Вода - штука довольно интересная. Часто электрический ток сравнивают с потоком воды для упрощения понимания сложных процессов. Впрочем, это не единственный пример, где вода спасает интуитивную физику. С водой также сравнивают воздух и его поведение. Не случайно ведь появилось понятие воздухоплавание...
И тут есть интересное логическое противоречие. Воздух и вода, вроде как, во многом похожи применительно к их поведению и логично сравнивать плывущий корабль и летящий самолёт. Но у самолётов почему-то винты спереди, а у лодок - сзади. Почему это так?
Вообще выбор положения винта для большинства людей кажется произвольным и и сходящим от дизайнера. Но на самом деле это решение жёстко диктует физика - и для лодки, и для самолёта ответы будут противоположными даже несмотря на их сходство в некоторых физических аспектах.
Главный фактор тут - не сам винт, а руль. Руль работает очень просто. Он отклоняет поток воды или воздуха, создавая боковую силу, которая разворачивает транспортное средство. Но чтобы руль работал, нужен достаточно быстрый поток вокруг него.
И вот тут начинаются различия между лодкой и самолётом.
Лодки движутся медленно. Поток воды, взбаламученный винтом, быстро рассеивается и если руль окажется далеко, до него дойдут лишь вялые завихрения, бесполезные для управления.
Поэтому руль лодки должен находиться в непосредственной близости от винта, буквально купаясь в его интенсивном вихревом следе. А поскольку рули традиционно крепятся на корме туда же переезжает и винт.
Винт сзади создаёт мощную струю воды, которую тут же перехватывает руль, обеспечивая отличную управляемость даже при небольшой скорости.
Кажется логичным поставить и на самолёт «толкающий» винт сзади. Ведь он аэродинамически эффективнее на больших скоростях. Инженеры это знали.
Но у тянущего (переднего) винта оказалось несколько принципиальных преимуществ.
- Поток воздуха от переднего винта омывает фюзеляж и крылья, существенно помогая создавать подъёмную силу на малых скоростях — как раз при взлёте и посадке, когда самолёт наиболее уязвим.
- При разбеге самолёт задирает нос вверх. Если винт сзади, то при подъёме хвоста он рискует ударить лопастями о землю — конструкторам пришлось бы делать шасси неоправданно длинными или задирать двигатель высоко в хвост.
Есть ещё одна чисто морская причина. Когда лодка набирает скорость, нос задирается вверх. Это называется «посадкой на транец». Если бы винт находился спереди, при таком подъёме он начал бы захватывать воздух вместо воды и работать вхолостую.
На сильном волнении всё ещё жёстче. Нос лодки то взлетает над гребнем волны, то с грохотом бьётся о воду. Передний винт при каждом выходе носа из воды оголялся бы, молотил воздух и разрушался. Задний же остаётся в воде почти всегда.
Есть и практический аргумент, о котором редко думают. Вращающийся винт — штука нежная. Лопасти, движущиеся с огромной скоростью, чрезвычайно чувствительны к постороннему мусору - песку, камням, щепкам.
У самолёта с задним винтом шасси при разбеге разбрасывало бы гравий прямо в лопасти. Плюс сам фюзеляж, крылья, стойки шасси - всё это создавало бы турбулентные завихрения перед задним винтом, заставляя его работать в условиях постоянно меняющегося неравномерного потока. Это не просто снижает КПД. Это повышает вибрацию и износ.
Последний аргумент из области корабельного проектирования. Двигатель с винтом - это тяжёлая и сложная конструкция. На лодке её нужно куда-то разместить, и это место влияет на форму корпуса.
Если поставить двигатель в нос, придётся делать носовую часть корпуса шире и глубже. Но широкий нос - это волновое сопротивление. Лодка будет расталкивать воду впереди себя, тратя энергию на бессмысленные волны вместо движения вперёд.
Корма же - это совсем другое дело. Она и так должна быть широкой и прочной для руля и передачи. Лишний вес на корме почти не ухудшает мореходные качества, зато оставляет нос острым и режущим воду.
Так что расположение винта - не блажь конструктора и не историческая случайность. Это вполне реальный набор закономерностей.
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!