Самолет
| Самолет | |
|---|---|
 Первый полет самолета Райт Флаер 17 декабря 1903 года. | |
| Классификация | Транспортное средство |
| Промышленность | Различный |
| Приложение | Транспорт |
| Источник топлива | Бензин , электричество , дизельное топливо , природный газ , водород , солнечная энергия. |
| Работает | Да |
| Самоходный | Да |
| изобретатель | Братья Райт |
| Изобретенный | 1903 год |
Самолет английский язык ( североамериканский английский ) или самолет ( Содружества ), неофициально самолет , представляет собой летательный аппарат с неподвижным крылом , который приводится в движение вперед за счет тяги , реактивного двигателя пропеллера или ракетного двигателя . Самолеты бывают самых разных размеров, форм и конфигураций крыльев . Широкий спектр использования самолетов включает отдых , транспортировку товаров и людей, военные действия и исследования . Во всем мире коммерческая авиация более четырех миллиардов пассажиров . ежегодно перевозит на авиалайнерах [1] и перевозит более 200 миллиардов тонно - километров. [2] грузов в год, что составляет менее 1% мирового грузоперевозок. [3] Большинство самолетов управляются пилотом на борту, но некоторые из них предназначены для дистанционного или компьютерного управления, например дроны.
Братья Райт изобрели и подняли в воздух первый самолет в 1903 году, признанный «первым устойчивым и управляемым полетом на двигателе тяжелее воздуха». [4] Они основывались на работах Джорджа Кэли, датированных 1799 годом, когда он изложил концепцию современного самолета (а позже построил и летал на моделях и успешных пассажирских планерах ). [5] и работы немецкого пионера пилотируемой авиации Отто Лилиенталя , который между 1867 и 1896 годами также изучал полеты тяжелее воздуха. Попытки полета Лилиенталя в 1891 году рассматриваются как начало полета человека. [6] После ограниченного использования во время Первой мировой войны авиационная техника продолжала развиваться. Самолеты присутствовали во всех основных сражениях Второй мировой войны . Первым реактивным самолетом стал немецкий Heinkel He 178, появившийся в 1939 году. Первый реактивный авиалайнер de Havilland Comet был представлен в 1952 году. Boeing 707 , первый широко успешный коммерческий самолет, находился в коммерческой эксплуатации более 60 лет. 1958 по 2019 год. [7]
Этимология и использование
Впервые засвидетельствованное на английском языке в конце 19 века (до первого устойчивого полета с двигателем), слово «самолет» , как и «самолет» , происходит от французского aéroplane , которое происходит от греческого ἀήρ ( aēr ), «воздух». [8] и либо латинское planus , «уровень», [9] или греческое πλάνος ( planos ), «блуждающий». [10] [11] « Аэроплан » первоначально относился только к крылу, поскольку это самолет, движущийся по воздуху. [12] В примере синекдохи слово «крыло» стало обозначать весь самолет.
В США и Канаде термин «самолет» используется для обозначения самолетов с неподвижным крылом. В Соединенном Королевстве и Ирландии, а также на большей части стран Содружества , термин «самолет» ( / ˈ ɛər ə p l eɪ n / [12] ) обычно применяется к этим самолетам.
История
Предшественники
Многие истории древности связаны с полетом, например, греческая легенда об Икаре и Дедале и Вимана в древнеиндийских эпосах . Считается, что около 400 г. до н.э. в Греции Архит спроектировал и построил первое искусственное самоходное летательное устройство - модель в форме птицы, приводившуюся в движение струей, вероятно, паровой, которая, как говорят, пролетела около 200 м (660 футов). . [13] [14] Эта машина могла быть приостановлена на время полета. [15] [16]
Одними из самых ранних зарегистрированных попыток использования планеров были попытки андалузского и арабоязычного поэта 9-го века Аббаса ибн Фирнаса и английского монаха 11-го века Эйлмера из Малмсбери ; оба эксперимента ранили своих пилотов. [17] Леонардо да Винчи исследовал конструкцию крыльев птиц и сконструировал летательный аппарат с приводом от человека в своем Кодексе полета птиц (1502 г.), впервые отметив различие между центром массы и центром давления летающих птиц.
В 1799 году Джордж Кэли сформулировал концепцию современного самолета как летательного аппарата с неподвижным крылом и отдельными системами подъемной силы, движения и управления. [18] [19] Кэли строил и летал на моделях самолетов еще в 1803 году, а в 1853 году построил успешный пассажирский планер . [5] В 1856 году француз Жан-Мари Ле Брис совершил первый полет с двигателем, заставив свой планер «L'Albatros artificiel» тянуть лошадь на пляже. [20] Затем россиянин Александр Федорович Можайский также сделал несколько новаторских разработок. В 1883 году американец Джон Дж. Монтгомери совершил управляемый полет на планере. [21] Другими авиаторами, совершившими подобные полеты в то время, были Отто Лилиенталь , Перси Пилчер и Октав Шанют .
Сэр Хирам Максим построил корабль весом 3,5 тонны с размахом крыльев 110 футов (34 м), оснащенный двумя паровыми двигателями мощностью 360 лошадиных сил (270 кВт), приводящими в движение два гребных винта. В 1894 году его машина была испытана с подвесными поручнями, чтобы предотвратить ее подъем. Испытания показали, что у него достаточно подъемной силы для взлета. Корабль оказался неуправляемым, и предполагается, что Максим осознал это, поскольку впоследствии отказался от работ над ним. [22]
Между 1867 и 1896 годами немецкий пионер пилотируемой авиации Отто Лилиенталь разработал полеты тяжелее воздуха. Он был первым человеком, совершившим хорошо задокументированные, повторяющиеся и успешные планерные полеты. Работа Лилиенталя привела к разработке концепции современного крыла. [23] [24] его попытки полета в 1891 году рассматриваются как начало полета человека, [25] « Лилиенталь Нормальсегелаппарат » считается первым серийным самолетом, и его работа во многом вдохновила братьев Райт. [26]
В 1890-х годах Лоуренс Харгрейв провел исследование конструкции крыльев и разработал коробчатый воздушный змей , который поднимал вес человека. Его конструкции коробчатого воздушного змея получили широкое распространение. Хотя он также разработал тип роторного авиационного двигателя, он не создавал и не управлял самолетом с двигателем. [27]
Ранние полеты с двигателем
Француз Клеман Адер построил свой первый из трех летательных аппаратов « Эоль» в 1886 году . Это была конструкция, похожая на летучую мышь, с легким паровым двигателем его собственного изобретения с четырьмя цилиндрами мощностью 20 лошадиных сил (15 кВт ), приводившим в движение четырехлопастной пропеллер . Двигатель весил не более 4 килограммов на киловатт (6,6 фунта/л.с.). Крылья имели размах 14 м (46 футов). Общий вес составлял 300 кг (660 фунтов). 9 октября 1890 года Адер попытался управлять « Эоле» . Историки авиации отдают должное этому усилию как механическому взлету и неуправляемому прыжку примерно на 50 м (160 футов) на высоте примерно 200 мм (7,9 дюйма). [28] [29] Не было документально подтверждено, что две последующие машины Адера совершили полет. [30]
Полеты американских братьев Райт в 1903 году признаны Международной авиационной федерацией (FAI), органом по установлению стандартов и ведению учета в области воздухоплавания , как «первый устойчивый и контролируемый полет на двигателе тяжелее воздуха». [4] К 1905 году Wright Flyer III был способен осуществлять полностью управляемый и стабильный полет в течение длительного времени. Братья Райт считали Отто Лилиенталя главным вдохновителем их решения заняться пилотируемыми полетами.
В 1906 году бразилец Альберто Сантос-Дюмон совершил первый полет самолета без помощи катапульты. [31] и установил первый мировой рекорд, признанный Аэро-клубом Франции , пролетев 220 метров (720 футов) менее чем за 22 секунды. [32] Этот полет также был сертифицирован FAI. [33] [34]
Ранней конструкцией самолета, объединившей в себе современную моноплана, конфигурацию тягача- был проект Блерио VIII 1908 года. Он имел подвижное хвостовое оперение, управляющее как рысканием, так и тангажем, форма управления креном, обеспечиваемая либо за счет деформации крыла, либо за счет элеронов и управляемая пилотом с помощью джойстик и руль направления . Это был важный предшественник его более позднего самолета Blériot XI, пересекшего Ла-Манш, выпущенного летом 1909 года. [35]
Первая мировая война послужила испытательным стендом для использования самолета 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 с синхронным истребителем, вооруженным пулеметом, произошла 1915 году немецким лейтенантом в Куртом Винтгенсом . Появились асы-истребители ; величайшим (по числу побед в воздушном бою) был Манфред фон Рихтгофен , также известный как Красный Барон.
После Первой мировой войны авиационная техника продолжала развиваться. Олкок и Браун впервые пересекли Атлантику без остановок в 1919 году. Первые международные коммерческие рейсы состоялись между Соединенными Штатами и Канадой в 1919 году. [36]
Самолеты присутствовали во всех основных сражениях Второй мировой войны . Они были важным компонентом военных стратегий того периода, таких как немецкий блицкриг , битва за Британию , а также американские и японские авианосные кампании Тихоокеанской войны .
Разработка реактивной авиации
Первым практическим реактивным самолетом стал немецкий Heinkel He 178 , прошедший испытания в 1939 году. В 1943 году поступил Messerschmitt Me 262 , первый действующий реактивный истребитель на вооружение немецких Люфтваффе .
Первый реактивный авиалайнер , De Havilland Comet , был представлен в 1952 году. Боинг 707 , первый широко успешный коммерческий самолет, находился в коммерческой эксплуатации более 50 лет, с 1958 по 2010 год. Боинг 747 был самым большим пассажирским самолетом в мире. с 1970 года, пока его не превзошёл Airbus A380 в 2005 году.
Полеты сверхзвуковых авиалайнеров , в том числе «Конкорда » , были ограничены полетами над водой на сверхзвуковой скорости из-за их звукового удара , который запрещен над большинством населенных пунктов суши. Высокая стоимость эксплуатации на пассажиро-милю и смертельная авария в 2000 году побудили операторов Конкорда вывести его из эксплуатации. [37] [38]
Движение
Пропеллер
Пропеллер самолета , или воздушный винт , преобразует вращательное движение от двигателя или другого источника энергии в закрученный поток, который толкает пропеллер вперед или назад. Он содержит вращающуюся ступицу с механическим приводом, к которой прикреплены две или более лопасти радиального профиля, так что весь узел вращается вокруг продольной оси. [39] Три типа авиационных двигателей, используемых для привода винтов, включают поршневые двигатели (или поршневые двигатели), газовые турбины и электродвигатели . Величина тяги, создаваемой гребным винтом, частично определяется площадью его диска — площадью, через которую вращаются лопасти. Ограничением скорости лезвия является скорость звука ; поскольку, когда кончик лопасти превышает скорость звука, ударные волны снижают эффективность гребного винта. Число оборотов в минуту, необходимое для создания заданной законцовой скорости, обратно пропорционально диаметру гребного винта. Верхний расчетный предел скорости винтовых самолетов составляет 0,6 Маха . В самолетах, рассчитанных на более высокую скорость, используются реактивные двигатели. [40]
Поршневой двигатель
Поршневые двигатели в самолетах имеют три основных варианта: радиальный , рядный и плоский или горизонтально-оппозитный двигатель . Радиальный двигатель представляет собой конфигурацию двигателя внутреннего сгорания возвратно-поступательного типа, в которой цилиндры «расходятся» наружу от центрального картера, как спицы колеса, и обычно использовался в авиационных двигателях до того, как газотурбинные двигатели стали преобладать. Рядный двигатель — это поршневой двигатель с рядами цилиндров, расположенными один за другим, а не рядами цилиндров, причем каждый ряд имеет любое количество цилиндров, но редко более шести, и может иметь водяное охлаждение. Плоский двигатель — это двигатель внутреннего сгорания с горизонтально расположенными цилиндрами.
Газовая турбина
Турбовинтовой газотурбинный двигатель состоит из воздухозаборника, компрессора, камеры сгорания, турбины и рабочего сопла, которые передают мощность от вала через редуктор к воздушному винту. Маршевое сопло обеспечивает относительно небольшую долю тяги, создаваемой турбовинтовым двигателем.
Электродвигатель
Электрический самолет работает на электродвигателях , электричество поступает от топливных элементов , солнечных батарей , ультраконденсаторов , излучаемой энергии . [41] или батарейки . В настоящее время летающие электрические самолеты представляют собой в основном экспериментальные прототипы, в том числе пилотируемые и беспилотные летательные аппараты , однако на рынке имеется ряд серийных моделей. [42]
Джет
Реактивные самолеты приводятся в движение реактивными двигателями , которые используются, поскольку аэродинамические ограничения винтов не применяются к реактивному движению. Эти двигатели намного мощнее поршневых двигателей данного размера и веса, сравнительно тихие и хорошо работают на большой высоте. Варианты реактивного двигателя включают прямоточный воздушно-реактивный двигатель и прямоточный воздушно-реактивный двигатель , в которых используется высокая скорость полета и геометрия впуска для сжатия воздуха для горения перед подачей и воспламенением топлива. Ракетные двигатели обеспечивают тягу за счет сжигания топлива с окислителем и вытеснения газа через сопло.
ТРДД
В большинстве реактивных самолетов используются турбовентиляторные реактивные двигатели, в которых газовая турбина приводит в движение канальный вентилятор, который ускоряет воздух вокруг турбины, обеспечивая тягу в дополнение к той, которая ускоряется через турбину. Отношение воздуха, проходящего вокруг турбины, к количеству воздуха, проходящего через нее, называется степенью двухконтурности . [43] Они представляют собой компромисс между турбореактивными (без двухконтурной схемы) и турбовинтовыми силовыми установками самолетов (в основном с приводом от двухконтурного воздуха). [44]
Дозвуковые самолеты, такие как авиалайнеры, используют реактивные двигатели с большим двухконтурным ходом для экономии топлива. Сверхзвуковые самолеты , такие как реактивные истребители, используют ТРДД с малой двухконтурностью. Однако на сверхзвуковых скоростях воздух, поступающий в двигатель, должен замедляться до дозвуковой скорости, а затем снова ускоряться до сверхзвуковых скоростей после сгорания. для На боевых самолетах может использоваться форсажная камера увеличения мощности на короткие промежутки времени за счет впрыска топлива непосредственно в горячие выхлопные газы. Многие реактивные самолеты также используют реверсоры тяги для замедления после приземления. [44]
Рамджет
ПВРД — это форма реактивного двигателя, который не содержит крупных движущихся частей и может быть особенно полезен в приложениях, требующих небольшого и простого двигателя для высокоскоростного использования, например, в ракетах. ПВРД требуют движения вперед, прежде чем они смогут создать тягу, и поэтому часто используются в сочетании с другими формами движения или с внешними средствами достижения достаточной скорости. Lockheed D-21 представлял собой разведывательный дрон с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, развивающий скорость 3+ Маха и запускавшийся с базового самолета . ПВРД использует движение транспортного средства вперед, чтобы нагнетать воздух через двигатель, не прибегая к использованию турбин или лопастей. Топливо добавляется и воспламеняется, что нагревает и расширяет воздух, обеспечивая тягу. [45]
ГПВРД
ГПВРД — это специализированный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, который использует внутренний сверхзвуковой поток воздуха для сжатия, соединения с топливом, сгорания и ускорения выхлопных газов для обеспечения тяги. Двигатель работает только на сверхзвуковых скоростях. NASA X-43 , экспериментальный беспилотный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, в 2004 году установил мировой рекорд скорости для самолета с реактивным двигателем со скоростью 9,7 Маха, почти 12 100 километров в час (7500 миль в час). [46]
Ракета
В то время как реактивные самолеты используют атмосферу как источник окислителя и массы для реактивного ускорения позади самолета, ракетные самолеты несут окислитель на борту и ускоряют сгоревшее топливо и окислитель назад в качестве единственного источника массы для реакции. Жидкое топливо и окислитель могут закачиваться в камеру сгорания или твердое топливо с окислителем может гореть в топливной камере. Горячий газ, работающий на жидком или твердом топливе, ускоряется через сопло. [47]
Во Второй мировой войне немцы использовали Me 163 Komet самолеты с ракетными двигателями . Первым самолетом, преодолевшим звуковой барьер в горизонтальном полете, был ракетоплан Bell X-1 в 1948 году. Североамериканский X-15 побил множество рекордов скорости и высоты в 1960-х годах и стал пионером в инженерных концепциях для более поздних самолетов и космических кораблей. Военно-транспортные самолеты могут использовать взлет с помощью ракет в ситуациях с ограниченной дистанции. К ракетным самолетам относятся космические самолеты , такие как SpaceShipTwo , для путешествий за пределы земной атмосферы, а также спортивные самолеты, разработанные для недолговечной Лиги ракетных гонок .
Проектирование и производство
Большинство самолетов строятся компаниями с целью производить их в больших количествах для клиентов. Процесс проектирования и планирования, включая испытания на безопасность, может длиться до четырех лет для небольших турбовинтовых самолетов или дольше для более крупных самолетов.
В ходе этого процесса определяются цели и проектные характеристики самолета. Сначала строительная компания использует чертежи и уравнения, моделирование, испытания в аэродинамической трубе и опыт для прогнозирования поведения самолета. Компьютеры используются компаниями для рисования, планирования и первоначального моделирования самолета. Небольшие модели и макеты всех или отдельных частей самолета затем испытываются в аэродинамических трубах для проверки его аэродинамики.
После того, как проектирование прошло эти процессы, компания строит ограниченное количество прототипов для испытаний на земле. Представители агентства по управлению авиацией часто совершают первый полет. Летные испытания продолжаются до тех пор, пока самолет не выполнит все требования. Затем руководящее государственное агентство авиации страны разрешает компании начать производство.
В США этим агентством является Федеральное управление гражданской авиации (FAA). В Европейском Союзе – Европейское агентство авиационной безопасности (EASA); в Соединенном Королевстве это Управление гражданской авиации (CAA). [48] В Канаде государственным органом, ответственным за массовое производство самолетов и санкционирующим его, является Транспортной Канады . Управление гражданской авиации [49]
Когда деталь или компонент необходимо соединить сваркой практически для любого аэрокосмического или оборонного применения, они должны соответствовать самым строгим и конкретным правилам и стандартам безопасности. Nadcap , или Национальная программа аккредитации подрядчиков аэрокосмической и оборонной промышленности, устанавливает глобальные требования к качеству, управлению качеством и обеспечению качества в аэрокосмической технике. [50]
В случае международных продаж также необходима лицензия государственного органа авиации или транспорта страны, где будет использоваться самолет. Например, самолеты европейской компании Airbus должны быть сертифицированы FAA для полетов в Соединенных Штатах, а самолеты американской компании Boeing должны быть одобрены EASA для полетов в Европейском Союзе. [51]
Правила привели к снижению шума авиационных двигателей в ответ на увеличение шумового загрязнения из-за роста воздушного движения над городскими районами вблизи аэропортов. [52]
Небольшие самолеты могут быть спроектированы и построены любителями в домашних условиях. Другие самолеты самодельной сборки можно собрать с использованием заранее изготовленных комплектов деталей, которые можно собрать в базовый самолет, а затем собрать их должен производитель. [53]
Лишь немногие компании производят самолеты в больших масштабах. Однако производство самолета для одной компании — это процесс, в котором на самом деле участвуют десятки, а то и сотни других компаний и заводов, производящих детали, из которых собирается самолет. Например, одна компания может отвечать за производство шасси, а другая — за радар. Производство таких деталей не ограничивается одним городом или страной; В случае крупных компаний-производителей самолетов такие детали могут поставляться со всего мира. Детали отправляются на главный завод авиастроительной компании, где расположена производственная линия. В случае больших самолетов могут существовать производственные линии, предназначенные для сборки определенных частей самолета, особенно крыльев и фюзеляжа. [54] [55] По завершении самолет тщательно проверяется на наличие дефектов и дефектов. После одобрения инспекторов самолет подвергается серии летных испытаний, чтобы убедиться в правильности работы всех систем и правильности управления самолетом. [56] Для удовлетворения конкретных потребностей заказчика самолет может быть модифицирован с использованием компонентов или пакетов компонентов, предоставленных производителем или заказчиком. [57]
Характеристики
Планер
Конструктивные части самолета называются планером. Присутствующие детали могут различаться в зависимости от типа и назначения самолета. Ранние модели обычно делались из дерева с тканевым покрытием крыльев. Когда около ста лет назад стали доступны двигатели для полетов с приводом, 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 настоящее время все чаще используются материалы композиционные .
Типичные конструктивные части включают в себя:
- Одно или несколько больших горизонтальных крыльев , часто с аэродинамического профиля формой поперечного сечения . Крыло отклоняет воздух вниз по мере движения самолета вперед, создавая подъемную силу, поддерживающую его в полете. Крыло также обеспечивает устойчивость при крене , предотвращая крен самолета влево или вправо в устойчивом полете.
- Фюзеляж — длинный тонкий корпус, обычно с коническими или закругленными концами, придающими его форму аэродинамически гладкую форму. Фюзеляж присоединяется к другим частям планера и обычно содержит важные элементы, такие как пилот, полезная нагрузка и летные системы.
- Вертикальный стабилизатор или киль представляет собой вертикальную поверхность, похожую на крыло, установленную в задней части самолета и обычно выступающую над ней. самолета Киль стабилизирует рыскание (поворот влево или вправо) и устанавливает руль направления , который управляет его вращением вдоль этой оси.
- Горизонтальный стабилизатор или хвостовое оперение , обычно установленное в хвостовой части рядом с вертикальным стабилизатором. самолета Горизонтальный стабилизатор служит для стабилизации тангажа (наклон вверх или вниз) и монтирует рули высоты , обеспечивающие управление тангажем.
- Шасси — набор колес, полозьев или поплавков, поддерживающих самолет, пока он находится на поверхности. На гидросамолетах нижняя часть фюзеляжа или поплавки (понтоны) поддерживают его на воде. На некоторых самолетах шасси убирается во время полета, чтобы уменьшить сопротивление.
Крылья
Крылья самолета представляют собой статичные плоскости, простирающиеся по обе стороны самолета. Когда самолет движется вперед, воздух обтекает крылья, форма которых создает подъемную силу. Эта форма называется аэродинамическим профилем и имеет форму птичьего крыла.
Конструкция крыла
Самолеты имеют гибкие поверхности крыльев, которые натянуты поперек рамы и становятся жесткими за счет подъемной силы, действующей на них потоком воздуха. Более крупные самолеты имеют жесткие поверхности крыльев, которые обеспечивают дополнительную прочность.
Будь то гибкие или жесткие, большинство крыльев имеют прочный каркас, придающий им форму и передающий подъемную силу с поверхности крыла на остальную часть самолета. Основными элементами конструкции являются один или несколько лонжеронов, идущих от корня к законцовке, и множество нервюр, идущих от передней (передней) к задней (задней) кромке.
Ранние авиационные двигатели имели небольшую мощность, а легкость была очень важна. Кроме того, ранние секции аэродинамического профиля были очень тонкими и внутри не могли быть установлены прочные рамы. Таким образом, до 1930-х годов большинство крыльев были слишком легкими и не имели достаточной прочности, поэтому были добавлены внешние распорки и тросы. Когда в 1920-х и 30-х годах доступная мощность двигателей увеличилась, крылья можно было сделать тяжелыми и достаточно прочными, чтобы распорки больше не требовались. Этот тип нерасчалочного крыла называется свободнонесущим.
Конфигурация крыла
Количество и форма крыльев у разных типов сильно различаются. Данная плоскость крыла может быть полноразмахной или разделена центральной частью фюзеляжа на левое (левое) и правое (правое) крылья. Иногда использовалось даже больше крыльев: трехкрылый триплан приобрел некоторую известность во время Первой мировой войны. Четырехкрылый квадруплан и другие многопланные конструкции не имели большого успеха.
У моноплана - две , одна плоскость крыла, у биплана расположенные одна над другой, у тандемного крыла - две, расположенные одна за другой. Когда в 1920-х и 30-х годах доступная мощность двигателя увеличилась и распорки больше не требовались, нерасчалочный или консольный моноплан стал наиболее распространенной формой силового типа.
крыла Форма 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 небольшой размах, но при этом достаточную площадь для обеспечения подъемной силы (низкое удлинение).
На околозвуковых скоростях (около скорости звука) это помогает поворачивать крыло назад или вперед, чтобы уменьшить сопротивление от сверхзвуковых ударных волн, когда они начинают формироваться. Стреловидное крыло — это просто прямое крыло, стреловидное назад или вперед.
Дельта -крыло представляет собой треугольную форму, которую можно использовать по нескольким причинам. Будучи гибким крылом Рогалло , оно обеспечивает стабильную форму под действием аэродинамических сил и поэтому часто используется для сверхлегких самолетов и даже воздушных змеев . Будучи сверхзвуковым крылом, оно сочетает в себе высокую прочность с низким сопротивлением и поэтому часто используется для быстрых самолетов.
Крыло изменяемой геометрии может изменяться в полете на другую форму. Крыло изменяемой стреловидности трансформируется из эффективной прямой конфигурации для взлета и посадки в стреловидную конфигурацию с низким лобовым сопротивлением для высокоскоростного полета. Испытывались и другие формы изменяемой формы плана, но ни одна из них не вышла за пределы стадии исследований.
Фюзеляж
Фюзеляж аэродинамически представляет собой длинный тонкий корпус, обычно с коническими или закругленными концами, что придает его форме гладкую форму . В фюзеляже могут находиться летный экипаж , пассажиры, груз или полезная нагрузка , топливо и двигатели. Пилоты пилотируемых самолетов управляют ими из кабины, расположенной в передней или верхней части фюзеляжа и оснащенной органами управления и обычно окнами и приборами. Самолет может иметь более одного фюзеляжа или может быть оснащен балками, хвостовая часть которых расположена между балками, чтобы крайнюю заднюю часть фюзеляжа можно было использовать для различных целей.
Крылья против тел
Летающее крыло
Летающее крыло — бесхвостый летательный аппарат , не имеющий определенного фюзеляжа . Большая часть экипажа, полезной нагрузки и оборудования размещена внутри основной конструкции крыла. [58]
Конфигурация летающего крыла широко изучалась в 1930-х и 1940-х годах, в частности, Джеком Нортропом и Честоном Л. Эшельманом в США, а также Александром Липпишем и братьями Хортен в Германии. После войны на основе концепции летающего крыла было создано несколько экспериментальных проектов, но известные трудности оставались непреодолимыми. 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 «традиционных» 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 малых и средних скоростей, и существует постоянный интерес к ее использованию в качестве конструкции тактического авиалайнера .
Интерес к летающим крыльям возобновился в 1980-х годах из-за их потенциально низкой радара площади отражения . Технология «Стелс» 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 - положении, которое постоянно меняется по мере движения самолета. Northrop B-2 Spirit Этот подход в конечном итоге привел к созданию бомбардировщика- невидимки . При этом аэродинамические преимущества летающего крыла не являются первостепенными потребностями. Однако современные электродистанционные системы с компьютерным управлением позволили свести к минимуму многие аэродинамические недостатки летающего крыла, что позволило создать эффективный и стабильный дальний бомбардировщик.
Смешанное тело крыла
Самолеты со смешанным корпусом крыла имеют уплощенный корпус в форме аэродинамического профиля, который создает большую часть подъемной силы, позволяющей ему оставаться в воздухе, а также четкие и отдельные конструкции крыльев, хотя крылья плавно сливаются с корпусом.
Таким образом, самолеты со смешанным крылом сочетают в себе конструктивные особенности как футуристического фюзеляжа, так и конструкции летающего крыла. Предполагаемые преимущества подхода со смешанным корпусом крыла - это эффективные крылья с высокой подъемной силой и широкий корпус аэродинамической формы. Это позволяет всему аппарату участвовать в создании подъемной силы, что приводит к потенциальному увеличению экономии топлива.
Подъемный кузов
Подъемное тело — это конфигурация, в которой тело само создает подъемную силу . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным обычным фюзеляжем или вообще без него , несущее тело можно рассматривать как фюзеляж с небольшим количеством обычного крыла или вообще без него. В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет устранения ненесущих поверхностей, несущие тела обычно минимизируют сопротивление и структуру крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или космического корабля входа в атмосферу . Все эти режимы полета создают проблемы для обеспечения надлежащей устойчивости полета.
Несущие тела были основной областью исследований в 1960-х и 70-х годах как средство создания небольшого и легкого пилотируемого космического корабля. США построили несколько знаменитых ракетных самолетов с несущим корпусом для проверки этой концепции, а также несколько ракетных возвращаемых аппаратов, которые прошли испытания над Тихим океаном. Интерес угас, поскольку ВВС США потеряли интерес к миссии с экипажем, и основные разработки закончились в процессе проектирования космического корабля "Шаттл", когда стало ясно, что фюзеляжи сложной формы затрудняют установку топливных баков.
Оперение и носовая часть
Классическое профильное секционное крыло неустойчиво в полете и трудноуправляемо. Типы с гибким крылом часто полагаются на якорный трос или вес пилота, висящего под ним, чтобы поддерживать правильное положение. Некоторые свободно летающие типы используют адаптированный стабильный аэродинамический профиль или другие оригинальные механизмы, включая, в последнее время, электронную искусственную устойчивость.
Для достижения устойчивости и управляемости большинство типов самолетов имеют оперение, состоящее из киля и руля направления, которые действуют горизонтально, а также хвостового оперения и руля высоты, которые действуют вертикально. Эти поверхности управления обычно можно триммировать, чтобы уменьшить усилия управления на различных этапах полета. Это настолько распространено, что известно как традиционная планировка. Иногда может быть два или более киля, разнесенных вдоль хвостового оперения.
Некоторые типы имеют горизонтальную носовую часть « утка » впереди основного крыла, а не позади него. [59] [60] [61] Эта носовая часть может способствовать подъемной силе, дифференту или управлению самолетом, либо нескольким из них.
Органы управления и инструменты
Самолеты имеют сложные системы управления полетом . Основные органы управления позволяют пилоту направлять самолет в воздух, контролируя положение (крен, тангаж и рыскание) и тягу двигателя.
На пилотируемых самолетах приборы кабины предоставляют пилотам информацию, включая данные полета , мощность двигателя , навигацию, связь и другие системы самолета, которые могут быть установлены.
Безопасность
Когда риск измеряется числом смертей на пассажиро-километр, путешествие воздушным транспортом примерно в 10 раз безопаснее, чем путешествие на автобусе или поезде. Однако, если использовать статистику смертности на одну поездку, авиаперелеты значительно более опасны, чем поездки на автомобиле, поезде или автобусе. [62] По этой причине страхование авиаперелетов обходится относительно дорого: страховщики обычно используют статистику количества смертей на одну поездку. [63] Существует значительная разница между безопасностью авиалайнеров и небольших частных самолетов: статистика на милю показывает, что авиалайнеры в 8,3 раза безопаснее, чем самолеты меньшего размера. [64]
Воздействие на окружающую среду
Как и все виды деятельности, связанные со сжиганием , самолеты, работающие на ископаемом топливе, выбрасывают сажу в атмосферу парниковые газы, такие как углекислый газ (CO 2 и другие загрязняющие вещества. Также производятся ). Кроме того, существуют воздействия на окружающую среду, характерные для самолетов: например,
- Самолеты, летающие на больших высотах вблизи тропопаузы (в основном большие реактивные авиалайнеры ), выбрасывают аэрозоли и оставляют инверсионные следы , и то и другое может увеличить образование перистых облаков — с момента зарождения авиации облачный покров мог увеличиться до 0,2%. [65]
- Самолеты, летающие на больших высотах вблизи тропопаузы, также могут выделять химические вещества, которые взаимодействуют с парниковыми газами на этих высотах, особенно соединения азота , которые взаимодействуют с озоном, увеличивая концентрацию озона. [66] [67]
- Большинство легких поршневых самолетов сжигают бензин , содержащий тетраэтилсвинец (TEL). Некоторые поршневые двигатели с более низкой степенью сжатия могут работать на неэтилированных бензиновых и газотурбинных двигателях, а дизельные двигатели, ни один из которых не требует свинца, используются на некоторых новых легких самолетах . Некоторые экологически чистые легкие электрические самолеты уже находятся в производстве.
Еще одним воздействием самолетов на окружающую среду является шумовое загрязнение , в основном вызванное взлетом и посадкой самолетов.
См. также
- Механик полета самолета
- Авиация
- Топливная эффективность
- Список рекордов высоты, достигнутых разными типами самолетов
- Винтокрылая машина
Ссылки
- ^ «Глобальные авиаперевозки установили новый рекорд» . Канал новостей Азия . 18 января 2018 г. Архивировано из оригинала 3 января 2021 г. . Проверено 28 мая 2022 г.
- ^ Измеряется в RTK: RTK — это одна тонна коммерческого груза, перевезенная на один километр.
- ^ Крэбтри, Том; Хоанг, Том; Том, Рассел (2016). «Прогноз мировых авиагрузов: 2016–2017 гг.» (PDF) . Самолет Боинг . Проверено 12 мая 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Новости FAI: 100 лет назад мечта об Икаре стала реальностью. Архивировано 13 января 2011 года на сайте Wayback Machine , опубликовано 17 декабря 2003 года. Проверено: 5 января 2007 года.
- ^ Jump up to: а б «Кейли, сэр Джордж: Британская энциклопедия 2007» . Британская энциклопедия Online , 25 августа 2007 г.
- ^ Музей Отто Лилиенталя. «Музей Отто Лилиенталя Анклам» . Lilienthal-museum.de . Проверено 4 марта 2022 г.
- ^ «Две авиакатастрофы за два дня и их связь с Гонконгом» . Южно-Китайская Морнинг Пост . 24 января 2019 года . Проверено 28 июня 2024 г.
- ^ ἀήρ , Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, Греко-английский лексикон , о Персее
- ^ «самолет» , Интернет-словарь Merriam-Webster.
- ^ πλάνος , Генри Джордж Лидделл, Роберт Скотт, Греко-английский лексикон , о Персее
- ^ самолет , Оксфордские словари
- ^ Jump up to: а б «Самолет» , Оксфордский словарь английского языка онлайн.
- ^ Авл Геллий , «Чердачные ночи», Книга X, 12.9 в LacusCurtius
- ^ «Архит Тарентский, Технологический музей Салоник, Македония, Греция» . Tmth.edu.gr. Архивировано из оригинала 26 декабря 2008 года . Проверено 30 мая 2013 г.
- ^ «Современная ракетная техника» . Прессконнектс.com . Проверено 30 мая 2013 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «История автоматов» . Automata.co.uk. Архивировано из оригинала 5 декабря 2002 года . Проверено 30 мая 2013 г.
- ^ Уайт, Линн. «Эйлмер из Малмсбери, авиатор одиннадцатого века: пример технологических инноваций, их контекста и традиций». Технология и культура , том 2, выпуск 2, 1961, стр. 97–111 (97–99 или 100–101).
- ^ «История авиации» . Проверено 26 июля 2009 г.
В 1799 году он впервые в истории изложил концепцию современного самолета. Кэли определил вектор сопротивления (параллельный потоку) и вектор подъемной силы (перпендикулярный потоку).
- ^ «Сэр Джордж Кэли (британский изобретатель и учёный)» . Британника . Проверено 26 июля 2009 г.
Английский пионер воздушной навигации и авиационной техники и конструктор первого успешного планера, способного поднять человека в воздух. Кэли разработал современную конфигурацию самолета как летательного аппарата с неподвижным крылом и отдельными системами подъемной силы, движения и управления еще в 1799 году.
- ^ Э. Хендриксон III, Кеннет. Энциклопедия промышленной революции в мировой истории, том 3 . п. 10.
- ^ Журнал истории Сан-Диего, июль 1968 г., Vol. 14, № 3
- ^ Берил, Беккер (1967). Мечты и реальность покорения небес . Нью-Йорк: Атенеум. стр. 124–125
- ^ Музей Отто Лилиенталя. «Музей Отто Лилиенталя Анклам» . Lilienthal-museum.de . Проверено 4 марта 2022 г.
- ^ «Проект планера Лилиенталя» . Дас ДЛР . Архивировано из оригинала 15 февраля 2020 года . Проверено 8 августа 2023 г.
- ^ Музей Отто Лилиенталя. «Музей Отто Лилиенталя Анклам» . Lilienthal-museum.de . Проверено 4 марта 2022 г.
- ^ Крауч 1989, стр. 226–228.
- ^ Инглис, Амира. «Харгрейв, Лоуренс (1850–1915)» . Австралийский биографический словарь . Том. 9. Издательство Мельбурнского университета . Проверено 5 июля 2010 г.
- ^ Гиббс-Смит, Чарльз Х. (3 апреля 1959 г.). «Прыжки и полеты: перекличка ранних взлетов с двигателем» . Полет . 75 (2619): 468. Архивировано из оригинала 2 марта 2012 года . Проверено 24 августа 2013 г.
- ^ «Европейская авиационно-оборонительная и космическая компания EADS NV: Эоль / Клеман Адер» . Архивировано из оригинала 20 октября 2007 года . Проверено 20 октября 2007 г.
- ^ Гиббс-Смит, Чарльз Гарвард (1968). Клеман Адер: его заявления о бегстве и его место в истории . Авиационные инженеры. Лондон: Канцелярия Ее Величества. п. 214.
- ^ «Бернардо Мальфитано — AirShowFan.com» . airshowfan.com . Архивировано из оригинала 30 марта 2013 года . Проверено 1 апреля 2015 г.
- ^ Джонс, Эрнест. «Сантос-Дюмон во Франции 1906–1916: самые ранние пташки» . Архивировано 16 марта 2016 г. на Wayback Machine Earlyaviators.com , 25 декабря 2006 г. Дата обращения: 17 августа 2009 г.
- ↑ В выпусках газеты во всех выпусках газеты рассказывается о полетах 14bis. Формулировка такая: «Этот подвиг - первый полет в мире, одобренный Аэроклубом Франции и очень молодой Международной авиационной федерацией (FAI). ."
- ^ Сантос-Дюмон: пионер авиации, денди Прекрасной эпохи.
- ^ Крауч, Том (1982). Блерио XI, История классического самолета . Издательство Смитсоновского института. стр. 21 и 22. ISBN 0-87474-345-1 .
- ^ К. Брунко, Леонард (1993). В движении: хронология достижений транспорта . Гейл Исследования. п. 192.
- ^ «Конкорд» остановлен навсегда . 10 апреля 2003 года . Проверено 18 декабря 2021 г.
- ^ Филсет, Тревор (4 декабря 2021 г.). «Почему Конкорды больше не летают?» . Национальный интерес . Проверено 18 декабря 2021 г.
- ^ Бомонт, РА; Авиационная техника , Одхамс, 1942 г., глава 13, «Воздушные винты».
- ^ Садрей, Мохаммад Х. (1 января 2017 г.). Летно-технические характеристики самолетов: инженерный подход . ЦРК Пресс. п. 137. ИСБН 9781498776561 .
- ^ Power Beaming. Архивировано 17 февраля 2013 г. на Wayback Machine Dfrc.nasa.gov.
- ^ Pipistrel расширяет линейку электрических самолетов (2013)
- ^ Камсти, Николас; Привет, Эндрю (22 июля 2015 г.). Реактивное движение: простое руководство по аэродинамике и термодинамике, а также характеристикам реактивных двигателей . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-316-43263-1 .
- ^ Jump up to: а б Эль-Сайед, Ахмед Ф. (6 июля 2017 г.). Авиационные силовые установки и газотурбинные двигатели . ЦРК Пресс. стр. 43, 770. ISBN. 978-1-4665-9517-0 .
- ^ «А вот и летающая дымоход» . Время . 26 ноября 1965 года. Архивировано из оригинала 8 апреля 2008 года . Проверено 8 апреля 2008 г.
- ^ Вебер, Ричард Дж.; Маккей, Джон С. (сентябрь 1958 г.). «Анализ прямоточных воздушно-реактивных двигателей, использующих сверхзвуковое сгорание» . ntrs.nasa.gov . Научно-техническая информация НАСА . Проверено 3 мая 2016 г.
- ^ Саттон, Джордж П.; Библарц, Оскар (27 декабря 2016 г.). Элементы ракетного движения . Джон Уайли и сыновья. п. 29. ISBN 978-1-118-75365-1 .
- ^ «Великобритания покинет регулятор авиационной безопасности ЕС в конце 2020 года» . Новости Би-би-си . 7 марта 2020 г. Проверено 19 декабря 2021 г.
- ^ Канада, Транспорт (15 октября 2019 г.). «Гражданская авиация» . Транспорт Канады . Проверено 19 декабря 2021 г.
- ^ «Аэрокосмическая сварка | Хеландер Металл» . Хеландер Металл . Проверено 27 декабря 2017 г.
- ^ «Наша миссия: Ваша безопасность» . ЕАСА . 2021. Архивировано из оригинала 11 июня 2020 года . Проверено 19 декабря 2021 г.
- ^ «Уменьшение шума» . Aviationbenefits.org . Проверено 15 апреля 2021 г.
- ^ Перди, Дон: AeroCrafter - Справочник по самодельным самолетам, пятое издание , страницы 1–164. BAI Communications, 15 июля 1998 г. ISBN 0-9636409-4-1
- ^ Порте, Тодд Р. (1991). Социальные реакции на большие технические системы: контроль или ожидание . Дордрехт: Springer Нидерланды. п. 128. ИСБН 978-9-40113-400-2 .
- ^ Кристиансен, Брайан, изд. (2016). Справочник по исследованиям в области управления глобальными цепочками поставок . Херши: Справочник по бизнес-науке. п. 211. ИСБН 978-1-46669-640-2 .
- ^ Крейн, Дейл (2012). Словарь авиационных терминов (5-е изд.). Ньюкасл, Вашингтон: Авиационные материалы и научные исследования. стр. 19, 271. ISBN. 978-1-56027-864-1 .
- ^ Акерт, Шеннон (2013). «Коммерческие аспекты настройки самолетов». Монитор самолета : 3.
- ^ Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание , стр. 224. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
- ^ Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание , стр. 86. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
- ^ Aviation Publishers Co. Limited, С нуля , стр. 10 (27-е исправленное издание) ISBN 0-9690054-9-0
- ^ Федеральное управление гражданской авиации (август 2008 г.). «Раздел 14: Аэронавтика и космос. ЧАСТЬ 1 — ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ» . Архивировано из оригинала 20 сентября 2008 года . Проверено 5 августа 2008 г.
- ^ Риски путешествия. Архивировано 7 сентября 2001 года в Wayback Machine . Numberwatch.co.uk.
- ^ Полет в опасность - 7 августа 1999 г. - New Scientist Space . Space.newscientist.com (7 августа 1999 г.).
- ^ Мантакос, Гарри, летать в штате Джорджия безопаснее, чем водить машину? , получено 13 мая 2012 г.
- ^ Пеннер, Джойс Э .; Листер, Дэвид; Григгс, Дэвид Дж.; Доккен, Дэвид Дж.; МакФарланд, Мак (1999). Авиация и глобальная атмосфера . Бибкод : 1999aga..book.....P . Архивировано из оригинала 29 июня 2007 года.
- ^ Лин, X.; Тренер М. и Лю, Южная Каролина (1988). «О нелинейности образования тропосферного озона» . Журнал геофизических исследований . 93 (Д12): 15879–15888. Бибкод : 1988JGR....9315879L . дои : 10.1029/JD093iD12p15879 .
- ^ Греве, В.; Д. Бруннер; М. Дамерис; Дж. Л. Гренфелл; Р. Хейн; Д. Шинделл; Дж. Штелин (июль 2001 г.). «Происхождение и изменчивость оксидов азота и озона в верхней тропосфере в северных средних широтах». Атмосферная среда . 35 (20): 3421–33. Бибкод : 2001AtmEn..35.3421G . дои : 10.1016/S1352-2310(01)00134-0 . hdl : 2060/20000060827 .
Библиография
- Блатнер, Дэвид. Книга о полетах: все, что вы когда-либо задумывались о полетах на самолетах . ISBN 0-8027-7691-4
Внешние ссылки
