Мечта о небе
Изобретение самолёта стало одним из крупнейших достижений XX века. Источником вдохновения для человека послужили наблюдения за птицами — природными мастерами полёта.
С древних времён люди мечтали взмыть в небо с лёгкостью и грацией птицы. В Древней Греции существовала легенда об Икаре, который смастерил крылья из воска и перьев и взлетел к солнцу.
В эпоху Возрождения великий итальянский художник и изобретатель Леонардо да Винчи создавал чертежи летательных аппаратов. Но прежде чем тайна полёта раскрылась, прошло ещё четыре столетия.
Наука и техника. Выпуск №1
Открытие Бернулли
В 1738 году швейцарский математик и врач Даниэль Бернулли установил: чем быстрее движется жидкость или газ, тем ниже давление.
Например, при встрече с крылом птицы воздух разделяется на два потока: над крылом и под ним. Верхняя поверхность крыла изогнута и длиннее нижней, поэтому воздух сверху движется быстрее и создаёт зону пониженного давления. Под крылом давление выше — так возникает подъёмная сила.
Первые летательные аппараты
В XIX веке этот принцип использовали при создании планеров. В 1853 году Джордж Кейли, которого называют «отцом аэродинамики», построил и испытал первый в мире планер. В 1890-х годах братья Райт создали конструкцию крыла, позволившую управлять полётом.
17 декабря 1903 года в Кити-Хок (США, штат Северная Каролина) они осуществили первый полёт на летательном аппарате тяжелее воздуха. Их самолёт находился в воздухе 12 секунд и пролетел 36 метров, но именно это доказало правильность принципов, положенных в основу современного самолётостроения.
Устройство крыла и образование вихрей
Если посмотреть на крыло в сечении, оно напоминает каплю, лежащую на боку, со сплющенным основанием. Передняя часть крыла — широкая и изогнутая, задняя — плоская и тонкая. Такая форма называется аэродинамическим профилем.
Воздушный поток, проходя по крылу и срываясь с задней кромки, образует воронку — начальный вихрь. Он создаёт встречный вихрь, который движется под крылом в обратном направлении. Это увеличивает скорость верхнего потока и замедляет нижний, усиливая подъёмную силу.
Взлёт и тяга
Чтобы самолёт поднялся в воздух, ему необходимо достичь скорости, при которой подъёмная сила превысит вес. Братья Райт решили эту задачу, установив лёгкий двигатель, который вращал пропеллеры аэродинамической формы. Воздух, отбрасываемый назад, создавал тягу, двигая самолёт вперёд.
Современные самолёты при разгоне используют шасси, которые убираются после взлёта и выпускаются только перед посадкой.
Поверхности управления
Движением самолёта управляют подвижные панели на крыльях, стабилизаторах и киле.
- Элероны — поворот по оси крена.
- Руль высоты — изменение тангажа (подъём или опускание носа).
- Руль направления — поворот по оси рыскания.
Эти поверхности приводятся в действие штурвалом и педалями в кабине пилота.
Исторические факты
- Братья Уилбур и Орвилл Райт 17 декабря 1903 года в городе Китти-Хок (штат Северная Каролина, США) совершили первый в мире полёт на аппарате тяжелее воздуха.
- Их самолёт «Флайер» пробыл в воздухе 12 секунд и пролетел 36 метров.
- Это доказало работоспособность принципа, который стал основой современного самолётостроения.
Взлёт
Чтобы взлететь, самолёту нужна скорость, создающая требуемую подъёмную силу.
Двигатель вращает пропеллеры, которые создают тягу — движение воздуха назад, толкающее самолёт вперёд.
Во время разбега шасси убираются в фюзеляж и не выпускаются до окончания полёта.
Закрылки на задней кромке крыльев и рули высоты на стабилизаторе поднимаются, увеличивая подъёмную силу.
При наборе высоты закрылки опускаются для уменьшения сопротивления.
Самолёт набирает скорость, пока тяга не превысит аэродинамическое сопротивление, затем закрылки поднимаются, и он выходит на требуемую высоту.
Короткий взлёт и посадка (КВП)
Применяется там, где нет длинных взлётных полос (острова, городские аэропорты).
Дополнительная подъёмная сила создаётся на малых скоростях.
Метод: закрылки загибаются вниз за кромкой крыла, выхлопы двигателей обдувают крыло, усиливая подъёмную силу — эффект Коанда.
Альтернатива — винтовые двигатели с изменяемым положением, как у V-22 Osprey: создают вертикальную тягу при взлёте и горизонтальную при полёте.
Полет на заданной высоте
В установившемся горизонтальном полёте подъёмная сила уравновешивает вес, а тяга — сопротивление.
Основные силы: подъёмная сила, вес, тяга, сопротивление.
Сопротивление создаётся формой крыла и турбулентностью, в том числе вихрями на концах крыльев.
Повороты и управление
Три оси движения: крен, тангаж, рыскание.
Крен управляется элеронами (на задней кромке крыльев): опускание одного крыла увеличивает его подъёмную силу, поднятие другого — уменьшает.
Тангаж регулируется рулями высоты на стабилизаторе (поднимают или опускают нос).
Рыскание управляется рулём направления на киле (поворот влево или вправо).
Для поворота влево: элерон правого крыла опускается, левого — поднимается, руль направления отклоняется влево.
При снижении пилот должен лететь против ветра — встречный ветер улучшает управляемость, боковой ветер сносит самолёт.
Снижение и посадка
Для снижения пилот сбавляет скорость, опускает закрылки, наклоняет нос вниз.
Рули высоты поднимаются вместе с предкрылками, увеличивая площадь крыла и подъёмную силу.
При касании ВПП первыми касаются основные стойки шасси, затем передние.
После посадки включается реверс тяги, опускаются закрылки для увеличения сопротивления, включаются тормоза.
Интерцепторы (воздушные тормоза) создают турбулентность, гасят подъёмную силу.
Особенности конструкции
У некоторых реактивных самолётов крылья складываются для уменьшения сопротивления на высоких скоростях.
Бомбардировщик B-2 Spirit (Стелс) имеет форму и покрытие, делающие его малозаметным для радаров.
Двигатели
Турбореактивный двигатель (1940-е): сжимает воздух, смешивает с керосином, воспламеняет, выброс газов толкает самолёт вперёд.
Турбовинтовой двигатель: реактивная тяга вращает пропеллеры.
Турбовентиляторный двигатель: многолопастный вентилятор нагнетает воздух в камеру сгорания и вокруг двигателя, создавая тягу.
Реверсивные устройства в задней части двигателя перенаправляют поток вперёд для торможения.
Заключение
От легенды об Икаре до реактивных лайнеров прошло тысячелетие. Сегодня самолёт — это сложнейший механизм, сочетающий законы аэродинамики, точную механику и инженерные решения, позволяющие человеку уверенно осваивать небо.
Проверьте свои знания. Пройдите тестирование из 5-ти вопросов по ссылке.
Понравилась статья?
Подписывайтесь на канал, и познавайте мир вместе с нами!)
Наука и техника. Выпуск №1