РАЗЛИЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛЕТА И ТИПЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ (часть II)

Монографии    Книги    Журналы

 

 

Летательные аппараты тяжелее воздуха

 

В отличии от аэростатов, поддерживающихся в воздухе за счет разности в удельном весе воздуха и подъемного газа, летательные аппараты тяжелее воздуха осуществляют полет, используя динамическое давление воздуха. Летательные аппараты этого вида для поддержания себя в воздухе должны пользоваться самой воздушной средой, как это делают птицы и некоторые летающие насекомые и животные. А это сопряжено с большой  затратой механической энергии.

helicopter-leonardo-da-vinci
Геликоптер Леонардо да Винчи

Для того, чтобы пользоваться воздухом в качестве опоры, необходимо каким либо способом отбрасывать или прогонять его в направлении противоположном той силе, которую желательно получить. Так, например для получения  вертикальной подъемной силы приходится отбрасывать воздух в вертикальном направлении сверху вниз; горизонтальная тянущая сила получается путем отбрасывания воздуха в горизонтальном направлении в сторону, противоположную направлению силы тяги, и т. д. 

Подражая живым летающим существам, человек пытался осуществить динамический полет путем воспроизведения различных способов, применяемых птицами и летающими насекомыми. В результате получилось несколько разновидностей летательных аппаратов тяжелее воздуха, известных под наименованием геликоптера (вертолета), ортоптера, орнитоптера, аэроплана (самолета) и др. Из всех летательных аппаратов наибольшее развитие получили аэропланы.

Геликоптер или винтокрылый самолет (греческое слово) «геликос» — винт и «птерон» — крыло, поднимается вверх, поддерживается в воздухе и опускается на землю при помощи  одного или нескольких воздушных винтов, установленных на нем и приводимых во вращение одним или несколькими моторами. Воздушные винты вращаются в горизонтальной плоскости и непрерывно отбрасывают книзу большие массы воздуха, благодаря чему получается подъемная сила, действующая в вертикальном направлении снизу вверх.

helicopter-model_Lonois-and-Bienven
Модель геликоптера Лонуа и Бьенвеню

При подъемной силе, равной весу летательного аппарата, геликоптер становится как бы невесомым и «висит» в воздухе на одном и том же расстоянии от земли; при силе, превосходящей вес всей системы, геликоптер поднимается вверх; уменьшение же подъемной силы влечет за собой снижение его.
Геликоптер (вертолет), как и всякий другой летательный аппарат должен быть способен не только подниматься, и опускаться, но и совершать поступательное  передвижение в горизонтальном направлении, поворачиваться в любую сторону, сохранять устойчивость, и т. п. Поэтому помимо поддерживающего (подъемного) винта, он имеет еще и и ряд других органов, дающих ему возможность совершать в воздухе управляемые требуемые маневры.
Обычно в  вертолетах для горизонтального передвижения используется автомат перекоса лопастей ротора (на ранних стадиях вертолетостроения  для этого наклонялась под некоторым углом к вертикали вся ось несущего винта при двухвинтовой схеме геликоптера). При одновинтовой схеме на хвостовой балке размещается дополнительный рулевой винт с горизонтальной осью вращения. Повороты в воздухе осуществляются за счет разности в тяге между винтами при двухвинтовой (соостной) схеме, или при изменении тяги хвостового винта при одновинтовой схеме.

Идея геликоптера впервые была была высказана еще великим Леонардо да Винчи в 1475 году. Два века спустя, в 1768 году, вторично эта идея была высказана Поктоном. Первая известная нам модель

helicopter-cornu
Геликоптер Корню

геликоптера была осуществлена французами Лонуа и Бьенвеню в 1784 году.  С этого времени и вплоть до ХХ века было построено большое количество моделей самых разнообразных конструкций, из которых некоторые могли подниматься вверх. Только в 1907 году удалось осуществить полноразмерный геликоптер, способный поднять чкловека. Это геликоптер Корню, на котором в ноябре того же года поднялся сам изобретатель сперва один на высоту 30 см, а позже со своим помощником  они достигли высоты 1,5 метра, что по тому времени было весьма выдающимся событием.

Большой вклад в развитии мирового вертолетостроения внес наш гениальный соотечественник Игорь Сикорский, который после революции вынужден был иммигрировать  сначала в Европу, а затем в США. 
О дальнейшем бурном развитии вертолетостроения будет рассказано в другой статье, ибо это достаточно большая тема, а мы вернемся к рассмотрению разнообразия типов летательных аппаратов тяжелее воздуха.

Другими разновидностями аппаратов тяжелее воздуха являются крыльчатые летательнык аппараты: орнитоптеры и ортоптеры. Первые из них воспроизводят так называемый гребной полет, как это делают птицы, вторые же осуществляют полет путем прямолинейного вертикального удара крыльев по воздуху.

drawing_by_Leonardo_da_Vinci_ -_the_ornithopter
Рисунок Леонардо да Винчи — орнитоптер

Орнитоптер, то есть птицекрылый (греческое слово «орнис» — птица и «птерон» — крыло), создает подъемную силу и силу, движущую вперед путем отбрасывания воздуха вниз и назад. Рисунок Леонардо да винчи — ортоптер. Известно, что гребной полет птицы состоит из беспрерывных ритмических движений крыльев вниз и назад и вверх и вперед. Концы крыльев при этом описывают некую замкнутую кривую.

Разумеется, точное воспроизведение всех этих движений крыла, не говоря уже о весьма сложном полетном механизме птицы, черезвычайно затруднительно воплотить механически, тем более на заре авиации, хотя в свое время это направление считалось наиболее перспективным в области осуществления полета. И в аппаратах, воспроизводящих гребной полет птицы конструктора чаще всего старались применить бьющие по воздуху крылья, комбинируя их с технически наиболее удобным и доступным способом кругообразного движения, т. е. с вращающимися «крыльчатыми колесами».

Ортоптер является упрощенным типом крыльчатой летающей машины. Она в основном состоит из двух движущихся в вертикальной плоскости крыльев. Чаще всего конструкторы применяют створчатую конструкцию крыльев или снабжают крылья специальными клапанами. При взмахе вверх жалюзи (створы) или клапаны открываются и воздух свободно проходит  через них, а при движении вниз они закрываются и крыло давит на воздух вниз всей своей поверхностью. При достаточной скорости взмахов давление воздуха на крылья снизу может быть настолько сильным, что оно будет в состоянии поддержать летательный аппарат в воздухе.

Горизонтальный полет ортоптера пытались осуществить различными способами. Например, в ортоптерах с жалюзиобразной конструкцией крыльев створы устраивали так, что при 

 

движении вверх они устанавливались под углом 45°; вследствии этого поток воздуха отталкивался не только вниз, но и назад, и вся система получала поступательное движение вперед. В некоторых конструкциях передние ребра крыльев оставались жесткими, а задние края гибкими. Благодаря этому при колебательных движениях крыльев задние их края отгибались кверху или книзу и, отталкиваясь от воздуха, сообщали ортоптеру поступательное движение вперед.

orntopter
Орнтоптер

Идея ортоптера и орнитоптера так же имеет многовековую давность. Известно, что еще две с лишним тысячи лет тому назад люди пытались воспроизвести полет птиц и летучих мышей. Но, несмотря на то, что благодаря работам  ряда выдающихся ученых разных времен и народностей «секрет» полета птиц почти полностью разгадан, до сего времени не удалось совершить на ортоптерах и орнитоптерах настоящего полета.

Некоторым ортоптерам, расчитанным на подъем человека, удалось сделать короткие прыжки, но полета совершить они не смогли. Поднимались и пролетали некоторое расстояние лишь небольшие модели ортоптеров. Орнитоптеры же даже не могли осуществить в натуре, так как их конструктивное осуществление встречает большие технические затруднения.

Следующей разновидностью летательных аппаратов тяжелее воздуха является аэроплан (самолет), полету и конструкции которого будет уделено наше дальнейшее внимание.

Подобно орнитоптеру и ортоптеру, аэроплан так же обладает крыльями, но эти крылья неподвижны в полете, как у парящей птицы. Они имеют назначение создавать подъемную силу. Кроме крыльев, самолет имеет еще рулевые  приспособления для выполнения в воздухе различных эволюций, а так же мотор  с воздушным винтом на горизонтальной оси.

Кроме самолета, из аппаратов тяжелее воздуха сравнительно известное распространение получил планер, являющийся по существу безмоторным самолетом. Планер, несмотря на отсутствие  мотора и воздушного винта, способен подолгу находиться в воздухе, осуществляя при некоторых атмосферных условиях (ветер, восходящие и нисходящие потоки воздуха и т. п.) так называемый парящий полет.

william-henson
Уильям Хенсон
henson-airplane -project
Проект аэроплана Хенсона

Идея аэроплана принадлежит знаменитому английскому математику Джоржу Кейли, высказавшему ее  еще  в 1809-1810 годах. Им же впервые были произведены научные опыты  с моделями планеров. Первый детально разработанный проек аэроплана был опубликован соотечественником Кейли, Хенсоном в 1843 году. В своем аэроплане Хенсон гениально предусмотрел все те основные части, которые сохранились (конечно в усовершенствованном виде) до наших дней. Но аэроплан Генсона не был построен, так как в те времена подходящих легких двигателей не существовало.

Aaphons_penault
Альфонс Пено
flying_model_peno
Летающая модель Пено
091018-005_samuel_pierpont_langley_-_potomac_experiment_1903
Испытание аэроплана Лэнгли
samuel_lengli_091018-006
Самюэль Лэнгли

Первые летающие  модели аэроплана, доказавшие правильность идеи Кейли и Генсона были построены сначала Жюльеном в 1858 году, а затем Пено в 1872 году. Первые большие аэропланы, расчитанные  на подъем человека в воздух были простроены во конце XIX столетия. Создателем первого, оторвавшегося от земли и совершившего небольшой подлет аэроплана, является наш соотечественник, контр адмирал Российского флота, Михаил Федорович Можайский. Самолет потерпел аварию, но  зато это был уже первый кратковременный отрыв от земли с человеком на борту. Для устойчивого горизонтального полета, самолету Можайского не хватило тяги двигателей, ибо их мощность оказалась недостаточной. Кроме Можайского большой вклад в создание первых аэропланов внесли и другие изобретатели, такие как Максим, Адер и Ленгли, доказавшие реальную возможность осуществить полет на аппарате тяжелее воздуха.

091018_007aeroplan-rayt
Аэроплан братьев Райт

Первый удачно летающий аэроплан, который мог поднять человека в воздух и совершить устойчивый управляемый полет в любом направлении, был осуществлен в Америке братьями Орвилом и Уильбуром Райт.  Первые полеты на этом аэроплане были совершены ими  17 декабря 1903 года. Осуществлению этого достижения предшествовали многочисленные полеты на безмоторных планерах предшественника  современной авиации Отто Лилиенталя, его учеников Пильчера, Геринга и Шанюта а так же самих братьев Райт в десятилетний период вплоть  до 1903-го года. 

090818_0072_large_otto_lillenthal
Отто Лилиенталь собирается стартовать на балансирном планере своей конструкции

Последним, из рассматриваемых в этой статье аппаратов тяжелее воздуха, является автожир, представляющий собой промежуточный между самолетом и вертолетом тип летательного аппарата. Автожир изобретен испанским конструктором Хуанон де ла Сиервой и впервые был испытан им в 1921 году. Несмотря на короткий срок своего существования, он успел развиться в весьма совершенный для своего времени тип летательного аппарата и получил в то время широкое распространение.. Последнему обстоятельству существенно способствовал ряд свойственных автожиру положительных качеств, из которых основным являются  способность совершать  очень крутые подъемы и спуски и полет со сравнительно небольшой скоростью. Автожир по своей конструкции близко подходит к аэроплану, от которого отличается тем, что имеет вместо неподвижных крыльев он снабжен ротором, представляющим собой большой винт, сидящий совершенно свободно на вертикальной оси. Перемещение в воздухе достигается посредством  воздушного винт меньшего размера, расположенного в вертикальной плоскости и  как на самолете приводящегося во вращение от двигателя. В полете поток встречного воздуха  приводит во вращение ротор, который при этом получает  необходимую для автожира подъемную силу. Управление автожиром производится при помощи обычного для аэроплана  хвостового оперения, а так же путем  перекашивания лопастей ротора. 

film_avtogire
Фильм «Автожир»

В настоящее время автожиры  нашли себе применение в частной и любительской (самодельной) авиации, так как в остальных областях авиации их заменили вертолеты, которые прошли достаточно хороший путь развития и стали в достаточной мере надежными и практичными.

В заключении этой статьи
предлагается небольшой познавательный фильм о автожирах.

 

 

 

Монографии    Книги    Журналы

 

Author: aviatik

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *