Трёхколёсное шасси с хвостовым колесом

Трёхколёсное шасси с хвостовым колесом (также известное как классическое, хвостовое или шасси типа «хвостовая опора») — это тип авиационного шасси, при котором основные опоры (стойки с колёсами) расположены вблизи центра тяжести самолёта, а третья, вспомогательная опора с небольшим колесом или костылём находится в хвостовой части фюзеляжа. Данная схема была исторически первой и доминировала в авиации с начала XX века до середины 1940-х годов, после чего начала вытесняться схемой с передней опорой (носовым колесом).

История

Ранний период

Первые летательные аппараты, от самолёта братьев Райт (1903) до массовых моделей Первой мировой войны, использовали именно трёхколёсное шасси с хвостовым колесом. Это было обусловлено простотой конструкции и малым весом: хвостовая опора не требовала сложных механизмов уборки и амортизации, а основные стойки часто крепились непосредственно к нижним лонжеронам фюзеляжа или крыла. В 1910-е — 1920-е годы самолёты, как правило, имели неубирающееся шасси, что делало хвостовую опору стандартным решением.

Эра расцвета (1930-е — 1940-е)

С развитием скоростной авиации в 1930-х годах конструкторы начали внедрять убирающиеся шасси для снижения лобового сопротивления. Однако хвостовая схема оставалась преобладающей. Классические истребители Второй мировой войны — советские Як-1, Як-3, Ла-5, Ла-7, немецкие Bf 109 и Fw 190, американские P-51 Mustang и P-47 Thunderbolt — все имели хвостовое колесо. Убирающиеся основные стойки убирались в крыло или фюзеляж, а хвостовое колесо часто оставалось неубирающимся или частично убиралось в фюзеляж. Бомбардировщики того же периода (например, Ил-4, Пе-2, B-17 Flying Fortress) также в основном использовали эту схему.

Переход к носовой опоре

После войны, с появлением реактивных двигателей и высоких взлётно-посадочных скоростей, трёхколёсное шасси с хвостовым колесом стало уступать место схеме с передней опорой. Основные причины: лучшая устойчивость на взлёте и посадке, улучшенный обзор из кабины, более безопасное поведение при боковом ветре и возможность более крутого торможения. Однако хвостовая схема сохранилась в ряде ниш: лёгкие поршневые самолёты (Cessna 170, Piper PA-18 Super Cub), спортивные и пилотажные машины (Як-52, Су-26), а также некоторые специализированные типы (сельскохозяйственные, самолёты для коротких взлётно-посадочных полос).

Конструктивные особенности

Основные стойки

Основные опоры располагаются сзади от центра тяжести самолёта, обычно под крылом или фюзеляжем. На земле они несут основную нагрузку (до 85-90% массы самолёта). Угол наклона стоек вперёд (кастер) обеспечивает устойчивость при рулении. На большинстве современных самолётов с хвостовым колесом основные стойки убираются в полёте, хотя на лёгких машинах часто остаются неубирающимися.

Хвостовая опора

Хвостовое колесо (или костыль) крепится к хвостовой части фюзеляжа. Оно может быть:

• Неубирающимся — простейший вариант, распространённый на лёгких самолётах.
• Убирающимся — на скоростных машинах (например, истребителях) для уменьшения сопротивления.
• Самоориентирующимся (свободное вращение) — упрощает руление, но требует аккуратности на посадке.
• Управляемым — связано с педалями руля направления, что улучшает маневрирование на земле.

Хвостовая опора обычно имеет небольшой диаметр колеса и часто оснащается пружинной или масляно-пневматической амортизацией.

Положение на земле

При стоянке самолёт с хвостовым колесом стоит с приподнятым носом (положительный угол атаки). Это создаёт ряд особенностей:

• Взлёт происходит с подъёмом хвостового колеса на разбеге, после чего самолёт переходит в горизонтальное положение.
• Посадка выполняется на основные стойки, затем хвостовая опора опускается на полосу.
• При рулении обзор вперёд ограничен (особенно у одномоторных самолётов с высоким капотом), что требует маневрирования «змейкой» (S-образные повороты).

Преимущества и недостатки

Преимущества

1. Меньший вес и простота конструкции — отсутствие длинной носовой стойки и сложного механизма её уборки снижает массу самолёта.
2. Меньшее лобовое сопротивление — на убирающихся вариантах хвостовое колесо создаёт меньшее сопротивление, чем носовая стойка.
3. Лучшая проходимость — самолёты с хвостовым колесом легче эксплуатировать с грунтовых и заснеженных полос, так как носовая стойка не зарывается в мягкий грунт.
4. Устойчивость на взлёте — при разбеге самолёт стремится сохранять прямолинейное движение за счёт расположения центра тяжести впереди основных стоек.
5. Меньший риск капотирования (опрокидывания вперёд) — при резком торможении самолёт скорее «клюнет» носом, но не перевернётся, так как хвостовая опора удерживает его.

Недостатки

1. Плохой обзор из кабины — особенно на земле, что требует от пилота навыков руления «змейкой».
2. Склонность к развороту на взлёте и посадке — при боковом ветре или несимметричном торможении самолёт может развернуться вокруг хвостовой опоры (так называемый «ground loop»). Это наиболее опасная особенность схемы.
3. Сложность посадки — требуется точное выдерживание скорости и угла атаки, чтобы избежать «козления» (подпрыгивания) или касания хвостовой опорой раньше основных стоек.
4. Ограниченная скорость руления — из-за малого диаметра хвостового колеса и плохой устойчивости на высоких скоростях.
5. Необходимость специальной подготовки пилотов — управление самолётом с хвостовым колесом требует большего опыта и навыков, чем с носовой опорой.

Применение в современной авиации

Авиация общего назначения

Трёхколёсное шасси с хвостовым колесом широко используется на лёгких поршневых самолётах, особенно тех, которые предназначены для эксплуатации с неподготовленных площадок. Примеры: Cessna 180/185, Piper PA-18 Super Cub, Aviat Husky, Maule M-7, российский Як-18Т (в модификациях с хвостовым колесом). Эти самолёты ценятся за проходимость и простоту.

Спортивная и пилотажная авиация

Большинство спортивных и пилотажных самолётов (Як-52, Як-55, Су-26, Extra 300, Pitts Special) имеют хвостовое колесо. Это связано с тем, что схема обеспечивает лучшую управляемость на малых скоростях и при выполнении фигур высшего пилотажа, а также позволяет использовать более лёгкие и прочные шасси.

Сельскохозяйственная авиация

Самолёты-опрыскиватели (например, Air Tractor AT-402, российский Ан-2) часто оснащаются хвостовым колесом. Это связано с необходимостью взлёта и посадки с коротких грунтовых полос, а также с устойчивостью при работе на малых высотах.

Исторические реплики и реставрации

Многие реплики самолётов Второй мировой войны (например, P-51 Mustang, Bf 109) и реставрированные исторические машины сохраняют оригинальную хвостовую схему. Это делается для аутентичности и сохранения лётных характеристик.

Специализированные типы

Некоторые самолёты для коротких взлётно-посадочных полос (STOL), например, Zenith CH 701, используют хвостовое колесо для улучшения взлётно-посадочных характеристик. Также схема применяется на некоторых экспериментальных и самодельных аппаратах.

Интересные факты

• Самый массовый самолёт в истории — американский Cessna 172 — изначально проектировался с хвостовым колесом, но в 1955 году был переработан под носовую опору. Однако его «младший брат» Cessna 170 остался с хвостовым колесом.
• В СССР и России трёхколёсное шасси с хвостовым колесом долгое время использовалось на учебных самолётах (У-2, Як-18, Як-52), а также на многоцелевом Ан-2 («кукурузник»), который эксплуатируется до сих пор.
• При посадке на самолёте с хвостовым колесом пилоты часто используют технику «трёхточечного касания» (three-point landing), когда все три колеса касаются полосы одновременно. Это требует высокой точности.
• Из-за склонности к развороту («ground loop») самолёты с хвостовым колесом считаются более сложными в обучении пилотов. В США и Европе существуют специальные курсы для получения допуска к полётам на таких машинах.
• В 2020-х годах наблюдается возрождение интереса к хвостовой схеме среди производителей лёгких самолётов, особенно в сегменте «экспериментальных» и «самодельных» аппаратов (Kitplanes), благодаря её простоте и лёгкости.

Источники

• Шавров В. Б. «История конструкций самолётов в СССР» (1938–1950 гг.)
• Егер С. М. и др. «Проектирование самолётов»
• Jane's All the World's Aircraft (ежегодные справочники)
• Федеральные авиационные правила (FAR) США, часть 23
• Технические описания самолётов Cessna, Piper, Як, Су