Век на полета: от историята на авиацията

С изключение на експериментални разработки като Grumman X-29, основната схема на съвременните самолети е заложена в Bleriot XI

Гигантски самолети като Martin M-130 отвориха възможности за трансокеански полети за широката публика

Свръхзвуков самолет съчетава най-доброто в дизайна на двигатели и планер. За съжаление цената на експлоатацията, политическите интриги и техническите сривове убиха Конкорд

Способността на Америка за бързо разгръщане на сили навсякъде по света се основава на използването на F-18 Super Hornet на борда на самолетоносачи на хиляди километри от родния си край

Тилтроторът Osprey V-22 демонстрира нова вариация на крилата и витлото. По време на излитане и кацане винтовете се обръщат нагоре, като хеликоптер. Във въздуха винтовете заемат хоризонтално положение и самолетът всъщност става самолет, който лети по-бързо, по-далеч и по-икономичен

Опции на цилиндъра През първия половин век на авиацията са изпробвани всички възможни конфигурации на цилиндри. На теория с увеличаване на броя на цилиндрите се добавя мощност. Но допълнителните цилиндри изискват охлаждане, което усложнява дизайна. До началото на Втората световна война е постигната оптималната конфигурация - огромни радиални цилиндри, както в двигателя Pratt & Whitney R4350

Разцветът на реактивните двигатели Jet двигателите вдъхнаха нов живот на победния марш на авиацията. Със същия размер те дадоха повече мощност, а ремонтът изискваше много по-малко

Летящи върху техния „Флаер“, който се проведе близо до Кити Хоук на 17 декември 1903 г., братята Орвил и Уилбър Райт не само осъществиха древната мечта - да завладеят небето. Те организираха аеронавигационен колега на астрономическия Голям взрив. И макар да стана ясно едва днес, странният им самолет съдържаше в пъпката всички елементи, които се използват днес в модерен самолет - от крилата и двигателя до витлото и кацането. Постиженията на хора, чиито имена се споменават по-рядко от имената на братя Райт, не са толкова известни. Още през 1910 г. Хенри Коанда от Румъния демонстрира реактивен двигател. На следващата година се появи прибиращ се колесник, а година по-късно два вида витла с винтове с променлив наклон. Още в началото на 20-те години, като цяло, ако не в подробности, се определят формите на съвременната авиация - включително изцяло метални и композитни конструкции, пометени крила и каюти под налягане.

крила

Ако моторът е сърцето на самолета, крилата могат да се считат за неговата душа. Още от времето на братя Райт изобретателите, променяйки дизайна, се опитват да изтласкат повече крила от крилата. До какво е стигнал големият американски мостостроител Октав Шанут чрез успешното изграждане на своите биплани, които използват система за ферма за закрепване, беше предложена от интуицията на братя Райт. Монопланът може да има по-малко влачене, но е много по-крехък.

Освен това бипланът беше много подходящ за братята

уникална система за управление с помощта на „усукване“ на крилата, които в резултат на блестящ поглед те комбинираха с асансьора в модела от 1902г. В резултат на това воланът автоматично координира завоите на самолета и помага да се реши проблемът с управлението.

Как да измислите клип за хартия: всичко гениално е просто

В опит да подобрят свойствата на системата, много изобретатели експериментират с крила. Авиаторът Луи Блеройт особено успява да създаде моноплани, докато увеличената мощност и скорост създават толкова високи изисквания към проектите си, че изобретателят не може да се справи с тях. Други изобретатели предложиха да се увеличи броят на крилата: трипланът Fokker има три чифта крила, а хидропланът Caproni Ca 60 Triple Hydro е оборудван с девет двойки. Но наднорменото тегло и силното влачене доведоха до отказ на многокрилата структура.

Някои инженери изследваха форми и оформления, които не са умрели от десетилетия. Така дизайнът на самолета, изграден от патици, губещият Евгений Лефебвра, се появява отново през 1931 г. като самолет Focke Wulf Ente и през 1943 г. като самолет Curtiss XP-55 и Rutan LongEZE.

През 1911 г. Джон Дан започва да експериментира със самолет без стрели. То беше последвано от такива светила като Александър Липпиш, Реймар и Уолтър Хортен и Джон Нортроп. Понастоящем познатата конфигурация с триъгълно крило се появи в разработката на Lippish и се използва от много дизайнери, включително Convair и Dassault. Малкомащабният модел Kitchen Donut отлетя за Чикаго през 1911 година. Зад нея се появи модел на Arup и модели на Charles Zimmerman Chance Vought V-173 и Chance XF5U-1.

В другия край на спектъра, развитието също продължи. Те се появиха с крило с променлива площ и крило с променлива геометрия. Всички усилия бяха насочени към увеличаване на скоростта. Скоро изобретателите започват да се опитват да подобрят формата на крилата за високопланински самолети. Един от първите успехи са автоматичните клапи, които за първи път се появяват на Breguet 14 през 1916 година. С увеличаването на скоростта на кацане в следвоенните години, прости прорезани капаци бяха заменени от по-сложни клапи Фаулер. Петата на крилото също не избяга от подобренията. Производителят на самолети Handley Page патентовал летви в началото на 20-те години. Тази технология в крайна сметка доведе до тройни шлицови капаци и ламели по предния ръб на крилото на Boeing 727. Тъй като братята Райт патентоваха своята система за управление, но не и самолета, изобретатели от цял ​​свят започнаха да търсят алтернативни начини за управление на самолета. Глен Хамънд Къртис предизвика дълъг и болезнен съдебен процес, когато заяви, че елероните му на средното крило не нарушават патента на братя Райт. Други конкуренти, разчитайки на факта, че дългите разстояния и дългите съдебни спорове биха ги защитили, просто възприеха метода за извиване на крилото и използване на елерони, без дори да се извиняват на откривателите. Поради Първата световна война беше необходимо да се уредят патентни дела и в следващите години се появиха много възможности за контролни повърхности.

В летящото крило на Northrop N-9M са използвани разделителни асансьори в края на крилото, тримерни стъпки и еленове (за контрол на ролка и стъпка). По този начин всички повърхности могат да бъдат контролирани заедно или поотделно. Великолепният Convair B-58 Hustler беше оборудван с волан, еленове и сложна автоматична система за подстригване. Изискванията за скорост доведоха до появата на стабилизатори, които днес могат да бъдат намерени в Северна Америка F-100 и McDonnell Douglas F-4. Много от днешните изтребители, като Northrop Grumman F-14 и Boeing F / A-18, са оборудвани с отделно контролирани стабилизатори за контрол на стъпките и ролките.

Създаване на сцепление

За своя „Flyer“ братята Райт успяха да създадат невероятно мощен двигател. Но те трябваше да работят върху това как да използват тази сила. За собствена изненада те откриха, че няма доказателства за работата на витлото. Разследването показа, че няма формули за изчисляване на параметрите на морските витла и те са направени въз основа на опит и интуиция. С увеличаването на мощността на двигателя пропелерите също се промениха и постепенно те започнаха да предават мощност по-добре и по-ефективно. Целта, разбира се, беше да се създадат витла, които да помагат по време на етапите на излитане, изкачване и полет. В крайна сметка е измислено перо, тоест способността на витлото да се върти свободно, да намалява влаченето. Обратната тяга намалява драстично разстоянието за кацане и подобрява спирането. С настъпването на реактивната епоха бяха необходими сложни системи от шасита, които да съответстват на мощността на високоскоростните двигатели. Хеликоптерът създаде сериозни проблеми при постигането на желаната тяга и повдигане.

Конструкциите варираха по сложност - от прости остриета на по-ранни версии на жироплани до свръх сложната ротационна система на модела Bell / Boeing V-22 Osprey.

мотори

Въпреки че братята Райт интуитивно предположиха, че контролът ще бъде най-трудната задача, те също се тревожиха за властта. Когато не можаха да намерят достатъчно лек и мощен двигател, те сами го проектираха и изградиха. Както всички останали елементи в дизайна на братята, прост, но елегантен четирицилиндров четиритактов двигател е проектиран точно за задачата. Трябваше да се раздадат много конски сили за сравнително кратко време. Дизайнерите се нуждаеха от 8 к.с. само за да свалите „Флаера“ от земята. Но се надяваха на 12. И те бяха щастливи, когато успяха да получат 16 к.с.

Скоро братята се появиха десетки имитатори. Някои от тях, като Къртис, вече имаха богат опит в създаването на мотори. Някои производители започнаха да предлагат леки, мощни двигатели за използване в самолети. Повечето от тях бяха подредени по четири, шест или осем цилиндъра подред или във формата на буквата „V“. Охлаждането беше течно или въздушно. Мощността зависеше главно от обема на цилиндрите: по-голям брой по-големи цилиндри даваха повече мощност, но и, разбира се, добавиха тегло. Първият значителен пробив в тази област се случи през 1909 г., с появата на ротационния двигател Gnome, построен от Луис и Лорен Сегуин. Идеята за закрепване на витлото към цилиндрите, които се въртят около неподвижен колянов вал, не беше нова. Иновативното беше отлично представяне. Петцилиндровият “Gnome” тежи около 50 кг и дава 34 к.с. при 1300 об / мин. Седемцилиндровият, 50-конски сили Gnome, който беше инсталиран на биплана Louis Paulan Voisin, беше първият такъв двигател, който кацна във въздуха. Това се случи на 16 юни 1909 г. Развитието на въртящите се двигатели премина бързо, главно поради високото съотношение мощност към тегло. И дори фактът, че те консумират много гориво (смес от бензин и рициново масло) и дават непоносим ауспух, не спря никого. Но все още доминират конвенционалните двигатели с течно охлаждане, редови и V-образни. Сърцето на самолета - неговият двигател никога не е бил толкова популярен, колкото самия самолет. Когато четем за Първата световна война (Fokker D VII, SPAD XIII и изтребителят Bristol F.2B), рядко чуваме за BMW-та със 185 конски сили, Hispano-Suiza с 235 конски сили и сокола от 275 конски сили от Rolls-Royce, съответно служи като сърца на изброените самолети. И все пак, винаги всичко е започвало с мотори. Независимо дали става въпрос за великолепните състезателни двигатели Rolls-Royce, от които в крайна сметка се появи двигателят на Merlin, или от средата на 20-те години на миналия век, появата на радиална конфигурация, живяла до века на реактивните двигатели. Течното охлаждане, чиято популярност започна да нараства бързо с появата на хладилни агенти, които позволяват високи температури и по-малки радиатори, беше особено популярно при изтребителите, защото техните форми допринасяха за по-добри аеродинамични свойства. През 1921 г. експериментите на инженер Чарлз Лорънс предизвикаха конкуренция между Pratt & Whitney и Wright Aeronautical. Това доведе до появата на най-мощните и надеждни радиални двигатели на онова време. Такива мотори са били оборудвани с обтегачи, които подобряват охлаждането и увеличават скоростта.

Реактивен самолет

До 1942 г. буталните двигатели почти бяха изчерпали възможностите си. Повишаване на мощността беше възможно само с увеличаване на броя на цилиндрите и използването на все по-сложни суперзарядни устройства, системи за инжектиране на вода, алкохол или химикали в горивото. Витлата също достигнаха висока ефективност, давайки свръхзвукови скорости. За щастие подмяната на буталния двигател стана на ръка благодарение на проучвателната работа на Франк Уитъл, който служи в Кралските военновъздушни сили като тест-пилот, както и на Ханс Йоахим Пабст фон Охайн, прясно изпечен доктор на науките от Германския университет в Гьотинген. Независимо един от друг, те успешно са разработили реактивни двигатели. Отначало британското правителство отказа на Уитъл, но Охайн получи подкрепата на производителя Ернст Хайнкел. Така се появи първият реактивен самолет Heinkel He 178, вътре в който стои двигателят OhS HeS 3B. Първият полет е завършен на 27 август 1939г. Двигателят на Whittle Power Jets W.1 за първи път излетя на Gloster E.28 / 39 на 15 май 1941 г. Тези двигатели даваха същата мощност като по-сложните бутални двигатели. И въпреки че изискваше много гориво и надеждността беше ниска, много бързо новите двигатели замениха старите.

Консумацията на гориво е намаляла, а надеждността е нараснала до такава степен, че сега основният враг на съвременните реактивни самолети е корозия, а не износване. Мощността на новите двигатели нараства с темпове, които не се чуват за буталните двигатели. Първите реактивни двигатели бяха или турбореактивни, или ракетни. С течение на времето те стават все по-сложни, но не достигат нивото на сложност на последното поколение на буталото. Гениалността на разработките на Pratt & Whitney е открита в началото на 50-те години на миналия век, когато се появява двуконтурният двигател JT-3, който дава тяга от 45 kN, не консумира много гориво и за онези времена имаше фантастично време между препоръчителните проверки - 15 хиляди часа. За сравнение: ранният немски реактивен двигател Junkers Jumo 004, който беше на Messerschmitt Me 262, изискваше проверка веднъж на 25 часа. През 1958 г. Pratt & Whitney предприемат следващата стъпка, като разработват турбовентилатора TF33, който се превръща в цивилната версия на военния двигател JT8D. Изглежда, че двигателят върши невъзможното: получаване на сцепление за нищо, просто изпомпване на студен въздух през свързания вентилатор. През следващите години развитието на подобни двигатели от General Electric, Rolls-Royce и други продължи с цел подобряване на ефективността и икономията на гориво. Доскоро дизайнерите не пускаха нови двигатели в нови самолети. Но днес, когато разработват самолетите на бъдещето, новите лайнери обръщат нови двигатели. Например двуетажният Airbus A380 за 555 пътници се разработва едновременно с 311-километрови двигатели. Ще има или Rolls-Royce Trent 900, или двигателите на алианса General Electric / Pratt & Whitney GP7000.

Отначало се смяташе, че реактивен двигател е партидата изтребители на голяма височина. Въпреки това, скоро такива двигатели започнаха да се слагат на бомбардировачи и транспортери и бъдещето на витлата започна да изглежда избледняло. Но от самото начало инженерите планираха да използват реактивни двигатели за ускоряване на витлата - това е по-изгодно при дозвукови скорости. Първият турбовитлов двигател направи експериментален полет на Gloster Meteor, но търговската употреба започва с изключително успешния самолет Vickers Viscount през 1948 година. Turboprop двигателите станаха основа за модели, които трябва да се изкачват до големи височини и да летят със средни скорости. Появата на реактивна мощност проправи пътя за високи скорости и голяма надморска височина и постави нови предизвикателства пред създателите на мотори. За да се гарантира, че екипажът е удобен на всяка височина, е необходимо да се гарантира целостта на самолета. И в търсене на високи скорости, крилата трябваше да се правят по-малко. Появиха се нови материали, които издържаха на повече стрес и многократни спадове на налягането. С увеличаването на мощността на двигателя стана възможно изграждането на по-големи самолети с по-малки мотори. Днес двата най-големи летателни апарата в света - Boeing 747 и Airbus Industrie A380 - са четиримоторни (означава пътнически; най-големият транспортен самолет в света е шестимоторният Ан-225 Мрия, максималното му излитащо тегло надвишава 600 тона, което е един и половина пъти повече тегло при излитане на горепосочените самолети. - Ред. „ПМ“). Но повечето големи самолети са оборудвани само с два двигателя.

Ултразвуковите самолети (например наскоро завършиха услугата Concorde, или Ту-144, или Rockwell XB-70) бяха построени и успешно полетяха, въпреки че не могат да бъдат наречени икономични. Любопитно е, че бъдещето на реактивните двигатели може да лежи в областта на двигателите без движещи се части - веднъж. В двигателите от последно поколение (т. Нар. "Scramjets") въздушният поток в целия двигател винаги е свръхзвуков. Когато такива двигатели се съберат, времето на трансатлантическия полет ще бъде намалено до няколко часа.

Колкото и вълнуващ да е напредъкът в развитието на авиацията, е много приятно да осъзнаем колко идеи на братя Райт (включително конфигурацията на биплана, витлата, въртящи се в противоположни посоки, схемата „патица“) са оцелели и до днес. И е особено любопитно, че през 2003 г. НАСА експериментира с гъвкаво „активно аероеластично крило“ (AAW), което сега стои на Dryden Boeing F / A 18. Новото крило обещава пълен контрол на ролката и без опашка на опашката, което ще е от полза в тегло, това ще намали влаченето и ще увеличи невидимостта за радарите. Орвил и Уилбър щяха да се гордеят.

Статията е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 1, януари 2004 г.). Харесва ли ви статията?

Абонирайте се за новините и бъдете в крак с най-интересните и полезни новини. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Просто щракнете върху бутон: история на прости неща
2019
Чукнете, бутилирайте, филтрирайте: каква вода си струва да се пие
2019
Синдром на паник атака: какво представлява и как да се справим с него
2019