Что Такое Самолет: История, Конструкция и Классификация

Самолёт (устаревшее название - аэроплан) - это летательный аппарат тяжелее воздуха, предназначенный для полётов в атмосфере с использованием силовой установки, создающей тягу, и крыльев, генерирующих подъёмную силу. Исторически сложилось, что самолётами называют летательные аппараты, управляемые экипажем или пилотом.

Широкофюзеляжный двухпалубный четырёхдвигательный реактивный пассажирский авиалайнер А-380

Слово «самолёт» было предложено капитаном 1 ранга Н. М. Соковниным в 1857 году для обозначения управляемого аэростата. В значении, близком к современному, это слово впервые употребил в России журналист и писатель А. В. Эвальд в статье «О воздухоплавании», опубликованной в 1863 году в газете «Голос». Эвальд предложил идею летательного аппарата тяжелее воздуха, использующего неподвижную несущую поверхность для создания подъёмной силы и архимедов винт, приводимый в движение двигателем, для создания тяги.

История создания самолетов

Самолёты появились более ста лет назад и стали одним из самых важных достижений в области транспорта. Они развивались с течением времени, становясь все более безопасными, быстрыми и эффективными. Первый самолёт был сконструирован и построен братьями Вилбуром и Орвиллом Райт в конце XIX века.

В 1899 году они начали конструировать первый пилотируемый самолёт, который был назван «Флайер». В 1903 году братья Райт провели серию испытаний на поле в Китти Хоук, штат Северная Каролина. Их усилия были вознаграждены, когда 17 декабря 1903 года Вилбур Райт совершил первый удачный полёт на самолёте «Флайер». Полёт длился всего 12 секунд и пройденное расстояние составило всего 36 метров, но это стало историческим событием - первым управляемым полётом человека.

Первый полет братьев Райт

Первый реактивный самолет стал революцией в авиапромышленной области. Он позволил увеличить скорость и маневренность летательных аппаратов. После появления нового изобретения ученые сфокусировались на конструкции самолета и на самом моторе, чтобы улучшить его показатели. Сейчас фюзеляж почти идеальный, поэтому он остается неизменным, но сам мотор продолжают улучшать для увеличения тяги и снижения потребления топлива.

Первые реактивные самолеты

Считается, что самолет с реактивным двигателем появился в 1910 году. Тогда конструктор Анри Коанда создал модель поршневого двигателя, а компрессор с лопастями запускал движение.
Первый в мире самолет с реактивным двигателем, прошедший испытания, был немецкий He.176. Его полет состоялся 20 июня 1939 года. Несмотря на его довоенное создание, реактивная авиация стала активно применяться только к середине мировой войны. До этого использовались турбовинтовые самолеты. Конструкторы изменили строение летательного аппарата по сравнению с моделью Коанда, убрав двигатель от пилота.

Первым устройством на ракетной тяге стал Lippisch Ente, который поднялся в воздух в 1928 году. Интересно, что официальным изобретателем реактивного двигателя стал Фрэнк Уиттл из Великобритании. Мировые прототипы реактивных самолетов создавались в США, Великобритании, Германии, Франции и в других странах мира.Германия стала первой страной, которая изобрела такой самолет. Когда у Германии появились реактивные боевые летательные аппараты, весь мир удивился. В проектировании участвовали лучшие немецкие конструкторы. Наиболее успешным проектом стал Messerschmitt Ме-262. Он прошел все испытания и поднялся в небо. Его первым начали выпускать серийно. Изобретатели этой модели в инструкции указали, что при достижении высокой скорости пилот теряет контроль над летательным аппаратом, поэтому самолет начинает непроизвольно выполнять пике в воздухе.

Важно знать, кто стал автором идеи создания реактивного двигателя внутри страны. Это был К.Э. Циолковский, а воплотить эту идею удалось конструктору А.М. Люльке. Он заявил, что прототип на новых двигателях сможет двигаться со скоростью до 900 км/ч. Для того времени такое заявление было абсурдным, но конструкторское бюро приступило к работе. Первый прототип из полностью советских комплектующих практически был создан в 1941 году. СССР также вели разработки А.Я. Березняк и А.М. Исаев. Они тоже хотели придумать самолет-перехватчик на новом типе двигателей. Проект одобрили, а конструкторы приступили к работе. Вскоре появился прототип БИ-1. После катастрофы разработки позволили усовершенствовать устройство, сделав его безопаснее. В 1943 году проект был заморожен.

МиГ-9 стал первой советской машиной без импортных комплектующих. Прототипом для создания советского реактивного двигателя послужил трофейный Jumo 004. Советский мотор назвали РД-10. РД-10 выпускался серийно до 1953 года. Конструкторы модифицировали его, повысив КПД и длительность эксплуатации.

Советское руководство не устраивало отставание от других мировых держав в области авиастроения, поэтому оно сфокусировалось на разработках в этой сфере. Появляющиеся новые двигатели и прототипы самолетов стали началом новой эры для советской авиации. Инженеры А.И. Микоян и П.О. Сухой предложили установить еще один мотор для ускорения, когда это необходимо.

После войны создавались прототипы самолетов, которые в дальнейшем послужили созданию современных авиалайнеров. После завершения войны реактивная авиация стала развиваться активно во всех странах. Почти каждый час, оборудованные современной боевой экипировкой, самолеты взлетали для проведения тестового полета. Самолеты Як и МиГ стали успешными в Советском Союзе. Конструкторы использовали современные технологии, которые позволили самолетам стать конкурентоспособными. Они использовались во вьетнамской войне, в Афганистане, в других вооруженных конфликтах.

Стоит считать началом истории гражданской реактивной авиации первый коммерческий пассажирский рейс. В июле 1954 года свой первый рейс выполнил Boeing 707. Советский Ту-104 поднялся в небо в июне 1955 года. Условия полета на таком самолете происходят в других условиях аэродинамики. Невозможно было достичь сверхзвуковой скорости за счет увеличения мощности двигателей, требовалось менять конструкцию фюзеляжа. Первый самолет, который преодолел скорость звука - МиГ-17Ф. Его запустили в серийное производство в 1952 году. Единственный пассажирский сверхзвуковой лайнер был Конкорд (Франция).

После пандемии COVID-19 широкофюзеляжные пассажирские лайнеры перестали пользоваться спросом из-за резкого снижения пассажиропотока. Реактивная авиация продолжает развиваться, перед конструкторами стоят задачи по увеличению экономической эффективности и по преодолению звукового барьера с меньшими затратами топлива.

Конструкция самолета

Самолет включает в себя планёр (совокупность фюзеляжа, крыла, оперения, шасси), силовую установку, систему бортового оборудования (в том числе авионику). Для получения тепловой энергии, преобразующейся в силовой установке в тяговое усилие воздушного винта или в реактивную силу струи рабочего тела, используют авиационное топливо. Управление полётом самолёта производится аэродинамическими (воздушные рули, закрылки, несущие поверхности изменяемой геометрии и др.) или газодинамическими (изменение вектора тяги двигателя) органами управления.

По конструктивным признакам самолёт должен обеспечивать высокие аэродинамические характеристики (максимальную подъёмную силу при минимальном лобовом сопротивлении), обладать необходимой прочностью, жёсткостью, живучестью и выносливостью при минимальном весе, быть технологичным в производстве и обслуживании.

Существует множество различных моделей самолётов, от небольших лёгких самолётов до крупных пассажирских лайнеров и военных истребителей. Самолёт состоит из нескольких основных частей, таких как фюзеляж, крыло, шасси, система управления, хвостовая часть и двигатели. Технологии и материалы, используемые для конструкции самолётов, постоянно совершенствуются для повышения эффективности и безопасности полётов. С развитием технологий авиации самолёты стали всё более совершенными и безопасными. Системы навигации, автопилоты, новые материалы для конструкции стали стандартом в современных самолётах.

Основные части самолета

Классификация самолётов

Классификация самолётов производится по конструктивным признакам (в том числе по числу несущих поверхностей, аэродинамической схеме, силовой установке), лётно-техническим характеристикам, системе бортового оборудования, назначению (гражданские и военные) и др. Различают самолёты экспериментальные, опытные, серийные.

Конструктивные признаки

По числу несущих поверхностей (крыльев) различают:

• Моноплан (основной тип современного самолёта).
• Биплан.
• Полутораплан (биплан, площадь нижнего крыла которого значительно меньше площади верхнего).
• Триплан (3 несущие поверхности расположены друг под другом).
• Полиплан (самолёт с 4 и более главными несущими поверхностями).

В зависимости от взаимного расположения крыла и горизонтального оперения выделяют следующие основные аэродинамические схемы самолёта: нормальная аэродинамическая, «утка», «бесхвостка», летающее крыло.

Силовая установка самолёта состоит из авиационного двигателя и движителя (винтового, реактивного), а также топливной, масляной, противопожарной систем и др. По типу двигателей в силовой установке различают:

• Поршневые двигатели.
• Газотурбинные двигатели (в том числе турбовинтовые двигатели).
• Воздушнореактивные двигатели (ВРД), в том числе прямоточные (ПВРД) и пульсирующие (ПуВРД), гиперзвуковые прямоточные (ГПВРД), турбореактивные двигатели.

По числу двигателей самолёты бывают от однодвигательных до четырнадцатидвигательных.

Лётно-технические характеристики

Лётно-технические характеристики представляют комплекс количественных показателей, определяющих возможности летательного аппарата выполнять своё целевое назначение, как то: скорость полёта, взлётно-посадочные характеристики, условия базирования, а также дальность и продолжительность полёта, скороподъёмность, манёвренность, высота полёта, пассажировместимость (в основном для пассажирских самолётов), грузоподъёмность (бомбовая нагрузка для военных самолётов), надёжность и др.

По скорости полёта различают самолёты:

• Дозвуковые (максимальное полётное число Маха не более 0,8).
• Трансзвуковые (от 0,8 до 1,2).
• Сверхзвуковые (от 1,2 до 3).
• Гиперзвуковые (свыше 3).

По длине взлётно-посадочной полосы бывают самолёты:

• Обычного взлёта и посадки.
• Вертикального взлёта и посадки (СВВП).
• Вертикально-ультракороткого взлёта и посадки.
• Короткого взлёта и посадки.

По условиям базирования различают самолёты, использующие для взлёта и посадки:

• Аэродром.
• Авианесущий корабль.
• Воду - гидросамолёты, амфибии и летающие лодки.

Дальность полёта - наибольшее расстояние, которое самолёт может пролететь по прямой без пополнения запаса топлива; пассажирские и транспортные самолёты с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями летают на 10 000 км и более.

Скороподъёмность - время набора самолётом заданной высоты (измеряется в м/с), зависит от величины вертикальной скорости подъёма; наибольшую скороподъёмность имеют истребители, для которых преимущество в вертикальном манёвре важно при ведении воздушного боя и при перехвате воздушных целей.

Манёвренность - способность самолёта (особенно военного) в полёте выполнять тот или иной манёвр, характеризуется временем его выполнения, величиной перегрузки при изменении траектории и другими показателями.

Высота полёта (практический потолок) - высота, на которой самолёт ещё обладает некоторой условно принятой вертикальной скоростью для набора высоты.

Пассажировместимость - число пассажирских кресел в салонах самолёта; зависит от плотности компоновки салонов и класса устанавливаемых кресел.

Грузоподъёмность - вес грузов, перевозимых на самолёте при выполнении полёта; требования по грузоподъёмности предъявляются особо к тяжёлым и лёгким бомбардировщикам.

Надёжность - свойство самолёта выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах, в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Системы бортового оборудования

Системы бортового оборудования включают комплекс радиоэлектронных устройств, формирующих для экипажа и автопилота информацию, необходимую для управления полётом самолёта, и обеспечивающих его безопасность, в том числе бортовой вычислительный комплекс, бортовой накопитель полётной информации, системы радиоэлектронного противодействия, фото- и ИК-разведки, закрытой кодированной связи и др.; авиационное вооружение для военных машин. Для спасения экипажей разработана система катапультирования с использованием специальных устройств.

Оборудования авионики (за последние 30-40 лет) превосходят по стоимости всю остальную конструкцию самолёта.

Классификация по назначению

Самолёты классифицируются на гражданские и военные. Они используются, чтобы быстро перевозить людей и грузы. Ни один наземный или водный транспорт не может передвигаться с такой скоростью, как самолёты.

Гражданские самолёты делят на: пассажирские, транспортные, почтовые, сельскохозяйственные, санитарные, пожарные, учебно-тренировочные и др.

Военные самолёты подразделяются по боевому назначению на истребители, стратегические бомбардировщики, штурмовики, топливозаправщики, разведчики, противолодочные, транспортные.

Гражданская авиация

Пассажирские самолёты летают между странами и городами. Они перевозят пассажиров и их багаж. Грузовые самолёты доставляют различные тяжёлые грузы.

Пассажирский самолет и салон самолета