Лятальны апарат

1843. Плянёр «Арыель» на рэклямным плякаце «Ariel Transit Company»

Лятальны апарат (ЛА) — прылада для кіраванага палёту ў атмасфэры або касьмічнай прасторы. ЛА падзяляюць на атмасфэрныя і касьмічныя. Атмасфэрныя ЛА ў сваю чаргу падзяляюць на 2 клясы: апараты цяжэйшыя за паветра і апараты лягчэйшыя за паветра.

Пад’ёмная сіла ЛА цяжэйшых за паветра мае пераважна аэрадынамічнае паходжаньне, то бок яна ўзьнікае праз хуткі рух у паветры самога апарата або яго частак. У некаторых апаратах выкарыстоўваецца таксама газадынамічны прынцып утварэньня пад’ёмнае сілы.

Найбольш пашыраным ЛА цяжэйшым за паветра ёсьць самалёт. Яго пад’ёмная сіла ўтвараецца ў асноўным крылом. Значна меншую ролю выконвае пад’ёмная сіла фюзэляжу і апярэньня.

Пад’ёмная сіла крыла зьмяняецца амаль прапарцыйна квадрату хуткасьці палёту. Пры малых хуткасьцях пад’ёмнай сілы крылаў недастаткова для адрыву самалёта ад паверхні зямлі. Для кожнага самалёта існуе мінімальная хуткасьць, пры якой пад’ёмная сіла крылаў роўная ваге самалёта. Таму пры ўзьлёце неабходны разьбег для дасягненьня гэтае хуткасьці, а пры прызямленьні — прабег, каб зьвесьці яе да нуля. Адсюль вынікае неабходнасьць будовы аэрадромаў з узьлётна-пасадачнымі палосамі. Зьмяншэньне мінімальнае хуткасьці і, адпаведна, скарачэньне даўжыні разьбегу і прабегу самалёта дасягаюцца павелічэньнем пад’ёмнай сілы крылаў празь іх мэханізацыю, зьдзіманьне памежнага слою з крыла, абдзіманьне крыла струменямі ад вінтоў ды іншымі спосабамі.

Пад’ёмная сіла можа ўтварацца і на нерухомым лятальным апараце. Для гэтага яго крылы мусяць рухацца адносна корпуса ЛА. Існуюць праекты ЛА з крыламі, якія рухаюцца, — арнітаптэры. Але найбольш вядомым апаратам гэтае клясы ёсьць вэрталёт (гэлікаптэр) — ЛА зь нясучым вінтом, які можна разглядаць як сыстэму крылаў, якія круцяцца ў плоскасьці, блізкае да гарызантальнае. Нахіленьнем плоскасьці кручэньня нясучага вінта да скіроўваньня палёту ствараецца ня толькі пад’ёмная сіла, але й цяга. У вінтакрыла пад’ёмная сіла ствараецца адначасова нясучым вінтом і крылом, а цяга — цягнучым і нясучым вінтамі. Існуюць самалёты зь вінтамі, плоскасьць кручэньня якіх можа зьмяняцца ад вэртыкальнае да гарызантальнае, — гэткія самалёты могуць зьдзяйсьняць вэртыкальныя ўзьлёт і пасадку.

Выкарыстаньне газадынамічнага прынцыпу пад’ёмнае сілы дазваляе й рэактыўнаму самалёту лятаць з малымі хуткасьцямі й нават «вісець», зьдзяйсьняць вэртыкальныя або скарочаныя ўзьлёт і пасадку. Гэта дасягаецца адхіленьнем уніз струменю рэактыўнага рухавіка праз паваротныя саплы альбо выкарыстаньне адмысловых вэртыкальна ўсталяваных рухавікоў.

Клясыфікацыя ЛА

Атмасфэрныя

Цяжэйшыя за паветра

ЛА цяжэйшыя за паветра дзеляцца на:

1. Маторныя, рух якіх забясьпечвае рухавік. Падразьдзяляюцца на:

• 1.1. Апараты з актыўным кіраваньнем памежным цячэньнем.
• 1.2. Апараты зь некіраваным памежным цячэньнем:

• 1.2.1. Вэрталёты, пад’ёмная сіла каторых утвараецца паветраным вінтом, які рухаецца вакол вэртыкальнай восі.

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

• 1.2.2.1. Крылатыя апараты зь нерухомым крылом: самалёты, крылатыя ракеты, экраналёты, экранапляны, мотадэльтапляны, параматоры.

• 1.2.2.2. Крылатыя апараты з рухомым крылом: гірапляны (іншыя назвы: гіракаптэры, ратапляны, аўтажыры) — крыло якіх свабодна рухаецца вакол вэртыкальнай восі пад узьдзеяньнем паветра, што набягае ў гарызантальным палёце; арнітаптэры (махалёты) — крыло якіх акрамя ўтварэньня пад’ёмнай сілы выконвае функцыю рухача ў гарызантальным палёце.

• 1.2.3. Вінтакрылы — апараты, якія зьдзяйсьняюць адрыў ад зямлі і набор вышыні падобна вэрталётам (гл. 1.2.1), а гарызантальны палёт — падобна апаратам зь нерухомым крылом (гл. 1.2.2.1).

2. Безматорныя аэрадынамічныя апараты, якія рухаюцца ў паветры з паступовым зьніжэньнем:

• 2.1. Плянёры, дэльтапляны, парапляны.
• 2.2. Парашуты.
• 2.3. Апараты касьмічных караблей, прызначаныя для спуску.

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

4. Безаэрадромныя самалёты з аэрастатычнаю разгрузкаю, у якіх спалучаныя найлепшыя якасьці дырыжабля, самалёта, вэрталёта і судна на паветранае падушцы. У такіх ЛА выкарыстоўваюцца тры прынцыпы ўтварэньня пад’ёмнае сілы: аэрастатычны, аэрадынамічны і рэактыўны.

Гісторыя распрацоўкі ЛА цяжэйшых за паветра

Старажытныя часы

Канструкцыі, якія маглі лятаць, зьявіліся яшчэ ў старажытныя часы. Дасьледнік Старажытнага Эгіпту Ісідор Ўільям Дэйчас знайшоў доказы, што ўжо ў 2500—1500 гг. да н. э. ў Старажытным Эгіпце існавалі плянэры (па-француску: planeur, ад planer — лунаць) — безматорныя ЛА для лунальнага палёту.

Наступныя выявы плянэра адносяцца да пачатку нашае эры. Падчас раскопак у пустыні, разьмешчанай у Пэру, дзе ў пачатку нашае эры жылі паракаскія індзейцы, археолягі знайшлі абрыс прадмета, названага пасьля «паракаскім кандэлябрам», а недалёка ад яго была знойдзеная пляцоўка для прызямленьня з «пасадачнымі палосамі» і выява «ружы вятроў». Спэцыялісты-авіятары не сумняваюцца, што «паракаскі кандэлябар» — гэта лятальны апарат, падобны да сучаснага плянэра.

Распрацоўка ЛА цяжэйшых за паветра

Тэхнічныя асаблівасьці лятальных апаратаў эпохі Сярэднявечча і пачатку Новага часу:

• яны былі разьлічаныя на лунаньне пры скоку з вышыні;
• яны ўяўлялі зь сябе прыдатак натуральных чалавечых органаў (то бок крылы прывязваліся да рук, а не чалавек знаходзіўся ўсярэдзіне апарата);
• першыя плянэры рабілі з такіх матэрыялаў, як пер’е, тканіна, скура, дрэва;
• ідэя пра неабходнасьць хваста, які выконвае ролю кіраваньня і балянсаванага цяжару, толькі высьпявала й яшчэ не ўвасобілася на практыцы.

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

Эскіз арнітаптэра Леанарда да Вінчы

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

Навуковец дэталёва распрацаваў некалькі тыпаў арнітаптэраў:

• арнітаптэр, у якім пілёт ляжыць (1485—1487);
• арнітаптэр, у якім пілёт знаходзіцца вэртыкальна (1495—1497);
• арнітаптэр-лодка (каля 1487 г.).

Эксіз гелікоптэра да Вінчы

Аднак пасьля глыбейшага вывучэньня мэханізму палёту птушак Леанарда да Вінчы прыйшоў да высновы, што не чалавек мусіць адштурхоўваць крыламі паветра, а вецер мусіць біць у крылы і несьці апарат у паветра. У выніку вынаходнік адмовіўся ад ідэі арнітаптэраў, якія рухаліся з дапамогаю мускульнай сілы, і распрацаваў праект апарата, прызначанага для балянсаваньня ў паветры, з крыламі абмежаванай рухомасьці.

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

У XVII стагодзьдзі навукоўцы Джавані Альфонса Барэлі і Робэрт Гук параўналі вагавыя і энэргетычныя характарыстыкі людзей і птушак і тэарэтычна абгрунтавалі правільнасьць ідэі Леанарда да Вінчы абмежаваць рухомасьць крылаў у лятальных апаратах.

У 1716 г. пабачыла сьвет першае друкаванае выданьне пра авіяцыю «Эскізы машыны для палёту ў паветры» Эмануіла Свэдэнборга. Гэты швэдзкі навуковец і вынаходнік зрабіў першыя эскізы плянэра, а таксама даказаў, што найважнейшаю ўмоваю палёта ёсьць наяўнасьць рухавіка.

Першыя палёты

У 1799 г. сэр Джордж Кейлі распрацаваў схему плянэра, якая, за выключэньнем вэртыкальнае праекцыі, цалкам адпавядае сучасным; гэтая мадэль была апрабаваная ў 1804 г. Наступныя пяцьдзясят гадоў Кейлі распрацоўваў фізыку палёту й удасканальваў канструкцыю плянэра, у выніку чаго быў збудаваны поўнамаштабны апарат, які ў 1849 г. зьдзейсьніў бесьпілётны палёт, а ў 1853 г. сэр Джордж Кейлі ажыцьцявіў першы пілятаваны палёт.

У 1848 г. Джон Стрынгфэлаў зьдзейсьніў у Ангельшчыне бесьпілётны палёт мадэлі з паравым рухавіком.

Жан-Мары Ле Бры і ягоная лятучая машына, 1868

У 1856 г. было праведзенае не зусім удалае выпрабаваньне плянэра зь фюзэляжам у выглядзе лодкі і крыламі як у альбатроса. Вынаходнік гэтага апарата — капітан далёкага плаваньня Жан-Мары Ле Бры. Праз 10 гадоў ён пабудаваў апарат удасканаленай канструкцыі дліною каля 6 мэтраў і з размахам крылаў 15 мэтраў. На новым плянэры Ле Бры зьдзейсьніў першы палёт, пры якім апарат падняўся вышэй за ўзровень старту, — ён праляцеў 30 мэтраў і пасьпяхова прызямліўся.

У 1870 г. быў пабудаваны першы арнітаптэр, які мог лятаць: апарат, сканструяваны Гюставам Труві (Gustave Trouvé's), праляцеў перад чальцамі Францускай Акадэміі навук 70 мэтраў.

Эдўард Фрост (Кембрыджшыр, Ангельшчына) у 1902 г. сканструяваў арнітаптэр зь вербалозу, шоўку і пер’я

Значны ўнёсак у тэорыю й практыку палётаў зрабіў нямецкі інжынэр Ота Ліліенталь. З 1891 па 1896 гг. ён сканструяваў і выпрабаваў 18 мадэляў манаплянаў і біплянаў. Менавіта гэты пілёт-дасьледнік упершыню распрацаваў канструкцыю біпляна — удалага балянснага плянэра з добрымі лётнымі характарыстыкамі.

У 1896 г. Октаў Шанют і Агастус Херрынг (ЗША) прапанавалі канструкцыю біпляна з прамавугольнымі крыламі, якая стане агульнапрызнанай ня толькі ў плянэрызьме, але й у самалётабудаваньні.

Першыя самалёты

У 1876 г. Нікалаўс Отта стварыў чатырохтактны газавы рухавік унутранага згараньня, і цяпер у чалавека быў матор, які быў здольны падняць ЛА ў неба. У 1880—1890-х гг. было зьдзейсьнена шмат спробаў сканструяваць ЛА, які лятаў бы з дапамогаю рухавіка. Аднак гэтыя намаганьні ня мелі посьпеху.

Першы пасьпяховы некіраваны палёт ЛА цяжэйшага за паветра з паравым рухавіком адбыўся 6 траўня 1896 г. у штаце Вірджынія, ЗША. Апарат, сканструяваны Самуэлем Пірпонтам Лэнглі, двойчы быў запушчаны з дапамогаю спружыннай катапульты і пасьля палётаў быў пасаджаны на ваду (у ім не было мэханізмаў прызямленьня).

Таксама ўдалыя досьледы з маторам правялі ўжо згаданыя амэрыканцы Шанют і Херрынг. Іхны матарызаваны трыплян меў крыжападобнае апярэньне і парныя шасі, а рухавік меў два вінты: адзін мусіў цягнуць, другі — штурхаць. ЛА разам з рухавіком важыў 40 кг. Гэты апарат праляцеў летам 1896 г. усяго 22 мэтры.

Наступны праект матарызаванага трыпляна распрацаваў у 1899 г. Пэрсі Пільчар (Ангельшчына), які плянаваў выкарыстаць бэнзінавы рухавік с паветраным вінтом-штурхачом. Гэты рухавік мусіў уключацца пасьля старту з узгорку. Аднак Пільчар загінуў і не пасьпеў выпрабаваць сваё тварэньне. У 2003 г. у школе аэранаўтыкі ва Ўнівэрсытэце Кранфілда было праведзенае дасьледаваньне, вынікі якога засьведчылі, што праект Пільчара быў цалкам зьдзяйсьняльным і ён мог бы ажыцьцявіць першы палёт на самалёце яшчэ да братоў Райт.

Першы палёт чалавека на ЛА з рухавіком быў зьдзейсьнены 14 жніўня 1901 г. у штаце Канэктыкут, ЗША. Густав Ўайтхед праляцеў тады каля 800 мэтраў на вышыні 15 мэтраў.

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

Наступны этап канструяваньня самалётаў зьвязаны зь дзейнасьцю амэрыканцаў Орвіла і Ўілбура Райтаў. Яны сталі першымі экспэрымэнтатарамі, якія навучыліся кіраваць палётамі ЛА з рухавіком, што зрабіла магчымым далейшае разьвіцьцё самалётабудаваньня. Пачынаючы з 1900 г. Райты сканструявалі і апрабавалі некалькі біплянаў, аднак далёкасьць іх палётаў была ня большая за 118 мэтраў. Браты надавалі шмат увагі ўдасканаленьню канструкцыі плянэраў і толькі ў 1902 г. ажыцьцявілі больш як тысячу палётаў.

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

Першыя вэрталёты

У 1877 г. Энрыка Фарланіні сканструяваў бесьпілётны вэрталёт з паравым рухавіком. Ён узьляцеў вэртыкальна на вышыню 13 мэтраў, дзе пратрымаўся каля 20 сэкундаў. У 1907 г. адбыўся першы палёт пілятаванага вэрталёта. Гэты вэрталёт быў сканструяваны Полем Корню.

Першыя гідрасамалёты

Першы гідрасамалёт быў сканструяваны францускім інжынэрам Анры Фабрам. У сакавіку 1910 г. ён узьляцеў з паверхні вады і праляцеў 800 мэтраў.

Далейшае разьвіцьцё самалётабудаваньня

Гады між Першай й Другой сусьветнымі войнамі адзначаныя значным прагрэсам у тэхналёгіі самалётабудаваньня. У гэты пэрыяд канструктары адмовіліся ад самалётаў, пабудаваных у асноўным з дрэва й тканіны, і перайшлі да цалкам алюмінавых апаратаў. Адбывалася хуткае разьвіцьцё рухавікоў: паступова іх магутнасьць павысілася з 700—800 да 2000 л.с., адначасова іх удзельная вага зьменшылася з 0,9 да 0,5 кг/л.с. У 1920—1930-я гг. у Ангельшчыне, Францыі, ЗША, Нямеччыне й іншых краінах зьявілася некалькі сотняў тыпаў вайсковых і грамадзянскіх самалётаў. Спачатку большасьць самалётаў былі пабудаваныя паводле біплянавай схемы, але ў сярэдзіне 1930-х гг. біпляны сталі выцясьняцца манаплянамі.

У 1937 г. на ангельскім самалёце Супэрмарын S. 6В быў устаноўлены рэкорд хуткасьці — 656 км/гадз.

Разьвіцьцё рэактыўных рухавікоў

Heinkel He 178 V2 — першы практычна прыменены рэактыўны самалёт Нямеччыны

У другой палове 1930-х гг. у Ангельшчыне, Нямеччыне, Італіі, ЗША і СССР ішла праца над стварэньнем рэактыўных рухавікоў. У Ангельшчыне Фрэнк Ўітл запатэнтаваў распрацаваны ім рэактыўны рухавік у 1930 г. У Нямеччыне Ганс фон Агайн запатэнтаваў сваю вэрсію рэактыўнага рухавіка ў 1936 г.

Першым практычна прымененым рэактыўным самалётам стаў Heinkel He 178 (Нямеччына), які зрабіў першы палёт у 1939 г. Першая крылатая ракета Фаў-1, першая балістычная ракета Фаў-2 і першая кіраваная ракета Bachem Ba 349 таксама распрацаваныя ў Нямеччыне. На ангельскім самалёце Глостэр Мэтэор IV 7 лістапада 1945 г. быў устаноўлены сусьветны рэкорд хуткасьці таго часу — 969,9 км/гадз.

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

Разьвіцьцё звышгукавых хуткасьцяў

Bell X-1 — першы экспэрымэнтальны самалёт ВПС ЗША, які пераадолеў гукавы бар’ер

Дасьледаваньні законаў аэрадынамікі й посьпехі ў стварэньні ўсё больш магутных рэактыўных рухавікоў дазволілі пераадолець гукавы бар’ер: хуткасьць самалёта ў гарызантальным палёце перавысіла хуткасьць гука. Упершыню гэта адбылося ў кастрычніку 1947 г. на самалёце з ракетным рухавіком Bell X-1, які пілятаваў Чарлз Егер.

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

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

У 1969 г. зьдзейсьніў свой першы палёт Boeing 747 — і цяпер адзін з самых распаўсюджаных буйных (шырокафюзэляжных) пасажырскіх самалётаў, які штогод перавозіць мільёны пасажыраў. У 1976 г. British Airways пачалі трансатлянтычныя рэйсы на звышгукавым самалёце Канкорд.

Апошнія дасягненьні

У канцы XX ст. ў межах навукова-дасьледчых і досьледна-канструктарскіх работ ААТ «Цюменьэкатранс» распрацаваны прынцыпова новы тып ЛА — безаэрадромны самалёт з аэрастатычнаю разгрузкаю, у якім спалучаюцца найлепшыя якасьці дырыжабля, самалёта, вэрталёта і судна на паветранае падушцы. Пілатаваная мадэль пацьвердзіла ў 1995—1996 гг. жыцьцяздольнасьць праекту. У сярэдзіне 1990-х гг. быў пабудаваны і пасьпяхова прайшоў лётныя выпрабаваньні паменшаны пілятаваны аналяг безаэрадромнага самалёта «Бэлла», авіяносьбіт якога рэалізаваны ў палегчанае вэрсіі. Цяжкі транспартны варыянт безаэрадромнага самалёта «Фіялка», прызначанага для перавозкі буйнагабарытных грузаў, пакуль знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі.

У пачатку XXI стагодзьдзя ў разьвіцьці дагукавой авіяцыі выявілася тэндэнцыя на стварэньне дыстанцыйна кіраваных або цалкам аўтаномных транспартных сродкаў. Зьявілася шмат бесьпілётных ЛА. У красавіку 2001 г. бесьпілётны самалёт RQ-4 Global Hawk праляцеў ад авіябазы Эдўардс у ЗША да Аўстраліі без прыпынкаў і дазаправак. Час палёту склаў 23 гадзіны 23 хвіліны — гэта самы доўгі пералёт між двума пунктамі, калі-небудзь ажыцьцёўлены бесьпілётным самалётам.

У кастрычніку 2003 г. адбыўся першы цалкам аўтаномны пералёт самалёта, кіраванага кампутарам.

Глядзіце таксама

• Авіямадэлізм

Вонкавыя спасылкі

• First Flyers -- They're not who you think... by Richard Harris  (анг.)
• Большая советская энциклопедия. Авиация  (рас.)  (анг.)
• Большая советская энциклопедия. Летательный аппарат  (рас.)
• First Powdered Flight - Plane Truth
• The five first flights. The Slope and Winds of Big Kill Devil Hill - The First Flight Reconsidered  (анг.)
• Плянер - преемник воздушного зьмея. Рождение практического плянеризма  (рас.)
• Летательные аппараты с машущими крыльями(недаступная спасылка)
• Д.А. Соболев. Идея полёта в трудах Леонардо да Винчи  (рас.)