ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

история развития самолета

Более подробнее о советской авиации здесь

Ся история развития самолета — от его рождения до наших дней — это история борьбы за скорость по­лета. Дальнейшее развитие авиации, несомненно, будет также тесно связано с ростом скорости полета.

Полвека назад максимальная скорость полета была всего лишь около 100 километров в час, а в наше время она превышает 2000 километров в час. Как был достигнут этот замечательный успех авиации?

Сначала скорость росла благодаря непрерывному улучшению аэродинамических форм самолета и увели­чению мощности его силовой установки. Однако к 40-м го­дам нашего века аэродинамические формы самолета были доведены уже до такого совершенства, что дальней­шее улучшение их могло дать лишь незначительный вы­игрыш в скорости. Увеличение мощности силовой уста­новки также не сулило большой выгоды, так как с увеличением мощности возрастают вес и размеры порш­невого двигателя, а это ведет к повышению веса самолета и его лобового сопротивления — в результате скорость увеличивается незначительно.

Мешали и другие причины, лежащие в самой природе полета с большими скоростями.

Воздух, как и всякий газ, легко подвергается сжатию. Сжимаемость воздуха мы часто наблюдаем в быту. На­пример, волейбольный мяч приобретает значительную твердость, когда в него накачивают много воздуха. Еще большую твердость приобретает автокамера, в которую воздух накачивают под большим давлением. Следова­тельно, сжатие воздуха получается тем больше, чем боль­ше давление.

При сравнительно небольших скоростях полета (до 400—500 километров в час) давление воздуха перед са­молетом хотя и повышается, но незначительно. Поэтому и сжатие воздуха тоже невелико. Но при больших ско­ростях, близких к скорости звука и тем более превы­шающих ее, давление и сжатие воздуха сильно возра­стают [14]).

Появляется дополнительное, так называемое волно­вое сопротивление, которое в несколько раз увеличивает лобовое сопротивление самолета. Для преодоления боль­шого лобового сопротивления обычная силовая установка оказывается малопригодной.

Дело осложняется еще тем, что с увеличением ско­рости полета тяга воздушного винта неуклонно падает. Мало того, при очень больших скоростях полета лопасти винта тоже испытывают волновое сопротивление, поэтому полезная работа винта уменьшается.

Новый период в борьбе за скорость полета начался с появлением авиационных реактивных двигателей.

Существуют различные типы авиационных реактивных двигателей, но сила тяги возникает у них в общем оди­наково. В камере сгорания двигателя (где сгорает жид­кое горючее) давление нагретых газов повышено и они с большой силой выбрасываются наружу через отвер­стие— сопло. При этом с такой же силой газы давят и на стенку камеры сгорания двигателя, противоположную соплу. Это противодавление (реакция истечения газов) и является реактивной силой тяги, которая заставляет двигаться самолет в сторону, противоположную истече­нию газов из сопла.

Заметим, что воздушный винт по сути дела работает тоже на реактивном принципе — его лопасти, отбрасывая воздух назад, стремятся двигаться вперед. Однако здесь для получения реактивной тяги поршневой двигатель предварительно преобразует энергию топлива в энергию вращения винта. В реактивных же двигателях продукты сгорания горючего, выбрасываемые из сопла, непосред­ственно создают реактивную тягу. Поэтому реактивные двигатели, в отличие от винто-поршневых, называются двигателями прямой реакции.

Отличительной особенностью реактивных двигателей является то, что тяга их с увеличением скорости не па­дает, а даже немного увеличивается. Поэтому при боль­ших скоростях полета реактивный двигатель оказывается гораздо выгоднее обычной силовой установки. Вот почему реактивному двигателю оказалось под силу преодолевать лобовое сопротивление самолета при больших скоростях.

Реактивным самолетам конструкторы придают не­сколько иные аэродинамические формы, чем винтовым, так как при больших скоростях приходится учитывать влияние сжимаемости воздуха на полет самолета.

Например, применяют стреловидные крылья, которые при больших скоростях полета аэродинамически выгодны.

С появлением реактивных самолетов скорость полета сразу возросла и продолжает расти сейчас[15]).

В нашем военном воздушном флоте уже полностью наступила, как предсказывал К. Э. Циолковский, «эра аэропланов реактивных». На последних воздушных пара­дах в Москве участвовала почти исключительно реак­тивная авиация — от истребителей (рис. 31) до тяжелых бомбардировщиков.

В гражданском воздушном флоте, вероятно, еще не­которое время сохранят свое значение обычные винтовые самолеты. Они удобны на товаро-пассажирских воздуш­ных линиях небольшой протяженности, а также во мно­гих других областях применения самолета в народном хо­зяйстве, например, для борьбы с вредителями полей, для подкормки посевов, для охраны лесов от пожаров, для аэрофотосъемки, для исследовательской работы в раз­ного рода экспедициях и т. д.

Но на воздушных линиях большой протяженности, а также на воздушных трассах, связывающих нашу страну

С другими странами, теперь уже широко применяются реактивные многоместные самолеты-экспрессы ТУ-104 (рис. 32) конструкции А. Н. Туполева.

В последние годы А. Н. Туполевым и другими совет­скими конструкторами созданы еще более мощные воз­душные корабли, снабженные турбовинтовыми двигате­лями (рис. 33). В таких двигателях почти вся мощность идет на вращение воздушного винта и лишь небольшая ее часть — на создание непосредственной реактивной тяги. Турбовинтовые двигатели экономичны и имеют ряд других достоинств.

Наши ученые и инженеры упорно работают также над созданием атомного авиационного двигателя. Теперь уже нет сомнения в том, что появление атомных самолетов — не за горами.

[1] «Аэродромической» значит воздухобежной (от греческих слов «аэр» — воздух и «дром» — бег). Теперь это слово не употреб­ляется. Мы употребляем лишь слово аэродром.

[2] Дюралюминий (дуралюминий) — легкий и прочный сплав алюминия, меди и марганца.

[3] Подробнее об атмосфере см. научно-популярные брошюры Гостехиздата: Беляков, Атмосфера, и Честно в, Ионосфера.

[4] От греческих слов «барос» — тяжесть и «метрон» — мера,

[5] Скорость принято изображать стрелкой, длина которой по­казывает в масштабе величину скорости.

[6] Кинетическая энергия — это энергия движения тела, напри­мер, энергия текучей воды, воздуха, падающего груза, раскручиваю­щейся пружины и т. д. Потенциальная энергия — это энергия по­ложения тела, например, энергия запруженной реки, сжатого газа, закрученной пружины и т. д. Кинетическая энергия тела может пе­реходить в потенциальную и наоборот, но сумма их остается неиз­менной.

[7] Силы, как и скорости, принято изображать стрелками. Если силы равны, то и стрелки равны. Если одна сила больше другой, то и стрелки берутся соответственно одна больше другой. С по* мощью стрелки можно показать точку приложения силы, ее вели­чину и направление действия.

[8] Симметрия — одинаковое расположение геометрических форм относительно линии или плоскости, называемых осью или плоско­стью симметрии.

[9] Такая замена называется разложением одной силы на две по правилу параллелограмма.

[10] Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или прямоли­нейного равномерного движения до тех пор, пока какая-нибудь сила не выведет его из этого состояния (первый закон Ньютона, называемый законом инерции).

[11] Центром тяжести тела называется воображаемая точка, в которой как бы приложена сила веса тела.

[12] Ускорение — прирост скорости за I секунду.

[13] Вираж — французское слово, означает поворот.

[14] Скорость распространения звука у поверхности земли равна приблизительно 1200 километрам в час.

[15] О реактивных самолетах см. популярную брошюру Гостех- издата: Л. К Баев и И. А. Меркулов, Самолет-ракета, изда­ние третье, переработанное.