Соосные воздушные винты: как встречное вращение повышает эффективность турбовинтовых двигателей

Соосная схема воздушных винтов — это продвинутая архитектура силовой установки, при которой два или более винта размещаются на общей оси и вращаются в противоположных направлениях. Такая конфигурация позволяет не только нивелировать нежелательные аэродинамические эффекты, но и значительно повысить коэффициент полезного действия (КПД) всей пропульсивной системы.

Соосная схема воздушных винтов и двигателя
Источник изображения Inside Avia

Как работает соосная система?

Конструктивно реализация соосной схемы требует применения специализированного редуктора, способного преобразовывать однонаправленное вращение вала двигателя во встречное вращение двух соосных валов. При этом лопасти переднего и заднего винтов имеют противоположный геометрический шаг, что обеспечивает суммарную тягу в одном направлении, несмотря на противофазное вращение.

Соосная схема винта
Источник изображения Inside Avia

Компенсация реактивного момента — ключевое преимущество

Один из главных вызовов при использовании одиночного воздушного винта — реактивный (или крутящий) момент. Согласно третьему закону Ньютона, при передаче крутящего момента от двигателя к винту сам двигатель испытывает равное и противоположно направленное воздействие. Оно стремится развернуть летательный аппарат вокруг продольной оси, особенно на режимах максимальной мощности.

В соосной системе моменты, создаваемые каждым из винтов, взаимно уравновешиваются. В результате реактивный момент практически сводится к нулю. Это устраняет необходимость в дополнительных аэродинамических или конструктивных мерах по парированию момента, таких как асимметричная установка хвостового оперения или применение дифференциального управления элеронами.

Уменьшение диаметра винтов — путь к высоким скоростям

Еще одно преимущество соосной схемы — возможность уменьшить диаметр каждого из винтов при сохранении общей тяги. Меньший диаметр снижает окружную скорость на концах лопастей, что отдаляет их от порога волнового кризиса. Это особенно важно при достижении высоких крейсерских скоростей, когда локальные участки потока на лопастях могут переходить в сверхзвуковую область, вызывая скачки уплотнения, резкий рост сопротивления и потерю эффективности.

Газотурбинный двигатель НК-12
Источник изображения Commons.wikimedia

Реальный пример: Ту-95 и двигатель НК-12

Наиболее ярким примером практического применения соосной схемы остаётся стратегический дальнемагистральный бомбардировщик Ту-95, оснащённый турбовинтовыми двигателями НК-12. Эти двигатели, разработанные в СССР в 1950-х годах, до сих пор считаются самыми мощными серийными турбовинтовыми установками в мире. Благодаря соосным винтам АВ-60Н диаметром около 5,6 метра, Ту-95 способен развивать крейсерскую скорость, сопоставимую со скоростью некоторых реактивных самолётов того времени — до 830 км/ч.

Эксперты отмечают, что именно соосная компоновка позволила достичь такого уровня скорости без перехода на чисто реактивную тягу, сохранив при этом топливную экономичность, характерную для турбовинтовых двигателей.