Лятальны апарат

1843. Планёр «Арыель» на рэкламным плакаце «Ariel Transit Company»

Лятальны апарат (ЛА) — прылада для кіраванага палёту ў атмасферы або касмічнай прасторы.

Лятальныя апараты падзяляюць на атмасферныя і касмічныя. Атмасферныя лятальныя апарата ў сваю чаргу падзяляюць на 2 класы: апараты цяжэйшыя за паветра і апараты лягчэйшыя за паветра.

Пад’ёмная сіла лятальных апаратаў, цяжэйшых за паветра, мае пераважна аэрадынамічнае паходжанне і ўзнікае праз хуткі рух у паветры самога апарата або яго частак. У некаторых апаратах выкарыстоўваецца таксама газадынамічны прынцып утварэння пад’ёмнай сілы.

Найбольш пашыраным лятальным апаратам, цяжэйшым за паветра, з'яўляецца самалёт. Яго пад’ёмная сіла ўтвараецца ў асноўным крылом. Значна меншую ролю выконвае пад’ёмная сіла фюзеляжу і апярэнне.

Пад’ёмная сіла крыла змяняецца амаль прапарцыянальна квадрату хуткасці палёту. Пры малых хуткасцях пад’ёмнай сілы крылаў недастаткова для адрыву самалёта ад паверхні зямлі. Для кожнага самалёта існуе мінімальная хуткасць, пры якой пад’ёмная сіла крылаў роўная вазе самалёта. Таму пры ўзлёце неабходны разбег для дасягнення гэтай хуткасці, а пры прызямленні — прабег, каб звесці яе да нуля. Адсюль вынікае неабходнасць будовы аэрадромаў з узлётна-пасадачнымі палосамі. Змяншэнне мінімальнай хуткасці і, адпаведна, скарачэнне даўжыні разбегу і прабегу самалёта дасягаюцца павелічэннем пад’ёмнай сілы крылаў праз іх механізацыю, здыманне памежнага слою з крыла, абдзіманне крыла струменямі ад вінтоў ды іншымі спосабамі.

Пад’ёмная сіла можа ўтварацца і на нерухомым лятальным апараце. Для гэтага яго крылы мусяць рухацца адносна корпуса. Існуюць праекты лятальных апаратаў з крыламі, якія рухаюцца, — арнітаптары. Але найбольш вядомым апаратам гэтага тыпу з'яўляецца верталёт (гелікоптар) — лятальны апарат з нясучым вінтом, які можна разглядаць як сістэму крылаў, якія круцяцца ў плоскасці, блізкай да гарызантальнай. Нахіленнем плоскасці кручэння нясучага вінта да кіравання палётам ствараецца не толькі пад’ёмная сіла, але і цяга. У вінтакрыла пад’ёмная сіла ствараецца адначасова нясучым вінтом і крылом, а цяга — цягнучым і нясучым вінтамі. Існуюць самалёты з вінтамі, плоскасць кручэння якіх можа змяняцца ад вертыкальнай да гарызантальнай, — гэтыя самалёты могуць здзяйсняць вертыкальныя ўзлёт і пасадку.

Выкарыстанне газадынамічнага прынцыпу пад’ёмнай сілы дазваляе і рэактыўнаму самалёту лятаць з малымі хуткасцямі і нават «вісець», здзяйсняць вертыкальныя або скарочаныя ўзлёт і пасадку. Гэта дасягаецца адхіленнем уніз струменя рэактыўнага рухавіка праз паваротныя соплы альбо выкарыстанне адмысловых вертыкальна ўсталяваных рухавікоў.

Класіфікацыя лятальных апаратаў

Атмасферныя

Цяжэйшыя за паветра

• Маторныя, рух якіх забяспечвае рухавік. Падраздзяляюцца на:

• • Апараты з актыўным кіраваннем памежным цячэннем.

• • Апараты з некіруемым памежным цячэннем:

• • • Верталёты, пад’ёмная сіла каторых утвараецца паветраным вінтом, які рухаецца вакол вертыкальнай восі.

• • • Крылатыя апараты, пад’ёмная сіла каторых утвараецца крылом. Падраздзяляюцца на:

• • • • Крылатыя апараты з нерухомым крылом: самалёты, крылатыя ракеты, экраналёты, экранапланы, мотадэльтапланы, параматоры.

• • • • Крылатыя апараты з рухомым крылом: гірапланы (іншыя назвы: гіракаптары, ратапланы, аўтажыры) — крыло якіх свабодна рухаецца вакол вертыкальнай восі пад уздзеяннем паветра, што набягае ў гарызантальным палёце; арнітаптары (махалёты) — крыло якіх акрамя ўтварэння пад’ёмнай сілы выконвае функцыю рухача ў гарызантальным палёце.

• • • Вінтакрылы — апараты, якія здзяйсняюць адрыў ад зямлі і набор вышыні падобна верталётам (гл. 1.2.1), а гарызантальны палёт — падобна апаратам з нерухомым крылом (гл. 1.2.2.1).

• Безматорныя аэрадынамічныя апараты, якія рухаюцца ў паветры з паступовым зніжэннем:

• • Планёры, дэльтапланы, парапланы.

• • Парашуты.

• • Апараты касмічных караблёў, прызначаныя для спуску.

• Апараты на паветранай падушцы, якія ўтрымліваюцца ў паветры дзякуючы павышанаму ціску паветра, утворанаму адмысловым кампрэсарам.

• Безаэрадромныя самалёты з аэрастатычнаю разгрузкаю, у якіх спалучаныя найлепшыя якасці дырыжабля, самалёта, верталёта і судна на паветранае падушцы. У такіх ЛА выкарыстоўваюцца тры прынцыпы ўтварэння пад’ёмнай сілы: аэрастатычны, аэрадынамічны і рэактыўны.

Старажытныя часы

Канструкцыі, якія маглі лятаць, з'явіліся яшчэ ў старажытныя часы. Даследчык Старажытнага Егіпта Ісідор Уільям Дэйчас знайшоў доказы, што ўжо ў 2500—1500 гг. да н. э. ў Старажытным Егіпце існавалі планёры (фр.: planeur, ад planer — лунаць) — безматорныя лятальныя апараты для лунальнага палёту.

Наступныя выявы планёра адносяцца да пачатку нашай эры. Падчас раскопак у пустыні, размешчанай у Перу, дзе ў пачатку нашай эры жылі паракаскія індзейцы, археолагі знайшлі абрыс прадмета, названага пасля «паракаскім кандэлябрам», а недалёка ад яго была знойдзеная пляцоўка для прызямлення з «пасадачнымі палосамі» і выява «ружы вятроў». Спецыялісты-авіятары не сумняваюцца, што «паракаскі кандэлябар» — гэта лятальны апарат, падобны на сучасны планёр.

Распрацоўка ЛА цяжэйшых за паветра

Тэхнічныя асаблівасці лятальных апаратаў эпохі Сярэднявечча і пачатку Новага часу:

• яны былі разлічаныя на лунанне пры скоку з вышыні;
• яны ўяўлялі з сябе прыдатак натуральных чалавечых органаў (то бок крылы прывязваліся да рук, а не чалавек знаходзіўся ўсярэдзіне апарата);
• першыя планёры рабілі з такіх матэрыялаў, як пер’е, тканіна, скура, драўніна;
• ідэя неабходнасці хваста, які выконвае ролю кіравання і балансаванага цяжару, толькі выспявала і яшчэ не ўвасобілася на практыцы.

Можна пабудаваць машыны, седзячы ў якіх, чалавек, круцячы прыстасаванні, якія прыводзяць у рух штучныя крылы, прымушаў бы іх біць па паветры, падобна птушыным". Роджэр Бэкан, англійскі філосаф і даследчык прыроды, «Аб таемных рэчах у прыродзе і мастацтве» (1542)

Эскіз арнітаптара Леанарда да Вінчы

Вялізарны ўнёсак у канструяванне лятальных апаратаў зрабіў італьянскі мастак, навуковец, архітэктар і інжынер Леанарда да Вінчы. Ён вывучаў палёт і лунанне птушак, будову іх крылаў, і распрацаваў лятальны апарат новага тыпу, які назваў арнітаптарам (грэч. ornithos — птушка, pteron — крыло). Крылы гэтага апарата не былі нерухомымі — яны мусілі махаць, як гэта робяць птушкі.

Навуковец дэталёва распрацаваў некалькі тыпаў арнітаптараў:

• арнітаптар, у якім пілот ляжыць (1485—1487);
• арнітаптар, у якім пілот знаходзіцца вертыкальна (1495—1497);
• арнітаптар-лодка (каля 1487 г.).

Эксіз гелікоптара да Вінчы

Аднак пасля глыбейшага вывучэння механізму палёту птушак Леанарда да Вінчы прыйшоў да высновы, што не чалавек мусіць адштурхоўваць крыламі паветра, а вецер мусіць біць у крылы і несці апарат у паветра. У выніку вынаходнік адмовіўся ад ідэі арнітаптараў, якія рухаліся з дапамогай мускульнай сілы, і распрацаваў праект апарата, прызначанага для балансавання ў паветры, з крыламі абмежаванай рухомасці.

...Калі птушка знаходзіцца на хвалях ветру, яна можа трымацца на іх без махання крыламі, бо тую самую ролю, якую пры нерухомым паветры крыло грае ў адносінах да паветра, пры нерухомых крылах грае рухомае паветра ў адносінах да крылаў... Леанарда да Вінчы

У XVII ст. навукоўцы Джавані Альфонса Барэлі і Роберт Хук параўналі вагавыя і энергетычныя характарыстыкі людзей і птушак і тэарэтычна абгрунтавалі правільнасць ідэі Леанарда да Вінчы абмежаваць рухомасць крылаў у лятальных апаратах.

У 1716 г. пабачыла свет першае друкаванае выданне пра авіяцыю «Эскізы машыны для палёту ў паветры» Эмануіла Сведэнборга. Гэты шведcкі навуковец і вынаходнік зрабіў першыя эскізы планёра, а таксама даказаў, што найважнейшаю ўмоваю палёта ёсць наяўнасць рухавіка.

Першыя палёты

У 1799 г. сэр Джордж Кейлі распрацаваў схему планёра, якая, за выключэннем вертыкальнае праекцыі, цалкам адпавядае сучасным; гэтая мадэль была апрабаваная ў 1804 г. Наступныя пяцьдзясят гадоў Кейлі распрацоўваў фізіку палёту і ўдасканальваў канструкцыю планёра, у выніку чаго быў збудаваны поўнамаштабны апарат, які ў 1849 г. здзейсніў беспілотны палёт, а ў 1853 г. сэр Джордж Кейлі ажыццявіў першы пілатуемы палёт.

У 1848 г. Джон Стрынгфелау здзейсніў у Англіі беспілотны палёт мадэлі з паравым рухавіком.

Жан-Мары Ле Бры і ягоная лятучая машына, 1868

У 1856 г. было праведзенае не зусім удалае выпрабаванне планёра з фюзеляжам у выглядзе лодкі і крыламі як у альбатроса. Вынаходнік гэтага апарата — капітан далёкага плавання Жан-Мары Ле Бры. Праз 10 гадоў ён пабудаваў апарат удасканаленай канструкцыі даўжынёй каля 6 метраў і з размахам крылаў 15 метраў. На новым планёры Ле Бры здзейсніў першы палёт, пры якім апарат падняўся вышэй за ўзровень старту, — ён праляцеў 30 метраў і паспяхова прызямліўся.

У 1870 г. быў пабудаваны першы арнітаптар, які мог лятаць: апарат, сканструяваны Густавам Труві (Gustave Trouvé's), праляцеў перад членамі Французскай Акадэміі навук 70 метраў.

Эдуард Фрост (Кембрыджшыр, Англія) у 1902 г. сканструяваў арнітаптар з вербалозу, шоўку і пер’я

Значны ўнёсак у тэорыю і практыку палётаў зрабіў нямецкі інжынер Ота Ліліенталь. З 1891 па 1896 гг. ён сканструяваў і выпрабаваў 18 мадэляў манапланаў і біпланаў. Менавіта гэты пілот-даследчык упершыню распрацаваў канструкцыю біплана — удалага баланснага планёра з добрымі лётнымі характарыстыкамі.

У 1896 г. Октаў Шанют і Агастус Герынг (ЗША) прапанавалі канструкцыю біплана з прамавугольнымі крыламі, якая стане агульнапрызнанай не толькі ў планерызме, але і ў самалётабудаванні.

Першыя самалёты

У 1876 г. Нікалаус Ота стварыў чатырохтактны газавы рухавік унутранага згарання, і цяпер у чалавека быў матор, які быў здольны падняць лятальны апарат ў неба. У 1880—1890-х гг. было здзейснена шмат спроб сканструяваць ЛА, які лятаў бы з дапамогаю рухавіка. Аднак гэтыя намаганні не мелі поспеху.

Першы паспяховы некіруемы палёт ЛА цяжэйшага за паветра з паравым рухавіком адбыўся 6 мая 1896 г. у штаце Вірджынія (ЗША). Апарат, сканструяваны Самуэлем Пірпантам Лэнглі, двойчы быў запушчаны з дапамогай спружыннай катапульты і пасля палётаў быў пасаджаны на ваду (у ім не было механізмаў прызямлення).

Таксама ўдалыя доследы з маторам правялі ўжо згаданыя амерыканцы Шанют і Герынг. Іхны матарызаваны трыплан меў крыжападобнае апярэнне і парныя шасі, а рухавік меў два вінты: адзін мусіў цягнуць, другі — штурхаць. лятальны апарат разам з рухавіком важыў 40 кг. Гэты апарат праляцеў летам 1896 г. усяго 22 метры.

Наступны праект матарызаванага трыплана распрацаваў у 1899 г. Персі Пільчэр (Англія), які планаваў выкарыстаць бензінавы рухавік с паветраным вінтом-штурхачом. Гэты рухавік мусіў уключацца пасля старту з узгорку. Аднак Пільчэр загінуў і не паспеў выпрабаваць сваё тварэнне. У 2003 г. у школе аэранаўтыкі ва Універсітэце Кранфілда было праведзенае даследаванне, вынікі якога засведчылі, што праект Пільчэра быў цалкам здзяйсняльным і ён мог бы ажыццявіць першы палёт на самалёце яшчэ да братоў Райт.

Першы палёт чалавека на ЛА з рухавіком быў здзейснены 14 жніўня 1901 г. у штаце Канектыкут, ЗША. Густаў Уайтхед праляцеў тады каля 800 метраў на вышыні 15 метраў.

Флаер-1 братоў Райтаў: першы пацверджаны палёт кіраванага самалёта з рухавіком

Наступны этап канструявання самалётаў звязаны з дзейнасцю амерыканцаў Орвіла і Уілбура Райтаў. Яны сталі першымі эксперыментатарамі, якія навучыліся кіраваць палётамі лятальных апаратаў з рухавіком, што зрабіла магчымым далейшае развіццё самалётабудавання. Пачынаючы з 1900 г. Райты сканструявалі і апрабавалі некалькі біпланаў, аднак далёкасць іх палётаў была не большая за 118 метраў. Браты надавалі шмат увагі ўдасканаленню канструкцыі планёраў і толькі ў 1902 г. ажыццявілі больш як тысячу палётаў.

17 снежня 1903 г. адбыліся першыя палёты братоў Райт на самалёце з рухавіком, які працаваў на газе. Працягваючы далей працаваць над канструкцыяй самалёта, Райты дамагліся ў 1908 г. устойлівага кіраванага палёту працягласцю да 1 гадзіны.

Першыя верталёты

У 1877 г. Энрыка Фарланіні сканструяваў беспілотны верталёт з паравым рухавіком. Ён узляцеў вертыкальна на вышыню 13 метраў, дзе пратрымаўся каля 20 секунд. У 1907 г. адбыўся першы палёт пілатуемага верталёта. Гэты верталёт быў сканструяваны Полем Карню.

Першыя гідрасамалёты

Першы гідрасамалёт быў сканструяваны французскім інжынерам Анры Фабрам. У сакавіку 1910 г. ён узляцеў з паверхні вады і праляцеў 800 метраў.

Далейшае развіццё самалётабудавання

Гады паміж Першай і Другой сусветнымі войнамі адзначаныя значным прагрэсам у тэхналогіі самалётабудавання. У гэты перыяд канструктары адмовіліся ад самалётаў, пабудаваных у асноўным з дрэва і тканіны, і перайшлі да цалкам алюмінавых апаратаў. Адбывалася хуткае развіццё рухавікоў: паступова іх магутнасць павысілася з 700—800 да 2000 к.с., адначасова іх удзельная вага зменшылася з 0,9 да 0,5 кг/к.с. У 1920—1930-я гг. у Англіі, Францыі, ЗША, Германіі і іншых краінах з'явілася некалькі сотняў тыпаў вайсковых і грамадзянскіх самалётаў. Спачатку большасць самалётаў былі пабудаваныя паводле біпланавай схемы, але ў сярэдзіне 1930-х гг. біпланы сталі выцясняцца манапланамі.

У 1937 г. на англійскім самалёце Супермарын S. 6В быў устаноўлены рэкорд хуткасці — 656 км/г.

Развіццё рэактыўных рухавікоў

Heinkel He 178 V2 — першы практычна прыменены рэактыўны самалёт Германіі.

У другой палове 1930-х гг. у Англіі, Германіі, Італіі, ЗША і СССР ішла праца над стварэннем рэактыўных рухавікоў. У Англіі Фрэнк Уітл запатэнтаваў распрацаваны ім рэактыўны рухавік у 1930 г. У Германіі Ганс фон Агайн запатэнтаваў сваю версію рэактыўнага рухавіка ў 1936 г.

Першым практычна прымененым рэактыўным самалётам стаў Heinkel He 178 (Германія), які зрабіў першы палёт у 1939 г. Першая крылатая ракета Фау-1, першая балістычная ракета Фау-2 і першая кіраваная ракета Bachem Ba 349 таксама распрацаваныя ў Германіі. На англійскім самалёце Глостэр Метэор IV 7 лістапада 1945 г. быў устаноўлены сусветны рэкорд хуткасці таго часу — 969,9 км/г.

Першымі серыйнымі камерцыйнымі рэактыўнымі самалётамі сталі амерыканскі Avro C102 Jetliner (першы палёт — верасень 1949) і брытанскі De Havilland Comet (студзень 1951). А 15 верасня 1956 г. савецкая авіякампанія Аэрафлот стала першай авіякампаніяй, якая пачала здзяйсняць рэгулярныя перавозкі на рэактыўных самалётах (Ту-104).

Развіццё звышгукавых хуткасцяў

Bell X-1 — першы эксперыментальны самалёт ВПС ЗША, які пераадолеў гукавы бар'ер

Даследаванні законаў аэрадынамікі і поспехі ў стварэнні ўсё больш магутных рэактыўных рухавікоў дазволілі пераадолець гукавы бар’ер: хуткасць самалёта ў гарызантальным палёце перавысіла хуткасць гуку. Упершыню гэта адбылося ў кастрычніку 1947 г. на самалёце з ракетным рухавіком Bell X-1, які пілатаваў Чарльз Элвуд Егер.

Першы палёт звышгукавога пасажырскага самалёта — гэта быў савецкі Ту-144 — адбыўся 31 снежня 1968 г.

У 1967 г. самалёт X-15 устанавіў новы рэкорд хуткасці — 7297 км/г (6,1 М). Калі не лічыць апаратаў, прызначаных для палёту ў космасе, гэты рэкорд быў пабіты самалётам X-43 толькі ў XXI ст. — 12 144 км/г (9,8 М).

У 1969 г. здзейсніў свой першы палёт Boeing 747 — і цяпер адзін з самых распаўсюджаных буйных (шырокафюзеляжных) пасажырскіх самалётаў, які штогод перавозіць мільёны пасажыраў.

У 1976 г. British Airways пачалі трансатлантычныя рэйсы на звышгукавым самалёце Канкорд.

Апошнія дасягненні

У канцы XX ст. ў межах навукова-даследчых і даследча-канструктарскіх работ ААТ «Цюменьэкатранс» распрацаваны прынцыпова новы тып ЛА — безаэрадромны самалёт з аэрастатычнаю разгрузкай, у якім спалучаюцца найлепшыя якасці дырыжабля, самалёта, верталёта і судна на паветранай падушцы. Пілатаваная мадэль пацвердзіла ў 1995—1996 гг. жыццяздольнасць праекту. У сярэдзіне 1990-х гг. быў пабудаваны і паспяхова прайшоў лётныя выпрабаванні паменшаны пілатуемы аналаг безаэрадромнага самалёта «Бэла», авіяносьбіт якога рэалізаваны ў палегчанае версіі. Цяжкі транспартны варыянт безаэрадромнага самалёта «Фіялка», прызначанага для перавозкі буйнагабарытных грузаў, пакуль знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі.

У пачатку XXI стагоддзя ў развіцці дагукавой авіяцыі выявілася тэндэнцыя да стварэння дыстанцыйна кіраваных або цалкам аўтаномных транспартных сродкаў. З'явілася шмат беспілотных ЛА. У красавіку 2001 г. беспілотны самалёт RQ-4 Global Hawk праляцеў ад авіябазы Эдуардс у ЗША да Аўстраліі без прыпынкаў і дазаправак. Час палёту склаў 23 гадзіны 23 хвіліны — гэта самы доўгі пералёт між двума пунктамі, калі-небудзь ажыццёўлены беспілотным самалётам.

У кастрычніку 2003 г. адбыўся першы цалкам аўтаномны пералёт самалёта, кіраванага камп'ютарам.

Глядзіце таксама

• Авіямадэлізм

Спасылкі

• First Flyers -- They're not who you think... by Richard Harris (англ.)
• Большая советская энциклопедия. Авиация (руск.) (англ.)
• Большая советская энциклопедия. Летательный аппарат (руск.)
• First Powdered Flight - Plane Truth
• The five first flights. The Slope and Winds of Big Kill Devil Hill - The First Flight Reconsidered (англ.)
• Плянер - преемник воздушного зьмея. Рождение практического плянеризма (руск.)
• Сайт «История авиации» (руск.)
• Летательные аппараты с машущими крыльями
• Соболев Д. А. Идея полёта в трудах Леонардо да Винчи (руск.)
• Первые проекты летательных аппаратов (руск.)
• Создание аэроплянов с двигателем. (руск.)
• Развитие самолетостроения в начале XX столетия (руск.)
• Посьледователи Дедала (руск.)

• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Лятальны апарат