Библиотечка «Модели к полёту готовы»
В. Ф, Еськов, Р. Л. Нейманов
В. Ф. Резников, А. В. Тараканов
БОЛЬШАЯ АВИАЦИЯ
*** 1970 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
«Отцом русской авиации» назвал Владимир Ильич Ленин Николая Егоровича Жуковского (1847 — 1921). Н. Е. Жуковский никогда не был летчиком. Он был великим ученым, специалистом по механике и математике. Большую часть своей долгой жизни он посвятил тому, чтобы научить людей летать.
В 1902 году под руководством Жуковского при механическом факультете Московского университета (профессором которого он был) была сооружена одна из первых в мире аэродинамических труб. По указаниям Жуковского был спроектирован и построен прибор для испытаний воздушных винтов. В 1904 году под его руководством в поселке Кучино под Москвой построили первый в Европе аэродинамический институт. В этом же году Жуковский организовал воздухоплавательную секцию при Московском обществе любителей естествознания. Н. Е. Жуковский является основоположником современной гидро- и аэромеханики. Ученый создал теорию так называемого гидравлического удара, открыл закон, определяющий величину подъемной силы крыла самолета, определил наиболее выгодные профили крыльев и лопастей винта самолета и многое другое. Он был глубоко убежден в бесконечных возможностях человеческого разума. В своей речи «О воздухоплавании», произнесенной в 1898 году, Жуковский сказал: «Человек не имеет крыльев и по отношению веса своего тела к весу мускулов в 72 раза слабее птицы... Но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума». Советская авиационная наука и техника блестяще подтвердила предвидение великого ученого. После победы Великой Октябрьской социалистической революции Н. Е. Жуковский и руководимые им молодые ученые сразу включились в дело строительства новой советской авиации. Н. Е. Жуковский отдал много сил подготовке конструкторов самолетов и пилотов. В 1918 году он возглавил только что учрежденный Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Основал Жуковский и Военно-воздушную инженерную академию, носящую ныне его имя. В ней учатся те, кто создает мощные советские воздушные корабли и испытывает их в воздухе. Здесь учился и первый космонавт — Юрий Алексеевич Гагарин. Ты уже знаешь, что при движении плоской поверхности, поставленной под некоторым углом атаки, возникают подъемная сила и сила лобового сопротивления. Но у плоской поверхности подъемная сила больше лобового сопротивления всего лишь в шесть — восемь раз, а то и меньше. Для крыльев планера и самолета это недостаточно. Крыло должно иметь большую подъемную силу по сравнению с лобовым сопротивлением, которое тормозит движение. Для этого нужно прежде всего придать крылу обтекаемую форму. На рис. i изображены поперечные сечения различных крыльев. Ты уже знаешь, что такое сечение (или вид сбоку) называется профилем крыла. Нетрудно убедиться, что каждое из крыльев имеет обтекаемую форму. Чтобы найти наиболее выгодные профили, ученые и конструкторы производят сложные теоретические вычисления и многочисленные испытания в аэродинамических трубках. Таким путем выработаны тысячи разнообразных профилей, так что инженер, конструируя планер или самолет, всегда может подобрать для своей машины наиболее выгодный и удобный профиль крыла. Для летающих моделей также выработаны многие десятки профилей крыльев. Профили крыльев бывают самой разнообразной формы, но все их можно разделить на несколько основных типов: профили с вогнутым основанием, с плоским - основанием, двояковыпуклые, симметричные; скоростной профиль (для больших дозвуковых скоростей); сверхзвуковые профили — линзообразный, ромбовидный и клиновидный. Запомни, что линия в называется хордой профиля. По толщине профили крыльев разделяются на тонкие, средние и толстые. Наиболее толстый профиль — у самолетов, летающих с малыми скоростями (до 500 — 600 км/час). Скоростные профили применяются на самолетах, летающих с большими дозвуковыми скоростями, они отличаются от „обычных меньшей толщиной и вогнутостью, более тонким носком (передним краем). Для сверхзвуковых скоростей применяются линзообразные, клиновидные и ромбовидные профили с острыми кромками. Большое значение имеет и форма крыла в плане (вид его вверху). Она также бывает разнообразной. На рис. 2 показаны такие формы: прямоугольная, прямоугольная с закругленными концами, эллиптическая, трапециевидная без центроплана, трапециевидная с центропланом, трапециевидная с закруглениями на концах, дельтовидная, стреловидная с прямой и обратной стреловидностью. Форма крыла в плане очень сильно влияет на аэродинамические характеристики крыла и самолета (или модели) в целом. Применение стреловидных крыльев на самолетах, летающих с очень большими скоростями (быстрее звука, то есть сверхзвуковые), весьма существенно уменьшает лобовое сопротивление самолета, что приводит при данной тяге двигателя к значительному увеличению скорости. На рис. 3 показаны площадь крыла АБГД, размах крыла АБ, хорда АД и угол атаки а («альфа»). Отношение размаха к хорде, то есть число, показывающее, во сколько раз размах крыла больше хорды, называется удлинением крыла. Углом атаки называется угол, составляемый хордой крыла с направлением воздушного потока, или, что то же самое, с направлением движения самолета, планера или модели (рис. 3). Угол атаки летчик может изменять в полете при помощи руля высоты. От величины угла атаки зависит величина подъемной силы. Следовательно, изменяя угол атаки, летчик может изменять величину подъемной силы, что имеет огромное значение для полета и управления планером или самолетом. Не думай, однако, что угол атаки можно увеличивать произвольно, доводя его до нескольких десятков градусов. Дело обстоит не так просто. Обратимся еще к одному важному закону аэродинамики. Оказывается, в воздушном потоке (в струе) давление зависит от скорости потока, то есть при изменении скорости движения воздуха изменяется и давление. Движение воздуха и вообще газов подчиняется тем же законам, что и движение жидкостей. Поэтому изменение давления при изменении скорости можно наблюдать при движении воды. Объектом своих наблюдений сделай реку. Внимательно проследи за ее течением в разных местах, и ты легко убедишься, что там, где русло ее узкое, течение всегда быстрее. Точно так же ветер, врываясь в узкое ущелье, дует там сильнее, чем на открытом месте. Но это еще не все. Установлено, что если поток (струя) суживается и скорость течения, следовательно, увеличивается, то давление в потоке (в струе) уменьшается. И наоборот, при расширении потока (струи), то есть при уменьшении скорости, давление увеличивается. В справедливости этого важного закона, открытого ученым Даниилом Бернулли (1700 — 1782), ты легко можешь убедиться сам. Возьми два листа писчей бумаги и, держа их на расстоянии 30 — 40 мм друг от друга, сильно подуй в пространство между ними (рис. 4). Казалось бы, листы должны разойтись. Однако произойдет как раз наоборот: листы сблизятся. Отчего? Оттого что воздух в струе, которую ты направил изо рта, имеет некоторую скорость. Следовательно, давление между листами будет меньше, чем с внешних сторон листов, где воздух неподвижен. Иначе говоря, на внешние стороны листов воздух давит сильнее, чем на внутренние: разность давлений заставит листы сблизиться. На законе Бернулли основано устройство многих приборов, например, хорошо известных пульверизаторов. Закон Бернулли объясняет многие явления, кажущиеся на первый взгляд совершенно непонятными. Так, ураганный ветер иногда срывает крыши зданий, хотя, казалось бы, он должен скорее продавить крышу, чем сорвать ее. Но ведь крыша — не плоская, а чаще всего коническая, значит, над ней происходит сжатие (сужение) воздушных струй, а это ведет к уменьшению давления. Таким образом, над крышей давление оказывается меньше атмосферного, а под ней (на чердаке) давление, понятно, атмосферное. Разность давлений и стремится сорвать крышу, ее как бы подсасывает вверх. Но какое отношение имеет закон Бернулли к летательным аппаратам — самолету, планеру, модели? На рис. 5 приведена схема обтекания крыла при малом угле атаки. Воздух обтекает крыло неодинаково (несимметрично), более отклоняясь сверху, чем снизу. Но движение воздуха, как и воды, неразрывно: частицы его, разошедшиеся перед крылом, должны снова сойтись позади него. Следовательно, струйки воздуха, обтекающие крыло сверху, должны пройти более длинный путь, чем струйки, обтекающие его снизу. А для этого нужно, чтобы скорость верхних струек была больше, чем нижних. В действительности так и есть: ведь верхние струйки сжаты, сужены, а при сужении скорость струи увеличивается. Скорость нижних струек даже понижена, она несколько тормозится крылом. Итак, скорость верхних струек значительно больше, чем нижних. А по закону Бернулли, чем больше скорость струи, тем меньше давление, и наоборот. Следовательно, над крылом образуется пониженное давление (разрежение), а под крылом — повышенное. Вследствие разности давлений под и над крылом возникает сила Р, направленная в сторону меньшего давления и перпендикулярная потоку, то есть подъемная сила. Но крыло, развивая подъемную силу, вместе с этим испытывает некоторое лобовое сопротивление, причем сила лобового сопротивления Q всегда направлена по потоку, то есть против движения. Равнодействующая подъемной силы и силы лобового сопротивления, то есть сила R, будет полной силой сопротивления крыла. Точка пересечения полной силы сопротивления с хордой крыла называется центром давления крыла, сокращенно — ц. д. Центр давления непостоянен и перемещается вдоль хорды при изменении угла атаки. У большинства крыльев центр давления при малых положительных углах атаки (3 — 6 градусов) находится приблизительно на одной трети длины хорды от носка профиля. Угол атаки имеет очень большое значение. При изменении угла атаки изменяется обтекание крыла воздушным потоком, и это влечет за собой изменение названных выше воздушных сил, в особенности — подъемной силы. Большинство крыльев при некотором отрицательном угле атаки не развивает подъемной силы (рис. 6, а). Когда угол атаки равен нулю, подъемная сила уже значительна (рис. 6, б) и при дальнейшем увеличении угла атаки непрерывно увеличивается (рис. 6, в), достигая наибольшей величины при угле атаки, равном приблизительно 18 градусам (рис. 6, г). Если же еще увеличить угол атаки, то подъемная сила резко уменьшится, а лобовое сопротивление, которое до сих пор увеличивалось мало, сразу сильно возрастет (рис. 6, д). Угол атаки, при котором подъемная сила начинает резко уменьшаться, называют критическим. При таком угле атаки и тем более при углах атаки больших, чем критический, самолет и планер летать не могут из-за ухудшения устойчивости и управляемости. Но еще задолго до критического угла крыло работает уже в невыгодных аэродинамических условиях, так как ухудшение обтекания крыла начинается значительно раньше критического угла. И самым выгодным углом атаки является такой, при котором подъемная сила превосходит силу лобового сопротивления в наибольшее число раз. Число, показывающее во сколько раз подъемная сила превосходит силу лобового сопротивления при каком-либо угле атаки, называется аэродинамическим качеством (при этом угле атаки крыла). А угол атаки, при котором аэродинамическое число, то есть качество крыла, получается наибольшим, называется наивыгоднейшим. Крыло, благодаря развиваемой им подъемной силе, поддерживает в воздухе или, как говорят, несет всю машину. Поэтому его называют несущей поверхностью. Все остальные части — фюзеляж, хвостовое оперение, шасси и другие — называются ненесущими. Ненесущие части испытывают в полете только лобовое сопротивление, которое лишь тормозит движение. Поэтому лобовое сопротивление ненесущих частей называют вредным сопротивлением самолета, планера или модели. Лобовое сопротивление крыла не называют вредным, так как без него крыло не могло бы развить подъемную силу. Для уменьшения вредного сопротивления всем наружным частям самолета или планера стараются придать как можно более обтекаемую форшу или закрывают их обтекателями. Шасси у современных самолетов всегда делают убирающимися внутрь фюзеляжа или в крыло. Все переходы от одной части к другой делают плавными, «зализанными». А для уменьшения трения воздуха поверхность всех наружных частей, а также и крыла, тщательно окрашивают, полируют. Чем меньше вредное сопротивление, тем лучше качество всего самолета (или планера), тем лучше его полетные свойства. ТИПЫ САМОЛЕТОВ Все современные самолеты можно разделить на сухопутные и гидросамолеты (водные), которые по своей конструкции делятся на лодочные («летающие лодки»), поплавковые (имеющие шасси с поплавками), амфибии (приспособленные к взлету и посадке на сушу и на воду). Гидросамолеты довольно широко применялись примерно до второй мировой войны, в ходе которой значение их постепенно уменьшалось. Причиной этого были успехи сухопутных самолетов — рост их летных показателей и повышение надежности авиационных двигателей. Раньше самолеты делились и по количеству крыльев — на монопланы (с одним крылом) и бипланы (с двумя крыльями, расположенными одно над другим). Все современные самолеты — -монопланы. Прежние самолеты делались из древесины и фанеры, крылья обтягивались тканью. Сейчас самолеты цельнометаллические: наиболее часто применяется дюралюминий (легкий и очень прочный сплав алюминия с медью и небольшими количествами марганца, магния, кремния, железа; после закалки получает особую твердость, легко поддается обработке). Все более широкое применение в авиационной технике получают пластмассы. Например, на самолете ТУ-104 из пластмасс ичгоювлено. свыше 120 тысяч деталей. По числу двигателей самолеты делятся на одномоторные, двухмоторные и многомоторные. По числу мест — на одноместные, двухместные и многоместные. В зависимости от применения все самолеты делятся на гражданские и поенные. Каждая из этих групп состоит из нескольких типов. Основными типами гражданских самолетов являются транспортные (пассажирские, почтовые, грузовые) и спортивные. Кроме них, существуют самолеты сельскохозяйственные, рекордные, для научных исследований и т. д. Многоместные скоростные пассажирские самолеты (например, ТУ-104, ТУ-124, ИЛ-18, ИЛ-62 и др.) часто называют «лайнерами». Основные типы военных самолетов — разведчики, истребители, бомбардировщики, штурмовики, ракетоносцы. Каждый из этих типов имеет несколько подтипов. Например, бывают истребители одноместные (малого радиуса действия), двухместные и даже многоместные — дальнего радиуса действия. Общими типами для гражданской и военной авиации являются самолеты учебные и санитарные. Независимо от типа, любой самолет состоит из следующих основных конструктивных групп: фюзеляжа, крыла, оперения, взлетно-посадочных устройств, силовой установки, оборудования и — для военных самолетов — вооружения. Очевидно, ты обратил внимание на то, что мы назвали не «винтомоторную группу», а «силовую установку». Дело в том, что современная авиация использует различные средства для создания на летательном аппарате тяги, необходимой для полета. В зависимости от типа двигателя, установленного на летательном аппарате, различают реактивные, винтомоторные и турбовинтовые силовые установки. Если самолет одномоторный, двигатель устанавливают на фюзеляже. Если двигателей больше, их располагают на крыле. А у некоторых самолетов двигатели прикреплены к задней части фюзеляжа, например, у нового пассажирского самолета ИЛ-62. Очень интересны так называемые преобразуемые самолеты. Так называют самолеты с изменяемой в полете схемой, габаритными размерами, внешним очертанием (конфигурацией), например, с раздвижным, убираемым -иши поворотным крылом, поворотной силовой установкой и т. д. К числу преобразуемых самолетов относится, а частности, конвертоплан. Он снабжен силовой установкой, превышающей вес машины. Эта установка может действовать как двигатель обычного самолета, а также принимать вертикальное положение, отдельно или вместе с крылом, благодаря чему такой самолет способен взлетать без разбега (как вертолет), а потом возвращаться в горизонтальное положение. Многообразие самолетов объясняется тем, что область их применения расширяется с каждым годом и авиация играет все большую роль.
|
