кедергіні азайтады. Дегенмен, бұл пайда ұшақ корпусының винт тиімділігіне тигізетін зиянды әсерге қарағанда көбінесе шамалы болады.

Құрылымдық және салмақтық факторлар

Пропеллердің артында эпеннажы бар итергіш конструкциясы, ұқсас тракторлық типке қарағанда құрылымдық жағынан күрделірек болады. Көтерілген салмақ және кедергі, ұқсас тракторлық типпен салыстырғанда өнімділікті нашарлатады. Қазіргі заманғы аэродинамикалық білім және құрылыс әдістері осы айырмашылықты азайтуы мүмкін, бірақ оны толығымен жоюға болмайды. Алшақта орналасқан немесе жасырылған қозғалтқышқа жетегіш вал, сондай-ақ тиісті подшипниктер, тіректер және бұрылу тербелісін бақылау жүйесі қажет, бұл салмақты және күрделілікті арттырады.

Салмақтық және қону тетіктерінің мәндері

Қауіпсіз ауырлық орталығының (CG) орнын сақтау үшін қозғалтқышты қаншалықты артқа орнатуға шектеу бар. Экипаждың алдыңғы орналасуы қозғалтқыштың салмағын теңестіруге көмектеседі және CG-ні анықтауда маңызды. Қауіпсіз жұмыс істеу үшін CG орналасуы белгіленген шектемелерде сақталуы керек болғандықтан, әрбір ұшу алдында жүктеме таралуын бағалау қажет. Пропеллердің жерден қалыпты биіктікте болуын, теріс (төмен қарай) инерциялық моменттерді және кейде құйрыққа ауа ағынының жетпеуін ескере отырып, ұшып көтерілу үшін тракторлық схемадағы ұшақтарға қарағанда жоғары жылдамдық және ұзақ жүріс қажет болуы мүмкін. Рутан бұл мәселеге ұшақтың тұрған кездегі мұрнын төмендету арқылы шешім тапты, осылайша бос ауырлық орталығы негізгі дөңгелектерден алға жылжып орналасады. Автогироларда жоғары итермелі желі басқару қаупіне алып келеді, бұл "қуатпен итеру" деп аталады.

Аэродинамикалық ескертулер

Жерге арналған кеңістікті қамтамасыз ету үшін, әдетте жоғары итермелі желіге байланысты, төменгі қанатты итергіш схемасы қуат өзгеруіне байланысты биіктік өзгерістеріне ұшырауы мүмкін, бұл биіктік/қуат байланысы деп те аталады. Әсіресе жоғары итермелі желілері және құйрық тірегі бар итергіш гидроұшақтарында тік құйрық ауа ағынынан жасырылып, төмен жылдамдықтарда, мысалы, рулдау кезінде басқару мүмкіндігі нашарлауы мүмкін. Қанат үстіндегі ұшақ бұрандасының (пропеллер) әсерінің болмауы, көтергіш күшті азайтады және ұшып көтерілуге қажетті қашықтықты ұзартады. Қанатқа орнатылған итергіш қозғалтқыштар қанаттың артқы жиегінің бөліктерін кедергілеп, жапсырмалар мен элерондар сияқты басқару беттері үшін қол жетімді жалпы енді азайтуы мүмкін. Бұранда (пропеллер) құйрықтың алдына орнатылғанда, қозғалтқыштың қуатының өзгеруі құйрықтың үстіндегі ауа ағынын өзгертіп, күшті қисайту немесе бағыт өзгерісіне әкелуі мүмкін.

Пропеллерлердің жер астынан ашық жері және шеткі заттың зақымдануы

Ұшу кезіндегі винт айналысының өзгеруіне байланысты, винт диаметрін кішіретуге туралуы мүмкін (тиімділіктің төмендеуімен) және/немесе қону шассисін ұзартуға болады. Rutan Long EZ сияқты құйрықсыз итергіш ұшақтарда, ұшып көтерілу немесе қону кезінде мұрынды жоғары көтеріп ұшқанда, винт доғасы жерге тым жақын орналасады. Дөңгелектердің соққандарынан жерден ұшқыш заттар винт дискісі арқылы өтіп, қанаттарды зақымдауы немесе олардың тозуын жылдамдатуы мүмкін; ең нашар жағдайларда қанаттар жерге тиюі мүмкін. Ұшақ мұз жағдайларында ұшқанда, қанаттарда мұз жиналуы мүмкін. Қанат үстінде орналасқан итергіш қозғалтқыштары бар ұшақ мұзға түскен жағдайда, винттер мұздың ұсақ-ұсақ сынықтарын жұтып алып, винт қанаттарына және винттердің күшті бағытталған мұзының әсеріне ұшырауы мүмкін ұшақтың бөліктерін қауіпке тікелейтіп жіберуі мүмкін. Алғашқы итергіш әскери ұшақтарда, пайдаланылған оқ гильзалары да осындай мәселелер тудырған, сондықтан оларды жинауға арналған құрылғылар ойлап табылуы керек болды.

Пропеллер тиімділігі мен шуы

Пропеллер фюзеляждың, қанаттың және басқа ұшу беттерінен төмен қарайтын ауа ағындарынан өтеді – жылдамдығы тегіс емес дискі арқылы асимметриялық қозғалады. Бұл пропеллердің тиімділігін төмендетеді және діріл тудырады, соның салдарынан пропеллердің құрылымы шаршайды және шу пайда болады. Пропеллердің тиімділігі әдетте 2–5% кем болады, ал кейбір жағдайларда эквивалентті тартымды орналымнан 15% аса кем болуы мүмкін. Rutan VariEze ұшағының жел тоннеліндегі толық масштабты зерттеулері пропеллердің тиімділігі 0,75 болса, тартымды конфигурация үшін 0,85 көрсеткен, бұл 12% жоғалтуды құрайды. Итеруші пропеллерлер шулы болады, пропеллердің шуы қозғалтқыштан шығатын газдар пропеллер арқылы өтуіне байланысты артуы мүмкін. Бұл әсер турбовинтоцилді қозғалтқыштарды пайдаланғанда, олардың шығаратын газдарының көп көлеміне байланысты айқын байқалады. Бір қозғалтқышты ұшақтан итеруші пропеллермен құтылуға тырысқанда экипаж мүшелері пропеллерге соғылып қалу қаупіне тап болады. Кем дегенде бір ерте катапульді кресло осы қауіпті ескере отырып жасалған. Кейбір заманауи жеңіл ұшақтарда ұшақтың өзін сақтап қалатын парашют жүйесі орнатылған, бұл құтқару шараларын қабылдау қажеттілігін жояды.

Қозғалтқыш

Двигательдің түрткіш конфигурацияда орналасуы, апат немесе апатты қону кезінде, қозғалтқыштың инерциясы кабина арқылы өтіп, ұшақ ішіндегілерге қауіп тудыруы мүмкін. Мысалы, егер қозғалтқыш тікелей кабинаның артына орналасқан болса, алдынғы бөлігімен соқтығысқанда, қозғалтқыштың инерциясы оны өрт қабырғасы мен кабина арқылы өткізіп, кабинадағы жолаушыларды жарақаттауы мүмкін.

Әуе кемесінің жүктемесі

Айналмалы винттер ұшақты тиеу немесе жолаушыларды отырғызу сияқты жердегі жұмыстарда әрқашан қауіпті болып табылады. Тракторлық конфигурация ұшақтың артқы жағын салыстырмалы түрде қауіпсіз жұмыс аймағы ретінде қалдырады, ал итергіш конфигурациядағы ұшақтың арт жағынан жақындасу қауіпті, себебі айналатын винт алдындағы жақын жердегі заттарды және адамдарды сорып алып, ұшаққа да, сорылған адамдарға да қатаң зиян келтіруі мүмкін. Әсіресе, жүк түсіру операциялары, оның ішінде әуеде жүзеге асырылатындары, мысалы, парашютпен немесе парашюттен секіру арқылы жүк түсіру, итергіш конфигурациядағы ұшақтар үшін өте қиын, әсіресе винттер фюзеляжға немесе спонсонға орнатылған болса.