螺旋槳 10：螺旋槳佈局
在有了螺旋槳之後，該以什麼樣的方式將螺旋槳放在飛機上呢？ 其實在前篇 [1] 已經探討過其中的一部份了， 而本篇將要來看看更多關於螺旋槳飛機的動力佈局設計。
單槳前拉佈局
使用單一螺旋槳的前拉式佈局大概是我們最常見的螺旋槳佈局之一，其大量被應用在各式小型飛機上面。 有關前拉式螺旋槳的好壞優劣在前篇都已經仔細的分析過了 [1]， 總結而言前拉式螺旋槳特別適合使用在小型飛機上， 其與傳統的尾翼式機翼佈局相當天然搭配，穩定性設計上的困難較少也較容易， 低速下的操控性較佳，並其相較於與它相對的另一種佈局(後推佈局)來說少了許多的問題與難處。
Figure 1. 採用單槳前拉螺旋槳佈局的 P-40 戰鬥機 [2]
Figure 2. 採用單槳前拉螺旋槳佈局的 Fw-190 戰鬥機 [3]
Figure 3. 採用單槳前拉螺旋槳佈局的 Cessna 172 民用小飛機 [4]
單槳後推佈局
後推螺旋槳佈局也曾經在前篇分析過 [1]，也是部份小型飛機可能會採用的推力佈局。 總結而言後推螺旋槳的推進效率高， 連帶使得在最高航速、航程、和經濟性等方面的表現都優於它的對照組(前拉佈局)。 而其缺點為低速操控性較差，並且在設計與使用上的各種大小問題與難處比較多， 比如說需要更長的起降跑道，螺旋槳更容易觸地，不能採用後三點式起落架，也往往需要更長些的起落架， 因為會使飛機重心靠後而一般較難適配傳統尾翼佈局，以及在跳傘的用途上較具危險性等等。
雖然因為這樣那樣的問題比較多而使得一直以來只有少數飛機會嘗試使用後推佈局， 然而在近年這種佈局卻被大量應用在無人飛機上，大量曝光於大眾面前。 究其原因為目前無人飛機大多不需要多強悍的低速操控性能或戰鬥機動性能，反而它的高經濟性能夠帶來更多的好處， 並且無人飛機一般體型比通常的飛機小，使得與起落架相關的問題較不明顯， 因此造就了曾經較為冷門的後推式佈局卻在今日大量出現在無人飛機身上的結果。
Figure 4. 使用單槳後推螺旋槳佈局的 Velocity XL 民用小飛機，比起傳統佈局的小飛機其經濟性和航程稍具優勢 [5]
Figure 5. 另一款採用雙發後推佈局的 Beechcraft Model 2000 Starship 商務飛機。雖然也能將它歸類為翼掛佈局，但其整體配置和表現更加接近於所謂的純後推佈局 [6]
Figure 6. 二戰末期開發的 J7W1 震電戰鬥機，採用後推螺旋槳搭配鴨翼的佈局，令它的極速能達到 750 km/h，比採用傳統佈局的其它對手高出一截 [7]
Figure 7. 當代無人飛機最大的需求就是穩穩的飛行，因此讓這方面表現優異的後推式佈局突然成為主流。圖中為 MQ-9 死神無人機 [8]
翼掛佈局
把螺旋槳(連同發動機)掛在機翼上也是相當常見的一種配置。 當飛機的動力需求上升，一臺發動機、一副螺旋槳無力負擔的時候，自然就要增加螺旋槳與發動機的數量， 此時顯然機頭是堆不下了，於是就自然而然再正常不過的就往機翼上面放了。 另一方面，螺旋槳與渦輪噴氣發動機不同，螺旋槳具有非常巨大的盤面， 因此另一原因也是除了主翼之外，在佈置上其實也沒有太多可以選擇的其它地方能安放螺旋槳。 這就是為什麼幾乎所有使用複數螺旋槳的飛機大多都採用翼掛佈局的原因。
Figure 8. 正在翻滾的 A-10 攻擊機，可見其滿滿的炸彈等武器全被佈置懸掛在主翼下 [9]
除了缺乏其它可供螺旋槳容身的選擇之外，翼掛螺旋槳佈局本身也是具有些好處的。 機翼的位置一般恰好都在整機的重心所在處(或者其實應該說主機翼都會設計安放在重心位置上)， 因此許多重型酬載一般也都喜歡安置在機翼位置處。比如能夠掛載大量武器的著名攻擊機 A-10 (Figure 8)。 因為掛架剛好就在重心上，因此裝上炸彈、丟下炸彈、或者更換不同大小重量的炸彈，基本不影響飛機的平衡性； 同理也是為什麼大部份飛機都喜歡把油箱塞在機翼裡面的主因之一。 將炸彈或油箱換成發動機其實優點相同，在這種配置下無論想安裝多少發動機都行(當然是在結構撐得住的前提下)， 想更換大的或小的發動機都沒什麼困難，對於整機的平衡性影響干涉少，設計佈置的使用彈性很大。 再加上佈置在機翼上的發動機自身的重量，可以很大程度的抵消整片機翼產生的升力在翼根處所造成的彎矩 (或者從另一個方向來理解，那就是將整機的重量更加均勻的平攤到機翼上)， 能夠相當程度的降低翼根處的結構負擔，節省結構重量。
當然翼掛佈局也不都是好處的，其中一項明顯的缺點就是翼掛的螺旋槳通常都會距離飛機的中軸線有相當距離。 在平常正常的時候倒不是什麼大問題，但當有一側發生故障而喪失推力的時候，就會給飛機帶來相當的偏航力矩。 此外質量相當大的發動機被佈置在遠離中軸線的位置，也會給飛機產生大得多的轉動慣量， 對於運動性能有所要求的飛機來說這會給飛機帶來相當大的性能劣化； 不過對於不甚講究運動性能的大型飛機來說倒是無傷大雅就是了。
因此最終，對於那些需要安裝兩臺以上發動機(及依附的螺旋槳)的飛機，特別是對於那些大型的飛機來說， 在沒有其它特別考量因素的情況下，自然而然的就通通都喜歡採用翼掛佈局。
Figure 9. Lancaster 轟炸機，四具發動機和螺旋槳都佈置在機翼上 [10]
Figure 10. 將螺旋槳佈置在主機翼上幾乎是所有雙發以上飛機的默認佈局，圖為 B-29 轟炸機 [11]
此外也有部份飛機雖也將發動機置於機翼上但採用螺旋槳後推式設計。 但是因為動力安置在機翼上，不像前面單槳小飛機採用前拉或後推會給整架飛機帶來翻天覆地的改變， 因此我們一般仍稱這些飛機採用翼掛佈局，或者翼掛後推佈局，而不將它們歸類為純粹的後推式佈局。
Figure 11. 雖然使用後推螺旋槳，但在佈局分類上仍屬於翼掛佈局的 B-36 轟炸機 [12]
Figure 12. 同樣採用後推螺旋槳加鴨翼的設計，但相比前面介紹的 Beechcraft Starship，Piaggio P.180 更加接近於傳統翼掛佈局 [13]
上揹佈局
有些飛機會選擇將螺旋槳佈置在飛機的背上。 將動力裝置放在機身上方，會因為推力軸線遠離飛機重心的關係而產生使飛機低頭的下壓力， 對於飛機平衡和穩定的負擔較大。 並且不同於噴氣發動機，螺旋槳因為其巨大盤面的關係，往往還得將動力裝置的位置安置的更高， 更將加劇前述的不平衡力矩。 因此這種動力佈局在一般能夠有其它選擇方案的情況下，都不會被採用。 那麼什麼情況下會讓飛機採用這種佈局方式呢？顯然就是有些特殊用途需求的飛機了！
比如水上飛機，為了避免濺起的水花或水浪對動力裝置的運作造成影響或甚至造成損壞， 因此會傾向於將螺旋槳和發動機往高處安放，於是就跑上機背了。 此外動力滑翔機也是經常能見到採用上揹式佈局的飛機。 對於滑翔機而言，動力多半只是短時間幫助自己起飛並獲得初始高度的需求， 因此可以將就接受一些在正常飛機上會顯得比較尷尬的設計。 並且相比於常規螺旋槳在機頭的佈置，支撐在背上的螺旋槳還能在不用的時候很方便的被收折在機身裡(如圖 Figure 16)， 且對於揹在背上的螺旋槳所造成的低頭力矩，又在滑翔機普遍有著長尾巴的情況下而能夠相當輕易的被平衡下來， 因此讓此種螺旋槳佈局方式相當常見於動力滑翔機上。
Figure 13. 歷史上曾經短暫存在過的大型水上飛機 Dornier Do X，其 12 具螺旋槳全都架在主翼上方的高處 [14]
Figure 14. 二戰時期相當有名的 Catalina 水上飛機也採用上揹式動力佈局，不過因為它的機翼也一同被架高在同一位置，所以也能分類為翼掛式佈局 [15]
Figure 15. ASH 26 滑翔機高舉在機背上的螺旋槳正在運轉 [16]
Figure 16. ASH 26 滑翔機的近照，可以看見機身在螺旋槳後方的收納空間和蓋板，螺旋槳會在不需要運作的時候被收折進這個空間裡面 [17]
混合式佈局
基本的螺旋槳佈置方式種類並不多，主因還是因為較大的盤面尺寸，導致能夠發揮創意的空間並不太多。 但這並不表示螺旋槳佈置就永遠中規中矩，有時候我們還是能夠見到許多看著奇特的螺旋槳配置方式， 其中大部份為混合將不同的佈局使用在一起。 所以這裡就讓我們來欣賞一些比較奇特少見的螺旋槳佈置方案。
機首前拉加翼掛
把螺旋槳同發動機放到主翼上的好處在前面已經解釋過了。 然而如果飛機正好不大不小，雙槳拉不動，四槳又太多，正好三槳最合適的話那該怎麼辦呢？ 當然一個理所當然的做法就是寧可冗餘也不要不足，雖然我只需要 3 個螺旋槳，但裝上 4 個又有何不可呢？ 可是有的時候人們並不這麼想，而是硬要在三槳的方案上死磕，於是就誕生了這樣一種混合佈局方案： 大翼上掛兩顆螺旋槳，剩下一個則比照傳統前拉佈局裝設在機頭。
這麼做的好處就是動力需求適當，不必因為其實不需要的另一臺發動機而承受多一份重量和油耗等負擔； 然而缺點也相當明顯，混合式的佈局在設計上帶來了更多的複雜度和計算與平衡， 在使用與維護上的複雜性也會一定程度上升。
Figure 17. 二戰時期經常亮像出場的 Junkers Ju 52 運輸機就是採用翼掛加機首前拉共三具螺旋槳的運輸機 [18]
翼掛加垂尾上吊
與前面介紹的佈局類似，也是為了在飛機上採用三螺旋槳而生的方案。 只不過咋也不知道人家當時怎麼想的？竟把第三具螺旋槳(及發動機)安裝在垂直尾舵上！ 除了與其它三槳飛機同樣會面臨到的複雜度上升之外，相比於前一種配置方案， 將第三具發動機安裝在垂直尾舵上的設計還會遭遇到更加嚴重的結構負擔、平衡性配置、 以及與上揹式佈局一樣的低頭力矩問題， 大概唯一的優點就是機頭前方視野比較開闊了。
因此這種兩翼加垂尾上吊的佈局被採用的產品著實真不多，而有幸這少見的型號就曾被臺灣本地的航空公司所採購使用。 當年的台灣航空(人家公司的名稱就叫作「台灣航空」，常被簡稱「台航」)就曾引進過一批採用這種動力佈局的 Britten-Norman BN-2A Mk III Trislander 飛機，可搭載 18 人，專飛離島航班。 只不過這型號的飛機早已退出臺灣的客運服務，曾經的台灣航空如今也已不復存在， 不過還有一架退役的 Mk III 型 BN-2 靜態展示在臺東豐年機場的某處草坪上(Figure 20)， 讓我們還有機會一睹其風采。
Figure 18. 罕見採用翼掛加尾吊的三槳 BN-2A Mk III 小客機 [19]
Figure 19. 從側面觀看 BN-2A Mk III，能更清楚觀察到為了支撐尾螺旋槳而特別加固結構的垂直尾翼 [19]
Figure 20. 在臺東豐年機場展示的，曾飛翔於離島天空的罕見三槳小客機 [20]
前拉加後推
從前曾經就有關前拉式或後推式螺旋槳的優劣利弊進行過比較分析 [1]，兩種佈局各有優缺點。 那麼我把兩種佈局一起用上，是不是兩種佈局的優點就通通都有了呢？ 是的，可以這麼做，於是有那麼一小部份的飛機就採行了這個方案，即前拉加上後推的動力佈局； 只不過在得到兩種佈局的優點之外，兩種佈局的缺點也會一起得到就是了！
前拉螺旋槳的存在可以使飛機在較低速度的狀態下依然提供機翼和操控舵面一定程度的氣流供應， 也就是低速的操縱性可以一定程度的保留，起飛降落所需要的跑到長度也不會過長。 在巡航的狀態下可以透過油門和槳距的調節，將更多的動力配置比例依靠在後推的螺旋槳身上， 也能夠一定程度的提升巡航經濟性。
至於說到缺點那也是挺不少。 後推螺旋槳本身具有相當優越的航行效能，然而因為前拉螺旋槳的存在，其效率自然不若純粹的後推佈局來得優越； 同樣其前拉螺旋槳為飛機保留了些低速狀態下的性能和操作能力， 然而此時的後推螺旋槳卻對此沒有什麼助益，只能夠作為推力補充的角色存在， 然相比於其之存在所產生的機體體積重量負擔，效益也不若採用兩具都是前拉螺旋槳的條件來得優越。 總體而言就是這種混合佈局同時具有前拉與後推的優點，但性能卻不及於純粹的前拉或後推方案。 此外還有動力系統的複雜化，在設計、維護、與操作使用的複雜度都高於採用兩具發動機翼掛的方案。 因此這樣的動力佈局也是屬於相當罕見的一種，特別是在商用飛機上； 至於軍用飛機，這個話題值得好好深入探究一番，就留待後面主題再行探討了。
Figure 21. 罕見採用前拉加後推雙槳的 Cessna P337G 小飛機，圖為軍用版的 T337H [21]
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