Продолжение.

Какие бывают "хвосты"

О хвостовых оперениях первых самолетов мы уже рассказали. Как же эволюционировало хвостовое оперение в дальнейшем? От коробчатого, или бипланного, хвоста отказались еще в начале XX века. В то время стабилизаторы самолетов (или горизонтальные оперения) представляли собой, по сути, в несколько раз уменьшенное крыло самолета. Форма крыла и стабилизатора у самолетов 1920-1940-х годов была практически идентичной и отличалась только размерами. Рули высоты занимали площадь немногим меньше половины площади всего стабилизатора. Правая и левая половины руля высоты отклонялись как единая аэродинамическая поверхность. Руль направления занимал всю заднюю часть вертикального оперения, или киля, самолета и в нижней части плавно переходил в суживающийся фюзеляж. На некоторых самолетах использовалось разнесенное хвостовое оперение. В этом случае пару вертикальных килей (их еще называли "аэродинамическими шайбами" за овально-округлую форму) ставили на концах стабилизатора.

С переходом на реактивные двигатели начался рост скоростей, который обусловил переход самолетов сначала на стреловидные крылья, а потом на крылья изменяемой стреловидности. Соответственно этому изменялось и хвостовое оперение реактивных самолетов. Оно тоже приобрело стреловидность. У первых реактивных машин стабилизатор делали как и у поршневых, составным, состоящим из плоскости стабилизатора и рулей высоты. Но в дальнейшем выяснилось, что на больших околозвуковых и сверхзвуковых скоростях такие рули неэффективны, или, как говорили летчики, "не хватает рулей" для управления самолетом. Решение было принято единственно верное - сделать стабилизатор полностью цельноповоротным.

Одним из первых отечественных самолетов с цельноповоротным стабилизатором стал сверхзвуковой истребитель-перехватчик МиГ-19 ОКБ Артема Микояна и Михаила Гуревича. Киль реактивных машин тоже стал стреловидным, для управления самолетом по курсу использовалась отклоняемая поверхность, по площади равная примерно 1/3-1/4 площади всего вертикального оперения самолета. Киль до поры до времени не пришлось делать цельноповоротным, поскольку реактивные скоростные машины в полете, при разворотах и маневрах вполне успешно и эффективно управлялись элеронами, рулями высоты, а позднее и цельноповоротным стабилизатором.

На больших скоростях возникла проблема устойчивости самолета по курсу, по этой причине площадь вертикального оперения начали увеличивать. Сначала для этой цели перед основным килем размещали так называемый форкиль, плавно переходящий в киль основной. Но случалось и так, что даже с форкилем курсовой устойчивости скоростному самолету все равно не хватало. Решением проблемы стала установка двух вертикальных килей.

Парное вертикальное оперение применяется на многих современных реактивных боевых самолетах - МиГ-31, Су-27, F-15 и многих других. Когда установить пару килей не представлялось возможным в силу, например, узкого фюзеляжа, применялись подфюзеляжные складные аэродинамические гребни. В качестве примера и форкиля, и подфюзеляжного гребня можно привести советский истребитель с изменяемой стреловидностью крыла МиГ-23 различных модификаций. Эта машина в 1970-80-х годах составляла основу истребительной авиации Советского Союза.

Необходимость в цельноповоротном киле стала очевидной с началом работ по сверхманевренным истребителям 5-го поколения, выполненным по технологии малозаметности для радаров. Яркий пример этому - новейший российский многоцелевой сверхманевренный истребитель 5-го поколения Су-57. Разработан этот уникальный боевой авиационный комплекс специалистами ОКБ имени П.О. Сухого, входящего в состав Объединенной авиастроительной корпорации Ростеха.

Хвостом вперед. Самолеты схемы "утка"

Нахождение вертикального и горизонтального оперения в хвосте самолета давно обосновано наукой аэродинамикой и является наиболее предпочтительным по многим требованиям. Но догмой этот постулат не является, потому что любая схема имеет свои плюсы и минусы. Доказательством этому служат самолеты, спроектированные и построенные по схеме "утка".

"Уткой" называется такая аэродинамическая и компоновочная схема самолета, при которой стабилизатор, или горизонтальное оперение, устанавливается впереди несущего крыла. Первоначально не только стабилизатор, но и вертикальное оперение самолета также находилось впереди, перед несущим крылом. То есть это был самолет наоборот! Именно таким аппаратом был аэроплан "14-бис" бразильца Альберто Сантос-Дюмона, на котором он выполнил несколько небольших показательных полетов. Произошло это во Франции осенью 1906 года. Аэроплан бразильца был известен также под именем "Хищная птица". В этом аэроплане все было сделано наоборот по сравнению с привычным для нас, классическим самолетом. Бипланная коробка крыльев располагалась в хвосте узкого и длинного фюзеляжа, а вот хвостовое оперение, тоже, кстати, бипланной формы, стояло в носу "Хищной птицы". Двигатель, стоящий в самом хвосте, приводил в движение толкающий воздушный винт. По причине некоторой внешней схожести с птицей семейства водоплавающих данная схема и получила название "утка".

У этой схемы есть ряд преимуществ перед классической. Во-первых, у таких самолетов отсутствуют так называемые потери на балансировку. Кратко поясним: крыло обладает некоторым пикирующим моментом, и, чтобы его устранить, стабилизатор, находящийся впереди крыла, создает положительную подъемную силу и поддерживает носовую часть самолета. Во-вторых, у схемы "утка" очень сильные антиштопорные характеристики. Самолет, выполненный по такой схеме, практически не знает, что такое сваливание, и не может войти в опаснейший неуправляемый плоский штопор. В-третьих, важное свойство самолета схемы "утка" - это отличная маневренность по тангажу и возможность устойчивого пилотирования на больших углах атаки.

Первоначально все хвостовое оперение старались размещать в носовой части самолета: и киль, и стабилизатор. Затем выяснилось, что киль все-таки более эффективен при нахождении именно в хвостовой части, а вот стабилизатор с рулем высоты вполне может располагаться в носу самолета. Именно так сегодня и выглядят самолеты, построенные по схеме "утка". Вертикальное оперение и плоскости крыльев расположены в хвостовой части, а стабилизатор, его еще называют ПГО (переднее горизонтальное оперение) - в носовой части самолета.

Схема "утка" начала применяться с 1970-80-х годов на многих военных реактивных самолетах. Связано это было с опытом, полученным в ходе Вьетнамской войны. В ходе этого многолетнего военного конфликта выяснился очень неприятный для американцев момент: их тяжелые многоцелевые неповоротливые "Фантомы" с мощным ракетным вооружением очень часто проигрывали в воздушных поединках легким и маневренным истребителям МиГ-21 и МиГ-17.

Опыт Вьетнама наглядно показал, что истребитель, помимо мощного вооружения, должен обладать еще и хорошей маневренностью, позволяющей ему вести маневренный воздушный бой. Во всем мире начались работы по высокоскоростным и в то же время маневренным истребителям, и на помощь конструкторам как раз пришла аэродинамическая схема "утка". Итогом стало появление целого ряда боевых самолетов, выполненных именно по этой схеме. Этими машинами стали многоцелевой истребитель JAS-39 "Гриппен" шведских ВВС, французский "Рафаль" и европейский "Еврофайтер-Тайфун".

В нашей стране также велись работы по боевым самолетам схемы "утка". Одним из результатов стало появление многофункционального истребителя МФИ 1.44, созданного в ОКБ имени А.И. Микояна. Эта перспективная машина увидела небо в конце 1990-х - начале 2000-х годов, и хотя в серийное производство по целому ряду причин самолет не был передан, безусловно, летные характеристики машины, а также опыт его проектирования и постройки послужили основой при создании истребителей поколений "4++" и "5".

Самолеты схемы "бесхвостка"

Зададим сами себе крамольный вопрос: а так ли уж необходим хвост самолету? Может, можно вообще обойтись без него? Да, это действительно возможно! Достаточно посмотреть на схему, известную в авиационном мире как "летающее крыло". Аппарат, выполненный по такой схеме, представляет собой крыло большого размаха, в центре которого находится кабина экипажа. Двигатели могут быть установлены как на передней кромке крыла, так и на задней. Но как же в таком случае будет стабилизироваться полет и, главное, как "летающее крыло" будет управляться?

Первый и самый главный недостаток всех "летающих крыльев" - это невозможность стабилизации их полета до уровня самолетов классической схемы. Недостаток второй, вытекающий из первого - трудность в управлении и пилотировании подобных летательных аппаратов. Хвоста, как такового, у них нет, но рулевые поверхности имеются. Они управляют полетом "летающего крыла" и, насколько это возможно, стабилизируют его. Поверхности управления такого "бесхвостового" аппарата включают в себя расположенные на концах задней кромки элероны и собственно рули высоты, расположенные также на задней кромке, но ближе к осевой линии крыла. Помимо элеронов и рулей высоты для управления могут использоваться интерцепторы, элевоны и предкрылки. Плюсом "летающего крыла" является малое аэродинамическое сопротивление и низкая масса всего аппарата в целом.

Еще одним аппаратом, летающим без хвоста, являются самолеты схемы "бесхвостка". Собственно, хвост у них имеется, но представлен он только лишь вертикальным оперением - килем. У этих аппаратов имеются плоскости крыльев, фюзеляж и вертикальный стабилизатор. Функции классического стабилизатора выполняет крыло. И на нем же располагаются поверхности управления: элероны, рули высоты. Также применяются элевоны, сочетающие в себе функции элеронов и рулей высоты. Элевоны, отклоняясь в разные плоскости, работают как элероны, а вот если их отклонять в одну плоскость одновременно, то они будут работать уже как рули высоты.

Большой вклад в изучение аэродинамической схемы "бесхвостка" внес советский авиационный инженер и конструктор Борис Иванович Черановский. В 1930-е годы им был спроектирован и построен целый ряд "бесхвосток", получивших наименование "БИЧ" по инициалам конструктора. Следует отметить, что, помимо бесхвостой схемы, Борис Черановский на некоторых своих самолетах применил еще и крыло параболической формы по передней кромке.

Самолеты-бесхвостки представлены в мире авиации такими машинами, как первый в мире сверхзвуковой пассажирский лайнер ОКБ А.Н. Туполева Ту-144, истребители французского концерна "Дассо" "Мираж-3" и "Мираж-2000". Особо стоит отметить, что у Ту-144 имелось выпускаемое на режимах взлета и посадки специальное крыло в носовой части. Причем это было именно крыло, с предкрылками и закрылками, а никак не стабилизатор и не ПГО! Поэтому ошибочно мнение тех, кто пытается причислить наш Ту-144 к самолетам схемы "утка".

Хвостовое оперение для летательного аппарата является важным и функционально необходимым элементом. Помимо стабилизации, на хвостовом оперении устанавливаются рулевые поверхности, благодаря которым осуществляется управляемый полет самолета. Но вместе с тем, существуют и такие компоновочные схемы летательных аппаратов, которые полностью или частично могут исключать хвостовое оперение. Функции рулей в этом случае выполняют отклоняемые поверхности, размещенные на плоскостях крыльев. У каждой аэродинамической схемы имеются свои достоинства и свои недостатки, и выбор той или другой схемы конструктор делает самостоятельно, исходя из тех целей и задач, которые предстоит решать проектируемому им самолету. Создание любого самолета - это поиск оптимальных компромиссов между требованиями и возможностями. Так было, так есть и так будет.