Самолет с неподвижным крылом -Fixed-wing aircraft

Авиалайнер Боинг 737 - пример самолета с неподвижным крылом.
Неподвижные крылья дельтавидного воздушного змея не являются жесткими .

Самолет с неподвижным крылом — это летательный аппарат тяжелее воздуха , такой как самолет , который способен летать с помощью крыльев , которые создают подъемную силу , вызванную скоростью полета самолета вперед и формой крыльев . Самолеты с неподвижным крылом отличаются от вертолетов (в которых крылья образуют ротор , установленный на вращающемся валу или «мачте»), и орнитоптеров (в которых крылья взмахивают подобно птице ) . Крылья самолета не обязательно должны быть жесткими; воздушные змеи,дельтапланы , самолеты с крылом изменяемой стреловидности и самолеты, использующие трансформацию крыла , — все это примеры самолетов с неподвижным крылом.

Планирующие самолеты с неподвижным крылом, в том числе свободно летающие планеры различных типов и воздушные змеи на привязи , могут использовать движущийся воздух для набора высоты . Самолеты с неподвижным крылом (самолеты), которые получают поступательную тягу от двигателя, включают парапланы с двигателем , дельтапланы с двигателем и некоторые экранопланы . Большинством самолетов управляет пилот на борту корабля, но некоторые из них специально разработаны для беспилотного управления и управления ими дистанционно или автономно (с помощью бортовых компьютеров).

История

Ранние воздушные змеи

Воздушные змеи использовались примерно 2800 лет назад в Китае , где были легко доступны материалы, идеально подходящие для изготовления воздушных змеев. Некоторые авторы считают, что воздушных змеев запускали намного раньше на территории современного Сулавеси, основываясь на их интерпретации наскальных рисунков на острове Муна недалеко от Сулавеси . По крайней мере, к 549 году нашей эры бумажные воздушные змеи запускались, как было зарегистрировано в том году, бумажный воздушный змей использовался в качестве сообщения для спасательной операции. В древних и средневековых китайских источниках перечислены другие способы использования воздушных змеев для измерения расстояний, проверки ветра, подъема людей, подачи сигналов и связи для военных операций.

Мальчики запускают воздушного змея в Баварии , 1828 год, с картины Иоганна Михаэля Вольца .

Истории о воздушных змеях были завезены в Европу Марко Поло в конце 13 века, а воздушных змеев привезли моряки из Японии и Малайзии в 16 и 17 веках. Хотя изначально они считались просто диковинкой, к 18 и 19 векам воздушные змеи использовались в качестве средств для научных исследований.

Планеры и моторизованные модели

Около 400 г. до н.э. в Греции Архит , как считается, спроектировал и построил первое искусственное самоходное летательное устройство, модель в форме птицы, приводившаяся в движение струей, вероятно, пара, которая, как говорят, пролетела около 200 м (660 футов). . Эта машина, возможно, была приостановлена ​​​​для полета.

Одна из первых предполагаемых попыток использования планеров была предпринята монахом Эйлмером из Малмсбери в 11 веке , которая закончилась неудачей. В отчете 17-го века говорится, что поэт 9-го века Аббас ибн Фирнас предпринял аналогичную попытку, хотя более ранние источники не упоминают об этом событии.

Ле Бри и его планер Альбатрос II, сфотографированный Надаром , 1868 год .

В 1799 году сэр Джордж Кэли сформулировал концепцию современного самолета как летательного аппарата с неподвижным крылом и отдельными системами подъемной силы, движения и управления. Кейли строил и летал на моделях самолетов с неподвижным крылом еще в 1803 году, а в 1853 году он построил успешный пассажирский планер . В 1856 году француз Жан-Мари Ле Бри совершил первый полет с двигателем на своем планере «L». Albatros artificiel» , запряженный лошадью на пляже. В 1884 году американец Джон Дж. Монтгомери совершил управляемые полеты на планере в составе серии планеров, построенных между 1883 и 1886 годами. Другими авиаторами, совершавшими в то время аналогичные полеты, были Отто Лилиенталь , Перси Пилчер и протеже Октава Шанюта . .

В 1890-х годах Лоуренс Харгрейв провел исследование конструкции крыла и разработал коробчатого змея , который поднимал вес человека. Его конструкции воздушных змеев получили широкое распространение. Хотя он также разработал тип роторного авиационного двигателя, он не создавал и не управлял самолетом с неподвижным крылом.

Полет с двигателем

Сэр Хирам Максим построил корабль весом 3,5 тонны с размахом крыльев 110 футов (34 метра), который приводился в движение двумя паровыми двигателями мощностью 360 лошадиных сил (270 кВт), приводящими в движение два гребных винта. В 1894 году его машина была испытана с подвесными рельсами, чтобы предотвратить ее подъем. Испытания показали, что ему хватило подъемной силы для взлета. Судно было неуправляемым, что Максим, предположительно, осознавал, потому что впоследствии отказался от работы над ним.

Wright Flyer III , пилотируемый Орвиллом Райтом над прерией Хаффмана, 4 октября 1905 г.

Полеты братьев Райт в 1903 году на их Flyer I признаны Международной авиационной федерацией (FAI), органом по установлению стандартов и ведению учета в области воздухоплавания , как «первый устойчивый и управляемый полет с двигателем тяжелее воздуха». К 1905 году Wright Flyer III был способен к полностью управляемому и стабильному полету в течение значительных периодов времени.

Самоходка Сантос-Дюмона 14-бис на старой открытке

В 1906 году бразильский изобретатель Альберто Сантос Дюмон спроектировал, построил и пилотировал самолет , который установил первый мировой рекорд, признанный Aéro-Club de France , пролетев от 14 до 220 метров (720 футов) менее чем за 22 секунды. Полет был сертифицирован FAI.

Дизайн Блерио VIII 1908 года был ранним самолетом, имевшим современную конфигурацию тягача - моноплана . У него было подвижное хвостовое оперение, контролирующее как рыскание, так и тангаж, форма управления по крену, обеспечиваемая либо искривлением крыла, либо элеронами, и управляется пилотом с помощью джойстика и руля направления. Это был важный предшественник его более позднего самолета Блерио XI , летавшего через Ла- Манш летом 1909 года.

Летающая лодка Curtiss NC-4 после первого пересечения Атлантики в 1919 году стоит рядом с самолетом тяжелее воздуха с неподвижным крылом.

Первая Мировая Война

Первая мировая война послужила испытательным полигоном для использования самолетов в качестве оружия. Самолеты продемонстрировали свои возможности в качестве мобильных наблюдательных платформ, а затем зарекомендовали себя как боевые машины, способные нанести урон противнику. Самая ранняя известная воздушная победа на синхронном истребителе с пулеметом произошла в 1915 году немецким лейтенантом Luftstreitkräfte Куртом Винтгенсом . Появились асы-истребители ; величайшим (по количеству воздушных побед) был Манфред фон Рихтгофен .

После Первой мировой войны авиационная техника продолжала развиваться. Олкок и Браун впервые пересекли Атлантику без посадки в 1919 году. Первые коммерческие рейсы между США и Канадой состоялись в 1919 году.

Межвоенная авиация в «золотой век»

Так называемый Золотой век авиации произошел между двумя мировыми войнами, во время которых обе обновленные интерпретации более ранних прорывов — как , например, изобретение Хьюго Юнкерсом цельнометаллических планеров в 1915 году , привело к созданию гигантских многомоторных самолетов высотой до 60+ метров. размеры размаха крыла к началу 1930-х годов, внедрение радиального двигателя с воздушным охлаждением в качестве практической силовой установки самолета наряду с мощными авиационными двигателями V-12 с жидкостным охлаждением и все больше случаев попыток дальних полетов - как с Vickers Vimy в 1919 г., за которым всего несколько месяцев спустя последовал трансатлантический полет NC-4 ВМС США ; достигнув кульминации в мае 1927 года, когда Чарльз Линдберг совершил одиночный трансатлантический перелет на корабле « Дух Сент-Луиса », что привело к еще более длительным попыткам полета и проложило путь к тому, чтобы дальние полеты будущего стали обычным явлением.

Вторая Мировая Война

Самолеты участвовали во всех крупных сражениях Второй мировой войны. Они были важным компонентом военных стратегий того периода, таких как немецкий блицкриг или кампании американских и японских авианосцев в Тихом океане.

Военные планеры были разработаны и использовались в нескольких кампаниях, но они не получили широкого распространения из-за часто встречающихся высоких потерь. Роторный змей Focke-Achgelis Fa 330 Bachstelze (трясогузка) 1942 года был известен тем, что использовался немецкими подводными лодками.

До и во время войны как британские, так и немецкие конструкторы разрабатывали реактивные двигатели для самолетов. Первым реактивным самолетом, совершившим полет в 1939 году, стал немецкий Heinkel He 178 . В 1943 году первый действующий реактивный истребитель Messerschmitt Me 262 поступил на вооружение немецких люфтваффе , а позже во время войны на вооружение поступил британский Gloster Meteor , но так и не участвовал в боевых действиях — максимальная скорость самолетов того времени достигала 1130 км. / ч (702 мили в час), с неофициальным рекордным полетом в начале июля 1944 года немецкого прототипа ракетного истребителя Me 163B V18 .

Послевоенный

В октябре 1947 года Bell X-1 стал первым самолетом, превысившим скорость звука.

В 1948—49 самолёты перевозили припасы во время блокады Берлина . Новые типы самолетов, такие как B-52 , производились во время холодной войны .

Первый реактивный авиалайнер de Havilland Comet был представлен в 1952 году, за ним последовал советский Туполев Ту-104 в 1956 году. 2010. Boeing 747 был самым большим пассажирским самолетом в мире с 1970 года, пока его не превзошел Airbus A380 в 2005 году.

Классы самолетов

Самолет/самолет

Самолет припаркован на земле в Афганистане

Самолет (также известный как самолет или просто самолет ) — это самолет с неподвижным крылом, который приводится в движение за счет тяги реактивного двигателя или воздушного винта . Самолеты бывают разных размеров, форм и конфигураций крыльев. Широкий спектр использования самолетов включает отдых, перевозку товаров и людей, военные и исследовательские.

Гидросамолет

Гидросамолет — летательный аппарат с неподвижным крылом, способный взлетать и приземляться (приземляться) на воду. Гидросамолеты, которые также могут действовать с суши, относятся к подклассу самолетов-амфибий . Эти самолеты иногда называли гидропланами . Гидросамолеты и амфибии обычно делятся на две категории в зависимости от их технологических характеристик: гидросамолеты и летающие лодки .

  • Гидросамолет по общей конструкции аналогичен самолету наземного базирования, с в целом немодифицированным фюзеляжем по сравнению с его наземной версией, за исключением того, что колеса в основании шасси заменены поплавками , что позволяет летательному аппарату работать с воды, а не с воды . чем с суши.
  • Летающая лодка представляет собой гидросамолет с водонепроницаемым корпусом , образующим нижние (подфюзеляжные) участки его фюзеляжа, опирающиеся непосредственно на поверхность воды. Он отличается от поплавкового самолета тем, что ему не нужны дополнительные поплавки для обеспечения плавучести, хотя он может иметь небольшие подкрыльевые поплавки или спонсоны на фюзеляже для стабилизации на воде. Большие гидросамолеты обычно представляют собой летающие лодки, причем в большинстве классических конструкций самолетов-амфибий используется та или иная форма конструкции летающих лодок для фюзеляжа / корпуса.

Планеры с электроприводом

Многие формы планера (см. ниже) могут быть модифицированы путем добавления небольшой силовой установки. Это включает:

Экраноплан

Экраноплан (GEV) — это аппарат , который достигает горизонтального полета у поверхности земли, используя эффект земли — аэродинамическое взаимодействие между крыльями и поверхностью земли. Некоторые GEV могут при необходимости летать выше из-за влияния земли (OGE) - они классифицируются как самолеты с неподвижным крылом.

Планер

Планер (планер) запускается с лебедки

Планер — это летательный аппарат тяжелее воздуха, который поддерживается в полете динамической реакцией воздуха на его несущую поверхность и свободный полет которого не зависит от двигателя. Планер - это планер с неподвижным крылом, предназначенный для парения - способность набирать высоту в восходящих потоках воздуха и летать в течение длительного времени.

Планеры в основном используются для отдыха, но также использовались и для других целей, таких как исследования аэродинамики, боевые действия и восстановление космических кораблей.

У мотопланера есть двигатель для повышения его характеристик, а у некоторых есть двигатели, достаточно мощные для взлета, но двигатель не используется в обычном полете.

Как и в случае с самолетами, существует множество типов планеров, различающихся конструкцией крыльев, аэродинамической эффективностью, расположением пилота и органов управления. Пожалуй, наиболее знакомым типом является игрушечный бумажный самолетик .

Большие планеры чаще всего запускаются с помощью буксировщика или лебедки. Военные планеры применялись на войне для доставки штурмовых войск, а специальные — для исследований атмосферы и аэродинамики . Самолеты с ракетными двигателями и космические самолеты также совершали посадки без двигателя.

Планеры и планеры, используемые для планеризма , обладают высокой аэродинамической эффективностью. Самое высокое отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению составляет 70: 1, хотя чаще встречается 50: 1. После запуска дополнительная энергия получается за счет умелого использования восходящего воздуха в атмосфере. Осуществлены полеты на тысячи километров со средней скоростью более 200 км/ч.

Самыми многочисленными безмоторными летательными аппаратами являются бумажные самолетики , самодельные планеры. Подобно дельтапланам и парапланам, они запускаются с ног и в целом медленнее, меньше и дешевле планеров. Дельтапланы чаще всего имеют гибкие крылья, которым придает форму рама, хотя у некоторых есть жесткие крылья. Парапланы и бумажные самолетики не имеют каркаса в крыльях.

Планеры и планеры могут иметь ряд общих черт с самолетами с двигателями, включая многие из тех же типов конструкции фюзеляжа и крыла. Например, Horten H.IV представлял собой бесхвостый планер с летающим крылом, а орбитальный аппарат Space Shuttle в форме треугольного крыла летел во многом как обычный планер в нижних слоях атмосферы. Многие планеры также используют те же органы управления и инструменты, что и моторные летательные аппараты.

Типы планера

(видео) Планер плывет над Гунмой , Япония

Основное применение планерной авиации сегодня – спорт и отдых.

Планер

Планеры разрабатывались с 1920-х годов для развлекательных целей. Когда пилоты начали понимать, как использовать поднимающийся воздух, были разработаны планеры с высоким аэродинамическим качеством . Это позволяло дольше планировать к следующему источнику « подъемной силы » и, таким образом, увеличивало их шансы летать на большие расстояния. Это привело к популярному виду спорта планеризма .

Ранние планеры в основном строились из дерева и металла, но сейчас в большинстве планеров используются композитные материалы, включающие стеклянные, углеродные или арамидные волокна. Для минимизации лобового сопротивления эти типы имеют обтекаемый фюзеляж и длинные узкие крылья с большим удлинением . Доступны как одноместные, так и двухместные планеры.

Первоначально обучение проводилось короткими «прыжками» на основных планерах , которые представляют собой очень простые самолеты без кабины и с минимальным набором инструментов. Вскоре после Второй мировой войны обучение всегда проводилось на двухместных планерах с двойным управлением, но для разделения рабочей нагрузки и удовольствия от длительных полетов также используются высокопроизводительные двухместные самолеты. Первоначально для посадки использовались полозья, но сейчас большинство из них приземляются на колеса, часто убирающиеся. Некоторые планеры, известные как моторные планеры , предназначены для полета без двигателя, но могут использовать поршневые , роторные , реактивные или электрические двигатели . FAI классифицирует планеры для соревнований по классам соревнований в основном на основе размаха и закрылков.

Сверхлегкий планер "кресло" Goat 1

FAI определила класс сверхлегких планеров, в том числе некоторые из них, известные как планеры с микролифтом , и некоторые, известные как «воздушные кресла», на основе максимального веса. Они достаточно легкие, чтобы их можно было легко транспортировать, и в некоторых странах на них можно летать без лицензии. Сверхлегкие планеры имеют характеристики, аналогичные дельтапланам , но обеспечивают дополнительную безопасность при столкновении, поскольку пилот может быть пристегнут ремнями в вертикальном кресле внутри деформируемой конструкции. Посадка обычно осуществляется на одно или два колеса, что отличает эти летательные аппараты от дельтапланов. Появилось и исчезло несколько коммерческих сверхлегких планеров, но большая часть текущих разработок осуществляется отдельными дизайнерами и строителями домов.

Военные планеры

Военные планеры использовались во время Второй мировой войны для перевозки войск ( планерной пехоты ) и тяжелой техники в зоны боевых действий. Планеры буксировались в воздух и большую часть пути к своей цели военно-транспортными самолетами, например C-47 Dakota , или бомбардировщиками, которые были отнесены к второстепенным видам деятельности, например Short Stirling . После освобождения от буксировки вблизи цели они приземлялись максимально близко к цели. Преимущество перед десантниками заключалось в том, что можно было высадить тяжелую технику и быстро собрать войска, а не рассредоточить их по зоне высадки. С планерами обращались как с одноразовыми, что привело к созданию их из обычных и недорогих материалов, таких как дерево, хотя некоторые из них были извлечены и использованы повторно. Ко времени Корейской войны транспортные самолеты также стали больше и эффективнее, так что даже легкие танки можно было сбрасывать с парашютом, в результате чего планеры потеряли популярность.

Исследовательские планеры

Даже после разработки самолетов с двигателями планеры продолжали использоваться для авиационных исследований . Гибкое крыло NASA Paresev Rogallo изначально было разработано для исследования альтернативных методов восстановления космического корабля. Хотя от этого приложения отказались, реклама вдохновила любителей адаптировать аэродинамический профиль с гибким крылом для современных дельтапланов.

Первоначальные исследования многих типов самолетов с неподвижным крылом, включая летающие крылья и подъемные тела , также проводились с использованием прототипов без двигателя.

дельтаплан
Дельтапланеризм

Дельтаплан — это летательный аппарат, в котором пилот закреплен на ремнях безопасности, подвешенных к планеру , и осуществляет управление, перемещая вес тела по отношению к раме управления. Большинство современных дельтапланов изготовлены из алюминиевого сплава или композитного тканевого крыла. Пилоты могут часами парить , набирать тысячи метров высоты в тепловых восходящих потоках, выполнять фигуры высшего пилотажа и планировать по пересеченной местности на сотни километров.

Параплан

Параплан — это легкий свободно летающий планер с ножным стартом без жесткой основной конструкции . Пилот сидит в привязи, подвешенной под крылом из полой ткани, форма которого формируется линиями подвески, давлением воздуха, поступающего в вентиляционные отверстия в передней части крыла, и аэродинамическими силами воздуха, обтекающего его снаружи. Параглайдинг чаще всего является развлекательной деятельностью.

Беспилотные планеры

Бумажный самолетик — это игрушечный летательный аппарат (обычно планер), сделанный из бумаги или картона.

Модельный планер — это модель самолета, изготовленная из легких материалов, таких как полистирол и пробковое дерево . Конструкции варьируются от простых планеров до точных масштабных моделей , некоторые из которых могут быть очень большими.

Планирующие бомбы - это бомбы с аэродинамическими поверхностями, обеспечивающими планирующую траекторию полета, а не баллистическую. Это позволяет несущему самолету атаковать хорошо защищенную цель с большого расстояния.

Летающий змей

Воздушный змей в полете

Воздушный змей — это летательный аппарат, привязанный к фиксированной точке, так что ветер обдувает его крылья. Подъемная сила создается, когда воздух обтекает крыло воздушного змея, создавая низкое давление над крылом и высокое давление под ним и отклоняя воздушный поток вниз. Это отклонение также создает горизонтальное сопротивление в направлении ветра. Результирующему вектору силы от компонентов подъемной силы и силы сопротивления противодействует натяжение одной или нескольких канатных линий или тросов , прикрепленных к крылу.

Воздушных змеев в основном запускают в развлекательных целях, но они используются и во многих других целях. Первые пионеры, такие как братья Райт и Дж. В. Данн , иногда запускали самолет как воздушного змея, чтобы усовершенствовать его и подтвердить его летные характеристики, прежде чем добавить двигатель и органы управления полетом и запустить его как самолет.

Использование

Китайский воздушный змей-дракон длиной более ста футов, который пролетел на фестивале воздушных змеев в Беркли, Калифорния , в 2000 году .
Военные приложения

Воздушные змеи использовались для подачи сигналов, доставки боеприпасов и наблюдения , поднимая наблюдателя над полем боя и используя воздушные змеи для фотосъемки .

Наука и метеорология

Воздушные змеи использовались в научных целях, например, в знаменитом эксперименте Бенджамина Франклина , доказывающем, что молния — это электричество . Воздушные змеи были предшественниками традиционных самолетов и сыграли важную роль в развитии первых летательных аппаратов. Александр Грэм Белл экспериментировал с очень большими воздушными змеями для подъема человека , как и братья Райт и Лоуренс Харгрейв . Воздушные змеи сыграли историческую роль в подъеме научных инструментов для измерения атмосферных условий для прогнозирования погоды .

Радиоантенны и световые маяки

Воздушные змеи можно использовать для переноски радиоантенн. Этот метод был использован для станции приема первой трансатлантической передачи Маркони . Привязные аэростаты могут быть более удобными для таких экспериментов, потому что антенны с воздушными змеями требуют сильного ветра, что не всегда возможно с тяжелым оборудованием и заземляющим проводом.

Воздушных змеев можно использовать для световых эффектов, таких как световые палочки или фонари на батарейках.

Кайт тяга
Кайт с четырехъядерной тягой, обычно используемый в качестве источника энергии для кайтсерфинга .

Воздушных змеев можно использовать, чтобы тянуть людей и транспортные средства по ветру. Эффективные воздушные змеи на фольге, такие как силовые воздушные змеи , также могут использоваться для движения против ветра по тем же принципам, что и другие парусные суда, при условии, что боковые силы на земле или в воде перенаправляются, как в случае с килями, центральными досками, колесами и ледовые лопасти традиционных парусных судов. За последние два десятилетия стали популярными несколько видов кайт-парусного спорта, такие как кайт-багги, кайт-лендборд, кайт-лодка и кайт-серфинг. Сноукайтинг также стал популярным.

Воздушный змей открывает несколько возможностей, недоступных в традиционном парусном спорте:

  • Скорость ветра больше на больших высотах
  • Воздушными змеями можно маневрировать динамически, что значительно увеличивает доступную силу.
  • Нет необходимости в том, чтобы механические конструкции выдерживали изгибающие усилия; транспортные средства или корпуса могут быть очень легкими или вообще обходиться без них
Выработка энергии

Концептуальные проекты исследований и разработок осуществляются более чем сотней участников для изучения использования воздушных змеев для использования высотных ветров для производства электроэнергии.

Культурное использование

Фестивали воздушных змеев - популярная форма развлечения во всем мире. Они включают местные мероприятия, традиционные фестивали и крупные международные фестивали.

Дизайн

Дельта (треугольный) воздушный змей
Поезд связанных воздушных змеев

Типы

Характеристики

IAI Heron — беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с двухбалочной конфигурацией .

Планер

Конструктивные части самолета с неподвижным крылом называются планером. Присутствующие детали могут различаться в зависимости от типа и назначения самолета. Ранние типы обычно изготавливались из дерева с тканевыми поверхностями крыльев. Когда около ста лет назад двигатели стали доступны для полета с двигателем, их крепления были сделаны из металла. Затем, по мере увеличения скорости, все больше и больше деталей становилось металлическими, пока к концу Второй мировой войны цельнометаллические самолеты не стали обычным явлением. В наше время все чаще используются композитные материалы .

Типичные структурные части включают в себя:

  • Одно или несколько больших горизонтальных крыльев , часто с аэродинамической формой поперечного сечения. Крыло отклоняет воздух вниз, когда самолет движется вперед, создавая подъемную силу , поддерживающую его в полете. Крыло также обеспечивает устойчивость по крену , чтобы предотвратить качение самолета влево или вправо в установившемся полете.
Ан - 225 Мрия , самый большой самолет в мире, способный нести 250-тонную полезную нагрузку, имеет два вертикальных стабилизатора.
  • Фюзеляж , длинное тонкое тело, обычно с коническими или закругленными концами, чтобы сделать его форму аэродинамически гладкой. Фюзеляж соединяется с другими частями планера и обычно содержит важные элементы, такие как пилот, полезная нагрузка и полетные системы.
  • Вертикальный стабилизатор или плавник представляет собой вертикальную крыловидную поверхность, установленную в задней части самолета и обычно выступающую над ним. Плавник стабилизирует рыскание самолета (поворот влево или вправо) и устанавливает руль направления , который управляет его вращением вдоль этой оси.
  • Горизонтальный стабилизатор , обычно устанавливаемый в хвосте рядом с вертикальным стабилизатором. Горизонтальный стабилизатор используется для стабилизации тангажа самолета (наклона вверх или вниз) и устанавливает рули высоты , которые обеспечивают контроль тангажа.
  • Шасси , набор колес, полозьев или поплавков, которые поддерживают самолет, пока он находится на поверхности. На гидросамолётах днище фюзеляжа или поплавки (понтоны) поддерживают его на воде. На некоторых самолетах шасси убирается во время полета, чтобы уменьшить лобовое сопротивление.

Крылья

Крылья самолета с неподвижным крылом представляют собой неподвижные плоскости, простирающиеся по обеим сторонам самолета. Когда самолет движется вперед, воздух обтекает крылья, форма которых создает подъемную силу.

Структура крыла

Воздушные змеи и некоторые легкие планеры и самолеты имеют гибкие поверхности крыла, которые натянуты на раму и становятся жесткими за счет подъемной силы, действующей на них воздушным потоком. Более крупные самолеты имеют жесткие поверхности крыла, которые обеспечивают дополнительную прочность.

Будь то гибкие или жесткие, большинство крыльев имеют прочный каркас, который придает им форму и передает подъемную силу с поверхности крыла на остальную часть самолета. Основными конструктивными элементами являются один или несколько лонжеронов, идущих от корня к оконечности, и множество нервюр, идущих от передней (передней) к задней (задней) кромке.

Ранние авиационные двигатели имели небольшую мощность, а малый вес был очень важен. Кроме того, ранние секции аэродинамического профиля были очень тонкими, и внутри них нельзя было установить прочный каркас. Таким образом, до 1930-х годов большинство крыльев были слишком легкими, чтобы иметь достаточную прочность, и были добавлены внешние распорки и тросы. Когда в 1920-х и 1930-х годах доступная мощность двигателя увеличилась, крылья можно было сделать тяжелыми и достаточно прочными, чтобы больше не требовались распорки. Этот тип нераскрепленного крыла называется свободнонесущим .

Конфигурация крыла

Трофейный моноплан Morane-Saulnier L с зонтиком на тросах

Количество и форма крыльев сильно различаются у разных видов. Данный самолет крыла может быть полноразмерным или разделен центральной частью фюзеляжа на левое (левое) и правое (правое) крылья. Иногда даже чаще использовались крылья, а трехкрылый триплан добился некоторой известности во время Первой мировой войны. Четырёхкрылый квадроплан и другие многоплановые конструкции не имели большого успеха.

Моноплан происходит от приставки « моно », что означает, что у него одна плоскость крыла, у биплана два крыла расположены одно над другим, у тандемного крыла два крыла расположены одно за другим. Когда в 1920-х и 1930-х годах доступная мощность двигателя увеличилась и распорки больше не требовались, нераскрепленный или свободнонесущий моноплан стал наиболее распространенной формой моторного типа.

Форма крыла в плане - это форма, если смотреть сверху. Чтобы быть аэродинамически эффективным, крыло должно быть прямым с большим размахом из стороны в сторону, но иметь короткую хорду (большое удлинение ). Но чтобы быть конструктивно эффективным и, следовательно, легким, крыло должно иметь короткий размах, но при этом иметь достаточную площадь для обеспечения подъемной силы (низкое удлинение).

На околозвуковых скоростях, близких к скорости звука , это помогает двигать крыло назад или вперед, чтобы уменьшить сопротивление сверхзвуковых ударных волн, когда они начинают формироваться. Стреловидное крыло - это просто прямое крыло со стреловидностью назад или вперед.

Два прототипа Dassault Mirage G , один со стреловидным крылом (вверху)

Треугольное крыло имеет форму треугольника, и его можно использовать по ряду причин. Как гибкое крыло Рогалло , оно обеспечивает стабильную форму под действием аэродинамических сил, поэтому его часто используют для воздушных змеев и других сверхлегких аппаратов. Как сверхзвуковое крыло, оно сочетает в себе высокую прочность с низким лобовым сопротивлением и поэтому часто используется для быстрых реактивных самолетов.

Крыло с изменяемой геометрией может быть изменено в полете на другую форму. Крыло с изменяемой стреловидностью преобразуется из эффективной прямой конфигурации для взлета и посадки в конфигурацию с малым лобовым сопротивлением для высокоскоростного полета. Были запущены и другие формы изменяемой формы в плане, но ни одна из них не вышла за рамки исследовательской стадии.

Фюзеляж

Фюзеляж представляет собой длинное тонкое тело, обычно с коническими или закругленными концами, чтобы сделать его форму аэродинамически гладкой. Большинство самолетов с неподвижным крылом имеют единый фюзеляж, который часто называют просто «корпусом». Другие могут иметь два или более фюзеляжа, или фюзеляж может быть оснащен балками с обеих сторон хвостовой части, чтобы можно было использовать крайнюю заднюю часть фюзеляжа.

Фюзеляж может содержать летный экипаж , пассажиров, груз или полезную нагрузку , топливо и двигатель(и). Беспилотные летательные аппараты (дроны) обычно не имеют на борту пилота или какого-либо другого летного экипажа или пассажиров. У планеров обычно нет топлива или двигателей, хотя в некоторых вариантах, таких как мотопланы и ракетопланы , они есть для временного или дополнительного использования.

Пилоты пилотируемых самолетов обычно управляют ими из кабины , обычно расположенной в передней или верхней части фюзеляжа, оборудованной органами управления и обычно иллюминаторами и приборами. В самолетах часто есть два или более пилота, один из которых командует («пилот»), а один или несколько «вторых пилотов». На более крупных самолетах штурман обычно также сидит в кабине. В кабине некоторых военных или специализированных самолетов могут находиться и другие члены летного экипажа.

В небольших самолетах пассажиры обычно сидят позади пилота (ов) в той же кабине, хотя иногда пассажирское сиденье может быть рядом с пилотом или даже перед ним. Более крупные пассажирские самолеты имеют отдельный пассажирский салон или иногда салоны, которые физически отделены от кабины.

Крылья против тела

Летающее крыло

Производимый в США B-2 Spirit , стратегический бомбардировщик , способный выполнять межконтинентальные миссии, имеет конфигурацию летающего крыла.

Летающее крыло — это бесхвостый летательный аппарат , у которого нет определенного фюзеляжа , при этом большая часть экипажа, полезная нагрузка и оборудование размещены внутри основной конструкции крыла.

Конфигурация летающего крыла широко изучалась в 1930-х и 1940-х годах, в частности, Джеком Нортропом и Честоном Л. Эшелманом в Соединенных Штатах, а также Александром Липпишем и братьями Хортен в Германии. После войны ряд экспериментальных проектов был основан на концепции летающего крыла. Некоторый общий интерес сохранялся до начала 1950-х годов, но конструкции не обязательно давали большое преимущество в дальности полета и представляли ряд технических проблем, что привело к принятию «обычных» решений, таких как Convair B-36 и B-52 Stratofortress . Из-за практической необходимости в глубоком крыле концепция летающего крыла наиболее практична для конструкций в диапазоне низких и средних скоростей, и существует постоянный интерес к его использованию в качестве конструкции тактического авиалайнера .

Интерес к летающим крыльям возобновился в 1980-х годах из-за их потенциально низкого поперечного сечения радиолокационного отражения. Технология Stealth основана на формах, которые отражают радиолокационные волны только в определенных направлениях, что затрудняет обнаружение самолета, если только приемник радара не находится в определенном положении относительно самолета - положение, которое постоянно меняется по мере движения самолета. Этот подход в конечном итоге привел к созданию бомбардировщика- невидимки Northrop B-2 Spirit . В этом случае аэродинамические преимущества летающего крыла не являются первоочередными потребностями. Однако современные электродистанционные системы с компьютерным управлением позволили свести к минимуму многие аэродинамические недостатки летающего крыла, что сделало его эффективным и стабильным бомбардировщиком дальнего действия.

Смешанное тело крыла

Компьютерная модель Boeing X-48

Самолеты со смешанным крылом имеют уплощенный корпус в форме аэродинамического профиля, который создает большую часть подъемной силы, чтобы удерживать себя в воздухе, а также отдельные и отдельные конструкции крыльев, хотя крылья плавно сливаются с корпусом.

Таким образом, самолет со смешанным крылом включает в себя конструктивные особенности как футуристического фюзеляжа, так и конструкции летающего крыла. Предполагаемые преимущества подхода со смешанным корпусом крыла - это эффективные крылья с большой подъемной силой и широкий корпус в форме аэродинамического профиля . Это позволяет всему кораблю вносить свой вклад в создание подъемной силы с потенциально повышенной экономией топлива.

Подъемный кузов

Компания Martin Aircraft Company X-24 была построена в рамках экспериментальной военной программы США 1963–1975 годов.

Подъемное тело — это конфигурация, в которой само тело создает подъемную силу . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным фюзеляжем или без него, подъемный корпус можно рассматривать как фюзеляж с небольшим или отсутствующим обычным крылом. В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет устранения неподъемных поверхностей, подъемные тела обычно минимизируют сопротивление и конструкцию крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или входа космического корабля . Все эти режимы полета создают проблемы для надлежащей стабильности полета.

Подъемные тела были основной областью исследований в 1960-х и 1970-х годах как средство создания небольшого и легкого пилотируемого космического корабля. США построили ряд известных реактивных самолетов с подъемным корпусом для проверки концепции, а также несколько ракетных возвращаемых аппаратов, которые были испытаны над Тихим океаном. Интерес угас, поскольку ВВС США потеряли интерес к пилотируемой миссии, а основные разработки прекратились в процессе проектирования космического корабля "Шаттл ", когда стало ясно, что фюзеляжи сложной формы затрудняют установку топливных баков.

Оперение и носовая часть

Крыло классического аэродинамического сечения неустойчиво в полете и трудноуправляемо. Типы с гибким крылом часто полагаются на якорную линию или вес пилота, висящего внизу, чтобы поддерживать правильное положение. В некоторых свободно летающих типах используется адаптированное стабильное аэродинамическое крыло или другие оригинальные механизмы, включая, совсем недавно, электронную искусственную стабильность.

Но для достижения дифферента, устойчивости и управляемости большинство типов самолетов имеют хвостовое оперение , состоящее из киля и руля направления, действующих горизонтально, и хвостового оперения и руля высоты, действующих вертикально. Это настолько распространено, что известно как обычная компоновка. Иногда может быть два или более киля, разнесенных вдоль хвостового оперения.

Утки на Saab Viggen

Некоторые типы имеют горизонтальную носовую часть « утка » впереди основного крыла, а не позади него. Эта носовая часть может способствовать балансировке, устойчивости или управлению самолетом или нескольким из них.

Управление самолетом

Воздушный змей

Воздушные змеи управляются проводами, спускающимися к земле. Обычно каждый провод действует как привязь к той части воздушного змея, к которой он прикреплен.

Управление летательным аппаратом

Планеры и самолеты имеют более сложные системы управления, особенно если они пилотируемые.

Типичная кабина легкого самолета ( Cessna 150 M ) с штурвалами управления

Основные органы управления позволяют пилоту управлять самолетом в воздухе. Обычно это:

  • Штурвал или джойстик управляет вращением самолета вокруг осей тангажа и крена . Штурвал напоминает руль, а ручка управления — джойстик. Пилот может наклонить самолет вниз, нажав на штурвал или ручку, и поднять самолет, потянув за нее. Поворот самолета осуществляется поворотом штурвала в направлении желаемого крена или наклоном ручки управления в этом направлении.
  • Педали руля направления управляют вращением самолета вокруг оси рыскания. Есть две педали, которые поворачиваются так, что при нажатии одной вперед другая движется назад, и наоборот. Пилот нажимает на правую педаль руля направления, чтобы заставить самолет рыскать вправо, и нажимает на левую педаль, чтобы заставить его рыскать влево. Руль направления используется в основном для балансировки самолета на поворотах или для компенсации ветра или других воздействий, которые имеют тенденцию поворачивать самолет вокруг оси рыскания.
  • На силовых типах - управление остановкой двигателя (например, отсечка топлива) и, как правило, дроссельная заслонка или рычаг управления двигателем и другие органы управления, такие как управление топливной смесью (для компенсации изменений плотности воздуха при изменении высоты).

Другие общие элементы управления включают в себя:

  • Рычаги закрылков , которые используются для управления положением отклонения закрылков на крыльях.
  • Рычаги спойлеров , которые используются для управления положением спойлеров на крыльях и для включения их автоматического развертывания в самолетах, предназначенных для их развертывания при посадке. Спойлеры уменьшают подъемную силу для посадки.
  • Элементы управления триммером , которые обычно имеют форму ручек или колесиков и используются для регулировки дифферента по тангажу, крену или рысканию. Они часто соединяются с небольшими аэродинамическими профилями на задней кромке рулей, называемыми «триммерами». Триммер используется для уменьшения давления на управляющие силы, необходимого для поддержания устойчивого курса.
  • На колесных типах тормоза используются для замедления и остановки самолета на земле, а иногда и для поворотов на земле.

Корабль может иметь два кресла пилотов с двойным управлением, что позволяет двум пилотам сменять друг друга. Это часто используется для тренировок или для более длительных полетов.

Система управления может обеспечивать полную или частичную автоматизацию полета, например, автопилот , выравниватель крыла или система управления полетом . Беспилотный летательный аппарат не имеет пилота, но управляется дистанционно или с помощью таких средств, как гироскопы или другие формы автономного управления.

Приборы в кабине

На пилотируемых самолетах приборы предоставляют пилотам информацию, включая полет , двигатели , навигацию , связь и другие бортовые системы, которые могут быть установлены.

Шесть основных пилотажных приборов.
Верхний ряд (слева направо): указатель скорости, авиагоризонт, высотомер.
Нижний ряд (слева направо): координатор поворота, указатель курса, указатель вертикальной скорости.

Шесть основных инструментов, иногда называемых «шести пакетами», следующие:

  1. Индикатор воздушной скорости (ASI) показывает скорость, с которой самолет движется в окружающем воздухе.
  2. Индикатор положения (AI) , иногда называемый искусственным горизонтом , указывает точную ориентацию самолета относительно его осей тангажа и крена .
  3. Альтиметр показывает высоту или высоту самолета над средним уровнем моря (AMSL).
  4. Индикатор вертикальной скорости (VSI) , или вариометр , показывает скорость, с которой самолет поднимается или снижается .
  5. Индикатор курса (HI) , иногда называемый гироскопом направления (DG) , показывает направление магнитного компаса , на которое указывает фюзеляж самолета. Фактическое направление , в котором летит самолет, зависит от ветровых условий.
  6. Координатор разворота (TC) или индикатор разворота и крена помогает пилоту управлять самолетом в скоординированном положении во время поворота.

Другие приборы в кабине могут включать:

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

Цитаты

Список используемой литературы

  • Блатнер, Дэвид. Книга о полетах: все, что вы когда-либо задумывались о полетах на самолетах . ISBN  0-8027-7691-4

Внешние ссылки

( копия Wayback Machine )