НАУКА И МЫ

Медицинские, исторические, технические, социальные и другие научно-исследовательские работы

Образование »  » Технические

Модели самолётов


Когда 17 октября 1891 года публика хлынула в распахнутые двери выставки на Елисейских полях, «гвоздя» экспозиции – летательного аппарата «Эол» французского инженера Клемана Адера – уже не было на месте. Загадочная машина, о которой мало что знали даже вездесущие газетчики, исчезла с выставки за несколько часов до открытия, сразу же после того, как «Эол» осмотрел военный министр. Позже пресса поведала: Адер продолжает работу в интересах военного ведомства, конечная цель – «выработка воздушной стратегии и тактики, создание авиационной армии».
Столь глобальные планы тогдашних военных вызывают теперь улыбку – мечты об «авиационной армии» основывались лишь на робких, в несколько десятков метров, прыжках гигантской «летучей мыши».
Пожалуй, братья Райт обстоятельнее своих предшественников познакомились с полетом птиц, с законами обтекания несущих плоскостей. Поняв, как пернатые перекашивают распластанные крылья, конструкторы испытали этот принцип сначала на модели планера. Модель поднималась в воздух на привязи, как воздушный змей. Стоя на земле, братья тросами оттягивали на ней задние и передние кромки крыльев. Изменяя таким образом обтекание правых и левых половин крыльев, а следовательно, и величину подъемной силы. Райты добивались крена модели в ту или иную сторону. Простой эксперимент позволил убедиться в эффективность такого метода управления летательным аппаратом тяжелее воздуха. Позаботившись об устойчивости и управляемости будущего аэроплана, братья Райт успешно решили и другую важнейшую проблему, оказавшуюся не по силам предшественникам дайтонских механиков, - оснастили аппарат мощным и легким двигателем. Ведь и Александр Федорович Можайский, и Александр Хайрем Максим, построивший в 1892 году гигантский аэроплан, выбрали в качестве силовой установки паровую машину. Как ни совершенен был, например, «паровик» Максима (оба двигателя весили без котла и топлива 280 кг, каждый развивал мощность 150 л.с.), он ни в малейшей степени не отвечал жестким весовым требованиям к силовой установке аппарата тяжелее воздуха. Подходящие характеристики сулил лишь двигатель внутреннего сгорания, применявшийся тогда только на первых самодвижущихся экипажах.
14 декабря 1903 года аэроплан впервые оторвался от земли, но полет прекратился через 3 секунды из-за потери скорости. Только через три дня машина взлетела по-настоящему.
Главное, что выгодно отличало райтовский биплан от ранних французских машин, - совершенное управление креном и боковая устойчивость. Вилбур поднимался на 15-20 метров, тогда как европейцы опасались летать выше крыш одноэтажных домов. Его аэроплан описывал в воздухе изящные восьмерки, а пилоты европейских машин пуще всех опасностей страшились крена и потому старались летать только в полное безветрие.
Выполняя заказы известного автомобильного гонщика Анри Фармана, фирма «Братья Вуазен» (небольшая мастерская, принадлежавшая механику Габриэлю Вуазену и его брату Шарлю) строит ему несколько удачных аэропланов. На одной из машин Фарман применяет райтовский принцип поперечного управления, крен аппарата создавался за счет изменения обтекания концов крыла. Правда, вместо того чтобы перекашивать консоли, Фарман отклонял вверх или вниз небольшие поверхности — элероны. К жесткому крылу они крепились шарнирно.
Спортсмен Герберт Лагам на моноплане, построенном моторной фирмой «Антуанетт», побивает весной 1909 года все рекорды европейских авиаторов: продолжительность полета достигает одного часа. Дальность составляет уже несколько десятков километров, в скорость вплотную подобралась к отметке 100 км/ч.
Совместными усилиями конструкторов, летчиков, предпринимателей аэроплан приобрел свойства, сделавшие его пригодным для выполнения многих практических задач. «В каких-либо пять лет аэроплан, бывший так недавно простой игрушкой, — писал в начале 1912 года русский журнал «Техника воздухоплавания», — прыгавшей на расстояние нескольких метров, превращается в летательную машину, поднимающуюся до 4 тыс. м, пролетающую безостановочно более 8 часов и более 800 км».
В 1910 году Латам поднял на своем аппарате кинооператора: фильм с видом Парижа демонстрировался во всех кинотеатрах французской столицы.
«Итало-турецкая война предоставила аэроплану случай доказать свою пригодность не только в смысле орудия разведки, но также и как средство для нападения,— заметил в 1912 году французский журнал «Артиллерийское ревю»,— польза аэроплана в первом случае всегда казалась неоспоримой, что же касается второго применения, то в нем часто сомневались».
До начала мировой войны русское военное ведомство провело три конкурса аэропланов, которые стимулировали деятельность отечественных конструкторов.
Вот как выглядели, например, требования к аэропланам — участникам конкурса года. «Самолет должен быть построен в России. Допускалось использование материалов и отдельных частей иностранного производства. Полезная нагрузка - человека экипажа, необходимые инструменты и приборы (сумка с инструментами для регулировки аппарата, карта, буссоль, фотографический аппарат и т.п.) + запас бензина и масла на 3 часа пути полным ходом». Регламентированы также: скорость (80 км/ч), скороподъемность (500 м за 15 мин), продолжительность полета. В конкурсе 1912 года участвовало девять аэропланов, построенных в России. Два из них — биплан и моноплан — представил 23-летний конструктор Игорь Иванович Сикорский. Двукрылая машина будущего создателя «Ильи Муромца» продемонстрировала отличные свойства, перекрыла многие пункты требований к конкурсным аэропланам. Вместо установленных 80 км/ч биплан С-6Б разгонялся до 113,5 км/ч — весьма высокий по тем временам результат. Полукилометровой высоты он достигал за 6,4 мин (вместо 15).
В предвоенные годы родилось еще одно, быть может, самое главное «оружие» летчиков будущей истребительной авиации — высший пилотаж, мастерское управление аэропланом в любых его положениях. В августе 1913 года наш соотечественник— военный летчик Петр Николаевич
Нестеров впервые в истории авиации проделал петлю в вертикальной плоскости. Через несколько месяцев этим приемом овладели десятки русских и зарубежных летчиков. С мастерством и отвагой другого русского летчика, Константина Константиновича Арцеулова, связаны первые успешные попытки победить смертельного врага авиаторов — штопор. Арцеулов первый преднамеренно ввел самолет в это положение и вопреки утверждениям о неуправляемости штопора вывел машину.
Не следует думать, будто накануне войны "милитаризовали» всю авиацию. Параллельно с военными конкурсами, бомбометанием и воздушной стрельбой в небе Европы разыгрывались чисто спортивные схватки, оказавшие, впрочем, сильное влияние на развитие военных самолетов. Стремительно увеличивалась высота подъема, нарастала скорость — шажками в 5, 10, а то и в 15 км/ч, На авиационном небосклоне засверкали новые имена — уже в 1911 году «стариков» Блерио, Морана, Вуазена обставили на гоночных трассах Ньюпор, затем Ведрин и Прево.
То, что в наши дни любой студент авиационного вуза считает азбучными истинами, вовсе не казалось очевидным «отцам» аэронавтики. Мало кто из них интересовался аэродинамикой. Главное, полагали конструкторы-эмпирики, оснастить машину мощным мотором, который заставит разогнаться любой летательный аппарат, как бы тот ни был сработан. Аэроплан Ньюпора поколебал эту точку зрения. Обтекаемый, зализанный фюзеляж и гладкая поверхность крыла, укрепленного небольшим количеством растяжек, — вот что помогло маломощному двигателю превратить самолет в один из самых скоростных в мире. На спортивных трассах стремительные монопланы Ньюпора благополучно освоили область от 119 км/ч до 136 км/ч. Весной 1913 года недалеко от Петербурга впервые поднялся в небо аэроплан, весивший вчетверо больше, чем самая крупная летательная машина тех времен, самолет, способный составить конкуренцию грузоподъемным дирижаблям. Создателем 4-тонного «Русского витязя» был И. Сикорский. Предшественник знаменитого бомбардировщика «Илья Муромец» — "Витязь" не был военным самолетом. «Витязь» совершил 53 удачных полета, установив в одном из них мировой рекорд продолжительности — 1 ч 54 мин.
Предвоенные гоночные рекордсмены строились по монопланной схеме. В жертву быстроходности конструкторы принесли скороподъемность и маневренность. На гоночных трассах вовсе не нужно было быстро взлетать и набирать высоту, выполнять резкие маневры. Следовательно, самолет приходилось делать, ориентируясь практически на один главный режим — прямолинейный полет с максимальной скоростью — и всячески уменьшать аэродинамическое сопротивление машины. После «вылизыванния» обводов фюзеляжа взялись за крыло: чем больше площадь несущей поверхности, тем выше ее сопротивление. И если свой первый самолет (полетный вес 380 кг) Ньюпор оснастил крылом площадью 16 м2, то его гоночный моноплан 1913 года весивший 420 кг. обладал несущей поверхностью в 13м2. Еще дальше пошла фирма «Депердюссен», вырвавшая лидерство у Ньюпора, при полетном весе в 640 кг площадь крохотного крыла машины составляла лишь 9 м2! Удельная нагрузка на единицу несущей поверхности (выражается отношением полетного веса к площади крыла) увеличилась до 71 кг/м2. В бипланной схеме и нашел выход Густав Деляж и другие авиаконструкторы того времени. Бипланом (точнее, полуторапланом — размах у верхнего крыла больше, чем у нижнего) и стал первый в истории специальный самолет-
истребитель «Ньюпор-ХI». Жесткая «коробка, образуемая верхним и нижним крыльями, оказалась удачной находкой. Монопланное крыло при той же несущей площади вышло бы куда тяжелее, и этот дополнительный вес свел бы на нет стремление конструктора создать легкую, с малой удельной нагрузкой на крыло, маневренную машину. Так появился самолет-истребитель. Оснащенный 150-сильным двигателем, СПАД-VII развивал скорость около 180 км/ч и оказался самым быстрым из всех тогдашних военных самолетов. Вооружение биплана состояло из одного синхронного пулемета с большим запасом патронов — 500 штук. Именно на СПАД-VII летали знаменитые французские асы первой мировой войны: Фонк, Гинемер, Нунжеесер. Немцы проявили большую оперативность и быстро отвечали на новинки противника постройкой улучшенных машин. При этом они перенимали у врага наиболее важные усовершенствования. Так случилось и с трипланом — в 1918 году фирма «Фоккер» выпустила аналогичный истребитель — «Фоккер Dr1». На этой машине летал самый удачливый из всех асов первой мировой войны, барон фон Рихтгофен, прозванный «красным бароном».
И так, начав первую мировую войну монопланом, самолет-истребитель закончил боевые действия бипланом и даже трипланом. Все остальные элементы конструкции «скаута» почти не изменились. Лишь к самому концу войны, в 1918 году, фирме «Юнкерс» удалось выпустить небольшую серию цельнометаллических истребителей Юнкерс D-1 со свободнонесущим крылом, без расчалок и подкосов.
Развитие истребителей 20—30-х годов неразрывно связано с воздушными гонками — состязанием пилотов, машин, фирм, наконец, ведущих авиационных держав. Счастье улыбнулось английской команде, в гонках 1927 года летчик Уэбстер показал среднюю скорость в 453 км/ч на «Супермарине-5». Его достижение тем более замечательно, что оно превысило мировой рекорд скорости для сухопутных самолетов. До предела форсированные двигатели гоночных самолетов были рассчитаны на весьма непродолжительную работу. Машины не несли вооружения и массы других
устройств, которыми оснащались боевые самолеты, и брали на борт небольшой запас горючего. К тому же из-за огромной удельной нагрузки на крыло (у «Супермарина» 202 кг/м2; вспомните, 71 кг/м2 у «Депердюссена» 1913 года!) и плохих несущих свойств плоскостей с минимальным сопротивлением Гоночные самолеты не обладали хорошей маневренностью. И все-таки опыт шнейдеровских и других состязаний очень помог конструкторам истребителей. Он научил их бороться за каждую лошадиную силу мощности, за каждый грамм аэродинамического сопротивления.
Слабое место самолетов шнейдеровского типа — винт постоянного шага. Угол установки лопастей оставался неизменным в течение всего полета. Но условия обтекания зависят от направления потока, набегающего на лопасть, говоря иначе, от ее угла атаки. Машина взлетает — к скорости от собственного вращения винта добавляется скорость движения самолета, которая растет от нуля до максимальной. Угол атаки лопасти изменяется, и только на расчетном режиме полета он достигает наивыгоднейшего значения. Если лопасти заранее установить под углом, оптимальным на самой большой скорости, самолет может просто не взлететь или будет разбегаться слишком долго. Приходилось удовлетворяться полумерами — рассчитывать пропеллер на какой-то промежуточный режим. Именно для того, чтобы лопасть как бы следовала за «гуляющим» вектором скорости потока и занимала «экономичное» положение, стали делать винты изменяемого шага.
Любопытно, что первыми применили все перечисленные новшества не создатели истребителей, а конструкторы пассажирских самолетов. Убирающееся шасси, зализанные очертания фюзеляжа, особая форма перехода от крыла к фюзеляжу, закапотированный двигатель, винт переменного шага и, наконец, тщательная отделка внешних поверхностей самолета — вот что позволило сравнительно маломощным пассажирским машинам достичь высоких скоростей. В сущности, здесь перечислены все те ухищрения, к которым прибегали конструкторы 30-х годов, чтобы заставить истребителей сначала догнать резвых «транспортников», а затем и обставить их.
Воздав должное аэродинамике, специалисты долго не могли решить, какой из двух схем — бипланной или монопланной — принадлежит будущее. Чрезвычайно интересные конструкции боевых, готовых к действию машин, которые совмещали в себе лучшие свойства бипланов и монопланов, создал в конце 30-х годов советский летчик-испытатель и инженер В. Шевченко. Моно-биплан — самолет с двумя крыльями при взлете и посадке и с одним на основных режимах. В июне 1940 года моно-биплан впервые поднимается в воздух, а через месяц Георгий Шиянов, ныне заслуженный летчик-испытатель СССР, Герой Советского Союза, проводит первую уборку крыла в полете.
В 1936 году И-15 и И-16 впервые встретились с «Мессершмиттами», — пишет генеральный авиаконструктор А. Яковлев. — Это были первые истребители Ме-109В с двигателем Юнкерса что-210 мощностью 610 л. с. Скорость их не превышала 470 км/ч. Наши истребители по скорости не уступали «Мессершмиттам», а оружие у тех и у других было примерно равноценное — пулеметы калибра 7,62 мм. Маневренность у наших самолетов была лучшей, и «Мессершмитты» несли большие потери. Тем временем гитлеровцы, учтя опыт первых воздушных боев в небе Испании, с лихорадочной поспешностью усовершенствовали свою авиацию. Они радикально улучшили машины Ме-109, установив на них двигатели «Даймлер-Бенц 601» мощностью 1100 л. с., благодаря чему скорость полета возросла до 570 км/ч. В таком виде истребитель «Мессершмитт» поступил в серийное производство под маркой Ме-109Е. Ме-109Е имелрешительное преимущество перед И-16 по скорости полета (на 100 км в час), так и по калибру стрелкового оружия, и по дальности стрельбы».
Итак, назрели реформы и в вооружении истребителей.
Как и многие годы назад, в начале первой мировой войны носовая часть одномоторного самолета мало подходила для установки мощного вооружения. Мало того, что пулеметы нужно было синхронизировать с вращением винта, их следовало «вписать» в обводы фюзеляжа, занятого мощным и объемистым двигателем. В поисках места для пушек и пулеметов конструкторы рассредоточивали оружие. Стремясь создать легкую, маневренную машину, инженеры рассудили; чтобы повысить маневренность самолета, а заодно и улучшить обзор и пилотской кабины, надо самые массивные агрегаты сосредоточить вблизи его центра тяжести. Следовательно, идеальное место для двигателя — посередине фюзеляжа, позади летчика. Кабина передвигается к носу, носовую часть можно нашпиговать мощным вооружением и — это опять-таки работает на хороший обзор при разбеге и пробеге — передней, носовой стойкой трехколесного шасси. Особые возможности для вооружения предоставляли конструкторам истребителей двухмоторные машины с «очищенной» от двигателя носовой частью фюзеляжа.
  Претерпев между двумя мировыми войнами коренные изменения, истребитель превратился в грозную машину, способную бороться за господство в воздухе, взять на себя основную тяжесть суровых воздушных боев в небе надвигавшейся мировой войны.

Новые технологии на страже водосбережения

 »  »  » 
Многогранники
Нанотехнологии
История парусного флота
Яхты парусные
Поиск