Летательные аппараты

Силовая установка

Именно за счет работы двигателя авиалайнер приводится в движение. Силовая установка обычно располагается либо на фюзеляже, либо под крылом. Чтобы понять, как работает самолет, надо разобраться в устройстве его двигателя. Основные детали:

• турбина;
• вентилятор;
• компрессор;
• камера сгорания;
• сопло.

В начале турбины расположен вентилятор. Он обеспечивает сразу две функции: нагнетает воздух и охлаждает все составляющие мотора. За этим элементом находится компрессор. Под большим давлением он переносит поток воздуха в камеру сгорания. Здесь воздух перемешивается с топливом, и полученная смесь поджигается. После этого поток направляется в основную часть турбины, и она начинает вращаться. Устройство турбины самолета обеспечивает вращение вентилятора. Таким образом обеспечивается замкнутая система. Для работы двигателя требуется лишь постоянно подводить воздух и топливо.

Сборка простых самолётов

Первые опыты. Успешные и не очень

Арт-объект «Летатлин» был призван вдохновлять и летать не умел

Пока одни развивали теорию машущего (и обычного) полета, другие лица России активно строили конструкции, по мнению разработчиков, способные перевозить человека.

Одним из первых в 1895 году был продемонстрирован незаконченный орнитоптер конструкции А.Н. Костикова-Алмазова с высотой около 4 метров. Создатель попытался собрать средства для завершения изготовления и проведения экспериментов, но спонсоры так и не были найдены.

Работавшему примерно в эти же годы В.А. Татаринову повезло чуть больше — ему удалось получить правительственное финансирование, которое использовалось для постройки орнитоптера зонтичными крыльями с самостоятельно открывающимися клапанами. Однако и эта работа не была окончена.

А вот аппараты Татаринова должны были, по мнению самого автора

Первый махолёт, построенный в России в начале ХХ века больше известен как орнитоптер Смурова. Аппарат имел мотоциклетный двигатель в 3,5 л.с., от которого имелся привод на крылья и колёса.

По замыслу автора, аппарат должен был разгоняться на старте тяговым усилием своих передних колёс от двигателя, а после переключения двигателя на крылья — взлетать.

Зато орнитоптер Смурова смог совершить полет

Аппарат был испытан в 1913 году на московском аэродроме в присутствии Н.Е. Жуковского, но не взлетел.

В 1908 году, в городе Тифлис на Махатской горе, состоялась серия из тридцати успешных полётов мускульного орнитоптера-планера с ножным педальным приводом А.В. Щиукова. Однако, этот аппарат не получил развития.

Классификация самолётов

Классификация самолётов может быть дана по различным признакам — по назначению, по конструктивным признакам, по типу двигателей, по лётно-техническим параметрам и т.д и т. п.

По назначению

• Военные:
  • воздушный авианосец
  • десантные
  • истребители
  • истребители-бомбардировщики
  • корректировщики
  • многоцелевые и специальные
  • перехватчики
  • ракетоносцы
  • разведчики
  • топливозаправщики
  • транспортные
  • фронтовые бомбардировщики
  • штурмовики
• Гражданские:
  • пассажирские — перевозка пассажиров
  • почтовые — доставка почты
  • сельскохозяйственные — обработка сельскохозяйственных угодий
  • специальные:
    • экспериментальные — проведение лётных экспериментов
    • санитарные — оказание срочной медицинской помощи
    • геологоразведочные — воздушная разведка недр
    • пожарные — для тушения в основном лесных пожаров
    • и др.
  • спортивные — занятия авиационным спортом
  • транспортные — транспортировка грузов
  • учебно-тренировочные — обучение лётного состава

По взлётной массе

• 1-го класса (75 т и более)
• 2-го класса (от 30 до 75 т)
• 3-го класса (от 10 до 30 т)
• 4-го класса (до 10 т)
• легкомоторные
• сверхлёгкие (до 495 кг)

Класс самолёта связан с классом аэродрома, способного принять самолёт данного типа.

По типу и числу двигателей

• По типу силовой установки:
  • поршневые (ПД) (Ан-2)
  • турбовинтовые (ТВД) (Ан-24, Ан-3)
  • турбореактивные(ТРД) (Ту-154)
  • с ракетными двигателями
  • с комбинированной силовой установкой (КСУ)
• По числу двигателей:
  • однодвигательные (Ан-3)
  • двухдвигательные (Ан-26)
  • трёхдвигательные (Ту-154)
  • четырёхдвигательные (Ан-124 «Руслан»)
  • пятидвигательные (He-111Z)
  • шестидвигательные (Ан-225 «Мрия»)
  • семидвигательные (К-7)
  • восьмидвигательные (АНТ-20, Boeing B-52)
  • десятидвигательные (Convair B-36J)
  • двенадцатидвигательные (Dornier Do X)

По компоновочной схеме

Классификация по данному признаку является наиболее многовариантной. Предлагается часть основных вариантов:

• По числу крыльев:
  • монопланы
  • полуторопланы
  • бипланы
  • трипланы
  • полипланы
• По расположению крыла (для монопланов):
  • высокопланы
  • среднепланы
  • низкопланы
  • парасоль
• По расположению хвостового оперения:
  • нормальная аэродинамическая схема (оперение сзади)
  • бесхвостка
  • летающее крыло (разновидность схемы «бесхвостка»)
  • типа «утка» (оперение спереди);
• По типу и размерам фюзеляжа:
  • однофюзеляжные;
    • узкофюзеляжные;
    • широкофюзеляжные;
  • двухбалочной схемы («рама»);
  • бесфюзеляжные («летающее крыло»).
  • Двухпалубный самолёт
• По типу шасси:
  • Сухопутные;
    • с колёсным шасси;
      • с хвостовой опорой;
      • с передней опорой;
      • велосипедного типа опорой;
    • с лыжным шасси;
    • с гусеничным шасси;
  • Гидросамолёты;
    • амфибии;
    • поплавковые;
    • «летающие лодки».

По скорости полёта

• дозвуковые (до 0,7-0,8 Маха)
• трансзвуковые (от 0,7-0,8 до 1,2 М)
• сверхзвуковые (от 1,2 до 5 М)
• гиперзвуковые (свыше 5 М)

Принцип работы турбовентиляторного двигателя

Турбовентиляторный двигатель технологически очень сложное изделие, но работающее по довольно простому и понятному принципу. Расскажем, о его устройстве и какие процессы и как в нём протекают. Сначала разберёмся с терминами. Слово турбовентиляторный произошло от английского turbofan, причём англоязычный мир имеет под словом turbofan абсолютно любой двухконтурный турбореактивный двигатель.

При этом они разделяют их с низкой и высокой степенью двухконтурности соответственно, а степень двухконтурности – это параметр, который показывает отношение расхода массы воздуха через внешний контур к расходу во внутреннем. Итак, неотъемлемое свойство турбовентиляторного двигателя высокая степень двухконтурности – для современных изделий от 4 и выше.

Чтобы как можно больше воздуха расходовать через внешний контур используется вентилятор большого диаметра, энергия для его вращения появляется за счёт работы внутреннего контура и в этом заключается суть работы турбовентиляторного двигателя, где с помощью вентилятора создаётся около 80% всей тяги.

Рассмотрим типичное устройство и как это работает. Турбовентиляторный двигатель имеет внешний и внутренний контуры. На входе в двигатель имеется вентилятор большого диаметра, который подаёт воздух в оба контура, устройство внутреннего контура подобно обычному турбореактивному двигателю, который состоит из компрессора, турбины, камеры сгорания и реактивного сопла.

Сначала воздух, немного увеличив давление, после вентилятора попадает в компрессор низкого давления, затем он попадает в компрессор высокого давления, который вращается в несколько раз быстрее. После прохождения обоих компрессоров, воздух, сжатый более чем в 30 раз и сильно нагретый от высокого давления попадает в камеру сгорания. Здесь он смешивается с топливом, которое подаётся с помощью форсунок и поджигается. Далее раскалённый газ с температурой около 1600 градусов и выше начинает совершать полезную работу.

Сначала он попадает в турбину высокого давления, которая заставляет вращаться, находящийся с ней на одном валу компрессор высокого давления. Затем, потратив часть энергии и снизив свою температуру, раскаленный газ попадает в турбину низкого давления, которая находится на одном валу с компрессором и вентилятором. Потеряв большую часть энергии, раскалённый газ попадает в сопло и совершает последнее полезное действие – создаёт реактивную тягу. Таков принцип работы внутреннего контура, который создаёт лишь 20% всей тяги вентиляторного двигателя.

Принцип работы внешнего контура. Турбина низкого давления, находящаяся на одном валу с вентилятором, заставляет его вращаться, воздух, пройдя через лопатки вентилятора и немного увеличив своё давление, проходит через спрямляющий аппарат, его неподвижные лопатки поворачивают поток воздуха в осевом направлении, заодно повышая его давление. Затем воздушный поток попадает в сопло, где создаётся реактивная тяга.

Вот и весь принцип работы вентиляторного двигателя. Разумеется, каждый конкретный двигатель имеет свои особенности и различия, больше всего они касаются устройства внутреннего контура, но схема исполнения всегда остаётся плюс минус одинаковой. Обычно разница заключается в количестве ступеней компрессора и турбины, также помимо двухвальной схемы используется и трёхвальная, когда вентилятор и компрессор низкого давления больше не связаны, в таком случае используется промежуточная турбина, которая вращает только компрессор низкого давления на отдельном валу.

Ещё один способ увеличения эффективности конструкции – это установка редуктора на валу, который соединяет турбину низкого давления и вентилятор, такое решение позволяет им работать на оптимальных для себя режимах. Устройство внешнего контура также может иметь заметные отличия. При относительно небольшой степени двухконтурности в двигателе может использоваться смешение потоков, где газ из обоих контуров попадает в единую камеру сгорания и покидает через общее сопло.

Но, такая схема не подходит для более габаритных двигателей с высокой степенью двухконтурности, так как масса двигателя значительно вырастет, поэтому практически во всех вентиляторных двигателях потоки не смешиваются и длина внешнего контура всегда меньше внутреннего. Вот собственно и всё – таков принцип и способы повышения эффективности работы турбовентиляторного двигателя.

Источник

Крылья

Перечисляя основные части самолета, нельзя не упомянуть крылья. Крыло летательного аппарата состоит из двух консолей: правой и левой. Главная функция этого элемента заключается в создании подъемной силы. В качестве дополнительной помощи для этих целей многие современные самолеты имеют фюзеляж с плоской нижней поверхностью.

Крылья самолета также оснащены необходимыми «органами» для управления во время полета, а именно для осуществления поворотов в ту или иную сторону. Для улучшения характеристик взлета и посадки крылья дополнительно оснащены взлетно-посадочными механизмами. Они регулируют движение самолета в момент взлета, пробега, а также осуществляют контроль взлетной и посадочной скоростей. В некоторых моделях устройство крыла самолета позволяет размещать в нем топливо.

Помимо двух консолей крылья также оснащены двумя элеронами. Это подвижные составляющие, благодаря которым удается управлять воздушным судном относительно продольной оси. Функционируют эти элементы синхронно. Однако отклоняются они в разные стороны. Если один наклоняется вверх, то второй – вниз. Подъемная сила на консоли, отклоненной вверх, уменьшается. За счет этого осуществляется вращение фюзеляжа.

Вертикальное оперение

Виды и устройство стабилизаторов

На данный момент наиболее распространенными являются корректирующие стабилизаторы, отличающиеся компактными габаритами и высокими показателями точности стабилизации напряжений на выходе.

К основным видам стабилизаторов напряжения относятся:

· Релейные стабилизаторы напряжения. Специальное реле внутри прибора переключает обмотки автоматически при изменении параметров напряжения на входе. Плавность и точность ступенчатой стабилизации зависит от количества ступеней и силовых ключей. Это подходящие стабилизаторы напряжения для дачи и отдельных единиц техники. Основные плюсы: надежная защита от скачков напряжения, доступная цена, компактный корпус. Недостаток – реле со временем изнашивается и возникает необходимость в его замене;

· Электромеханические стабилизаторы напряжения. Принцип действия заключается в перемещении регулирующего ползунка по трансформатору. Отличительной особенностью устройств данного типа является высокая плавность и точность стабилизации, благодаря чему они могут применяться для защиты любой домашней и промышленной техники. Основной недостаток – низкая скорость реакции на изменение параметров входящего напряжения, которая может привести к защитному отключению нагрузки;

· Электронные стабилизаторы напряжения. Быстродействующие полупроводниковые приборы, осуществляющие коммутацию между обмотками посредством симисторов (или тиристоров). Преимуществами устройств этого типа является высокая точность и скорость регулирования, низкий уровень шума и относительная компактность. Это оптимальные стабилизаторы напряжения для газовых котлов, домашней, офисной и производственной техники, однако их стоимость выше, чем у других стабилизирующих устройств;

· Инверторные стабилизаторы напряжения. Регулирование напряжений происходит за счет двойного преобразования энергии при помощи микроконтроллера и встроенного генератора. Такие устройства обладают высокой точностью и скоростью стабилизации, а также расширенным рабочим диапазоном входящих напряжений и повышенной защитой от импульсных помех, благодаря чему используются в промышленности, медицине и науке. Основной недостаток – сложность технического обслуживания и высокая стоимость;

· Линейные стабилизаторы напряжения. Для стабилизации используются катушки с электромагнитным наконечником. Это наиболее простая схема, поэтому такие стабилизаторы используются для защиты отдельных единиц техники со средними требованиями к качеству электропитания.

Классификация по конструктивным признакам

В зависимости от количества крыльев различают моноплан (одно крыло), биплан (два крыла) и полутораплан (одно крыло короче, чем другое).

В свою очередь монопланы делят на низкопланы, среднепланы и высокопланы. В основу этой классификации лежит расположение крыльев возле фюзеляжа.

Если говорить об оперении, то можно выделить классическую схему (оперение сзади крыльев), тип “утка” (оперение перед крылом) и “бесхвостка” (оперение — на крыле).

По типу шасси воздушные судна бывают сухопутными, гидросамолеты и амфибии (те гидросамолеты, на которые установили колесные шасси).

Есть разные виды самолетов и по видам фюзеляжа. Различают узкофюзеляжные и широкофюзеляжные самолеты. Последние — это, в основном, двухпалубные пассажирские лайнеры. Наверху находятся места пассажиров, а внизу — багажные отсеки.

Вот что из себя представляет классификация самолетов по конструктивным признакам.

https://youtube.com/watch?v=arubWOnDMuo%26t%3D218s

Примечания

1. ↑  (неопр.). Проверено 1 июня 2010. 10 февраля 2012 года.
2. ↑  (неопр.) (недоступная ссылка). Проверено 1 июня 2010. 2 сентября 2009 года.
3. ↑  (неопр.). Проверено 1 июня 2010. 10 февраля 2012 года.
4. ↑ Предкрылок // Авиация. Энциклопедия / Гл. ред. Г. П. Свищев. — Большая Российская энциклопедия, 1994. — С. 445. — 736 с. — ISBN 5-85270-086-X.
5. ↑  (неопр.). Проверено 1 июня 2010. 10 февраля 2012 года.

Лётно-технические характеристики

Системы управления воздушным лайнером

Каждый пассажирский самолет имеет сложную систему управления. Такие системы можно разделить на три отдельных группы:

1. Ручную систему управления.
2. Полуавтоматическую систему управления.
3. Автоматическую систему управления.

К пилотированию самолетов с ручной системой управления допускаются лишь опытные специалисты. Во время полета на таком лайнере, командир экипажа должен управлять всеми системами воздушного судна. Ему нужно контролировать не только положение лайнера, но и угол его наклона

Следует обратить внимание на то, что для того, чтобы удерживать штурвал в нужном положении на протяжении многих часов, требуется весьма внушительная физическая сила. В большинстве современных пассажирских лайнеров устанавливается полуавтоматическая или автоматическая система управления. Наличие этой системы позволяет создать максимальную безопасность и исключить катастрофические последствия, возникающие по причине человеческого фактора

Наличие этой системы позволяет создать максимальную безопасность и исключить катастрофические последствия, возникающие по причине человеческого фактора.

Достоинством полуавтоматической системы является наличие на борту лайнера специальных узлов и технических приборов, предназначенных для упрощения процесса управления воздушным судном. Несмотря на наличие «умной» электроники, пилоту нужно постоянно следить за многочисленными параметрами. Полностью автоматическая система позволяет активировать автопилот, который будет управлять самолетом после его подъема в воздух. В этом случае, пилоту нужно лишь совершить взлет и осуществить посадку в конечной точке маршрута.

Рули управления

По мнению экспертов, управление воздушным лайнером значительно сложнее управления другими транспортными средствами. В каждом воздушном судне устанавливается несколько рулей управления, отвечающих за разные действия. Управление такой системой предполагает сильную физическую нагрузку. Самолет в отличие от других транспортных средств может не только поворачивать в разные стороны, но и вращаться на триста шестьдесят градусов. С помощью рулей управления пилот управляет направлением судна, контролирует отклоняемые элероны и высоту.

Чаще всего основная часть полета проходит в автоматическом режиме

Система координат

Воздушное судно перемещается по сложной траектории, для описания которой используется осевая система координат. Передвижение воздушного транспортного средства осуществляется по следующим осям:

1. Продольная – ось ОХ.
2. Вертикальная – ось OY.
3. Поперечная – ось OZ.

Оси вращаются и движутся так же, как и само воздушное судно и проходят сквозь центральную точку масс. Основной осью является ось ОХ, которую часто именуют строительной координатой. Эта ось закладывается на момент проектировки воздушного корабля. Вращаясь вокруг этой оси, воздушное судно приподнимает консоль на одном крыле и в это же время опускает другую. Этот манёвр обозначается при помощи термина «крен». Пилот управляет наклоном воздушного судна с помощью специального элерона.

Вертикальная ось перпендикулярна продольной координате. Эта ось расположена в плоскости симметрии лайнера. Передвижение по этой оси обозначается при помощи термина «рыскание». Для того чтобы управлять передвижением лайнера по этой оси, пилоты используют специальный руль управления. Смещение положения этого руля позволяет отклонить в правую или левую сторону нос воздушного судна.

Поперечная ось расположена в перпендикулярном положении от координаты OY. При перемещении по этой оси самолет приподнимает или опускает носовую часть. Данный манёвр получил название «тангаж». Угол между продольной и поперечной осью именуется углом тангажа. Уменьшение этого угла приводит к тому, что лайнер начинает пикировать, а увеличение влечет за собой стремительный набор высоты.

Штурвал

В кабине воздушного судна установлен штурвал, обладающий функциями, которые можно сравнить с функциями стандартного транспортного средства. С помощью штурвала пилот регулирует положение носовой части судна и угол его наклона. Рядом с сиденьем пилота устанавливается аппарат, регулирующий уровень горючего, и кнопка впуска топлива. Довольно интересен тот факт, что разворот лайнера на взлетной полосе осуществляется не с помощью штурвала, а благодаря специальным педалям, расположенным под креслом командира.

Во время полета командир экипажа должен не только контролировать штурвал, но и следить за приборной панелью. Системы лайнера выводят на жидкокристаллический экран следующую информацию:

• Текущая скорость;
• Выбранный курс;
• Набранная высота.

Для управления самолета предусмотрена сложная система