Самолет ( североамериканский английский ) или аэроплан ( британский английский ), неформально plane , представляет собой воздушное судно с фиксированным крылом , которое движется вперед за счет тяги реактивного двигателя , пропеллера или ракетного двигателя . Самолеты бывают разных размеров, форм и конфигураций крыльев . Широкий спектр использования самолетов включает отдых , перевозку грузов и людей, военные и научные исследования . Во всем мире коммерческая авиация перевозит более четырех миллиардов пассажиров ежегодно на авиалайнерах [1] и перевозит более 200 миллиардов тонно - километров [2] грузов ежегодно, что составляет менее 1% от мирового грузооборота. [3] Большинство самолетов управляются пилотом на борту самолета, но некоторые из них спроектированы для дистанционного или компьютерного управления , например, беспилотные летательные аппараты.
Братья Райт изобрели и подняли в воздух первый самолет в 1903 году, признанный «первым устойчивым и контролируемым полетом с использованием аппарата тяжелее воздуха». [4] Они основывались на работах Джорджа Кейли , датируемых 1799 годом, когда он изложил концепцию современного самолета (а позже построил и запустил модели и успешные пассажирские планеры ) [5] и работе немецкого пионера человеческой авиации Отто Лилиенталя , который в период с 1867 по 1896 год также изучал полет аппарата тяжелее воздуха. Попытки полета Лилиенталя в 1891 году рассматриваются как начало полета человека. [6] После ограниченного использования в Первой мировой войне авиационная технология продолжала развиваться. Самолеты присутствовали во всех крупных сражениях Второй мировой войны . Первым реактивным самолетом был немецкий Heinkel He 178, выпущенный в 1939 году. Первый реактивный авиалайнер , de Havilland Comet , был представлен в 1952 году. Boeing 707 , первый широко успешный коммерческий реактивный самолет, находился в коммерческой эксплуатации более 60 лет, с 1958 по 2019 год. [7]
Впервые засвидетельствованное в английском языке в конце 19 века (до первого устойчивого полета с двигателем), слово airplane , как и aeroplane , происходит от французского aéroplane , которое происходит от греческого ἀήρ ( aēr ), «воздух» [8] и либо латинского planus , «уровень», [9] либо греческого πλάνος ( planos ), «блуждающий». [10] [11] « Aéroplane » изначально относилось только к крылу, поскольку это самолет, движущийся по воздуху. [12] В примере синекдохи слово, обозначающее крыло, стало обозначать весь самолет.
В Соединенных Штатах и Канаде термин «самолет» используется для самолетов с фиксированным крылом. В Соединенном Королевстве и Ирландии, а также в большинстве стран Содружества термин «самолет» ( / ˈ ɛər ə p l eɪ n / [12] ) обычно применяется к этим самолетам.
Во многих историях древности речь идет о полете, например, в греческой легенде об Икаре и Дедале , а также о Вимане в древнеиндийских эпосах . Около 400 г. до н. э. в Греции Архит , как считалось, спроектировал и построил первое искусственное самодвижущееся летательное устройство, модель в форме птицы, приводимую в движение струей, вероятно, пара, которая, как говорят, пролетела около 200 м (660 футов). [13] [14] Эта машина, возможно, была подвешена для полета. [15] [16]
Некоторые из самых ранних зарегистрированных попыток создания планеров были предприняты андалузским и арабоязычным поэтом IX века Аббасом ибн Фирнасом и английским монахом XI века Эйлмером из Малмсбери ; оба эксперимента привели к травмам пилотов. [17] Леонардо да Винчи исследовал конструкцию крыла птиц и спроектировал летательный аппарат с движителем, приводимым в движение человеком, в своем «Кодексе о полете птиц» (1502), впервые отметив различие между центром масс и центром давления летящих птиц.
В 1799 году Джордж Кейли сформулировал концепцию современного самолета как летательного аппарата с фиксированным крылом и отдельными системами для подъемной силы, движения и управления. [18] [19] Кейли строил и запускал модели самолетов с фиксированным крылом еще в 1803 году, а в 1853 году он построил успешный планер для перевозки пассажиров. [5] В 1856 году француз Жан-Мари Ле Брис совершил первый полет с двигателем, запрягши свой планер «L'Albatros artificiel» на пляже. [20] Затем русский Александр Ф. Можайский также разработал несколько инновационных конструкций. В 1883 году американец Джон Дж. Монтгомери совершил управляемый полет на планере. [21] Другими летчиками, совершившими в то время подобные полеты, были Отто Лилиенталь , Перси Пильчер и Октав Шанют .
Сэр Хайрам Максим построил судно весом 3,5 тонны с размахом крыльев 110 футов (34 м), которое приводилось в движение двумя паровыми двигателями мощностью 360 лошадиных сил (270 кВт), приводящими в движение два пропеллера. В 1894 году его машина была испытана с верхними рельсами, чтобы не дать ей подняться. Испытание показало, что у нее достаточно подъемной силы, чтобы взлететь. Судно было неуправляемым, и предполагается, что Максим понял это, потому что впоследствии отказался от работы над ним. [22]
Между 1867 и 1896 годами немецкий пионер человеческой авиации Отто Лилиенталь разработал летательный аппарат тяжелее воздуха. Он был первым человеком, совершившим хорошо документированные, многократные, успешные планирующие полеты. Работа Лилиенталя привела к разработке им концепции современного крыла, [23] [24] его попытки полета в 1891 году считаются началом человеческого полета, [25] « Lilienthal Normalsegelapparat » считается первым серийным самолетом, и его работа сильно вдохновила братьев Райт. [26]
В 1890-х годах Лоуренс Харгрейв провел исследование конструкций крыла 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 создал и не управлял самолетом с фиксированным крылом. [27]
Француз Клемент Адер построил свой первый из трех летательных аппаратов в 1886 году, Éole . Это была конструкция, похожая на летучую мышь, работающая на легком паровом двигателе его собственного изобретения, с четырьмя цилиндрами, развивающими 20 лошадиных сил (15 кВт ), приводящими в движение четырехлопастной винт . Двигатель весил не более 4 килограммов на киловатт (6,6 фунта/л.с.). Размах крыльев составлял 14 м (46 футов). Общий вес составлял 300 килограммов (660 фунтов). 9 октября 1890 года Адер попытался поднять Éole в воздух . Историки авиации отдают должное этому усилию как взлету с двигателем и неконтролируемому прыжку примерно на 50 м (160 футов) на высоте примерно 200 мм (7,9 дюйма). [28] [29] Две последующие машины Адера не были задокументированы как достигшие полета. [30]
Полеты американских братьев Райт в 1903 году признаны Fédération Aéronautique Internationale (FAI), организацией, устанавливающей стандарты и регистрирующей рекорды в области воздухоплавания , «первым устойчивым и контролируемым полетом аппарата тяжелее воздуха». [4] К 1905 году Wright Flyer III был способен полностью управляться и стабильно летать в течение значительных периодов времени. Братья Райт считали Отто Лилиенталя главным вдохновителем своего решения заняться пилотируемым полетом.
В 1906 году бразилец Альберто Сантос-Дюмон совершил, как утверждалось, первый полет на самолете без помощи катапульты [31] и установил первый мировой рекорд, признанный Аэроклубом Франции , пролетев 220 метров (720 футов) менее чем за 22 секунды. [32] Этот полет также был сертифицирован FAI. [33] [34]
Ранним проектом самолета, который объединил современную конфигурацию моноплана- тягача, был проект Blériot VIII 1908 года. Он имел подвижные хвостовые поверхности, управляющие как рысканием, так и тангажом, форма управления креном, обеспечиваемая либо деформацией крыла, либо элеронами и управляемая его пилотом с помощью джойстика и руля направления. Он был важным предшественником его более позднего самолета Blériot XI для пересечения Ла-Манша , выпущенного летом 1909 года. [35]
Первая мировая война послужила испытательным полигоном для использования самолета в качестве оружия. Самолеты продемонстрировали свой потенциал в качестве мобильных наблюдательных платформ, а затем доказали, что они являются машинами войны, способными наносить потери врагу. Самая ранняя известная воздушная победа с использованием синхронизированного пулеметного истребителя была одержана в 1915 году немецким лейтенантом Luftstreitkräfte Куртом Винтгенсом . Появились асы-истребители ; величайшим (по количеству побед в воздушных боях) был Манфред фон Рихтгофен , также известный как Красный барон.
После Первой мировой войны авиационные технологии продолжали 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 крупных сражениях Второй мировой войны . Они были важнейшим компонентом военных стратегий того периода, таких как немецкий блицкриг , битва за Британию и американские и японские авианосные кампании Тихоокеанской войны .
Первым практическим реактивным самолетом был немецкий Heinkel He 178 , испытания которого прошли в 1939 году. В 1943 году на вооружение немецких Люфтваффе поступил Messerschmitt Me 262 , первый действующий реактивный истребитель .
Первый реактивный авиалайнер , de Havilland Comet , был представлен в 1952 году. Boeing 707 , первый широко успешный коммерческий реактивный самолет, находился в коммерческой эксплуатации более 50 лет, с 1958 по 2010 год. Boeing 747 был крупнейшим в мире пассажирским самолетом с 1970 года, пока его не превзошел Airbus A380 в 2005 году.
Полеты сверхзвуковых авиалайнеров , включая Concorde , были ограничены полетами над водой на сверхзвуковой скорости из-за их звукового удара , который запрещен над большинством населенных территорий. Высокая стоимость эксплуатации на пассажиро-милю и смертельная катастрофа в 2000 году побудили операторов Concorde снять его с эксплуатации. [37] [38]
Воздушный винт , или воздушный винт , преобразует вращательное движение от двигателя или другого источника энергии в закрученный поток воздуха, который толкает пропеллер вперед или назад. Он состоит из вращающейся ступицы с силовым приводом, к которой прикреплены две или более радиальных лопастей аэродинамического сечения таким образом, что вся сборка вращается вокруг продольной оси. [39] Три типа авиационных двигателей, используемых для питания пропеллеров, включают поршневые двигатели , газовые турбины и электродвигатели . Величина тяги, создаваемой пропеллером, определяется, в частности, его дисковой площадью — площадью, через которую вращаются лопасти. Ограничением скорости лопасти является скорость звука ; когда кончик лопасти превышает скорость звука, ударные волны снижают эффективность пропеллера. Об/мин, необходимые для создания заданной скорости кончика, обратно пропорциональны диаметру пропеллера. Верхний предел проектной скорости для винтовых самолетов составляет 0,6 Маха . Самолеты, спроектированные для движения со скоростью выше этой, используют реактивные двигатели. [40]
Поршневые двигатели в самолетах имеют три основных варианта: радиальный , рядный и плоский или горизонтально-оппозитный двигатель . Радиальный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания поршневого типа, в котором цилиндры «расходятся» наружу от центрального картера, как спицы колеса, и обычно использовался для авиационных двигателей до того, как газотурбинные двигатели стали преобладающими. Рядный двигатель — это поршневой двигатель с группами цилиндров, расположенными друг за другом, а не рядами цилиндров, причем в каждой группе может быть любое количество цилиндров, но редко больше шести, и может иметь водяное охлаждение. Плоский двигатель — это двигатель внутреннего сгорания с горизонтально-оппозитными цилиндрами.
Турбовинтовой газотурбинный двигатель состоит из впуска, компрессора, камеры сгорания, турбины и тягового сопла, которые передают мощность от вала через редуктор на пропеллер. Тяговое сопло обеспечивает относительно небольшую долю тяги, создаваемой турбовинтовым двигателем.
Электрический самолет работает на электродвигателях с электричеством, поступающим от топливных элементов , солнечных батарей , ультраконденсаторов , энергетических лучей , [41] или батарей . В настоящее время летающие электрические самолеты в основном представляют собой экспериментальные прототипы, включая пилотируемые и беспилотные летательные аппараты , но на рынке есть несколько серийных моделей. [42]
Реактивные самолеты приводятся в движение реактивными двигателями , которые используются, поскольку аэродинамические ограничения винтов не применимы к реактивному движению. Эти двигатели намного мощнее поршневого двигателя для данного размера или веса, сравнительно тихие и хорошо работают на большей высоте. Варианты реактивного двигателя включают прямоточный воздушно-реактивный двигатель и гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель , которые полагаются на высокую скорость воздуха и геометрию впуска для сжатия воздуха сгорания перед введением и воспламенением топлива. Ракетные двигатели обеспечивают тягу путем сжигания топлива с окислителем и выталкивания газа через сопло.
Большинство реактивных самолетов используют турбовентиляторные реактивные двигатели, которые используют газовую турбину для привода вентилятора в канале, который ускоряет воздух вокруг турбины, чтобы обеспечить тягу в дополнение к тому, который ускоряется через турбину. Отношение воздуха, проходящего вокруг турбины, к тому, который проходит через нее, называется степенью двухконтурности . [43] Они представляют собой компромисс между турбореактивными (без двухконтурности) и турбовинтовыми формами авиационных двигателей (в основном приводимых в действие воздухом двухконтурности). [44]
Дозвуковые самолеты, такие как авиалайнеры, используют высококонтурные реактивные двигатели для экономии топлива. Сверхзвуковые самолеты , такие как реактивные истребители, используют турбовентиляторные двигатели с низким двухконтурием. Однако на сверхзвуковых скоростях воздух, поступающий в двигатель, должен быть замедлен до дозвуковой скорости, а затем снова ускорен до сверхзвуковой скорости после сгорания. Форсажная камера может использоваться на боевых самолетах для увеличения мощности на короткие периоды времени путем впрыскивания топлива непосредственно в горячие выхлопные газы. Многие реактивные самолеты также используют реверсоры тяги для замедления после приземления. [44]
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель — это форма реактивного двигателя, которая не содержит основных движущихся частей и может быть особенно полезна в приложениях, требующих небольшого и простого двигателя для высокоскоростного использования, например, в ракетах. Прямоточным воздушно-реактивным двигателям требуется поступательное движение, прежде чем они смогут генерировать тягу, и поэтому они часто используются в сочетании с другими формами движения или с внешними средствами достижения достаточной скорости. Lockheed D-21 был разведывательным дроном с двигателем Mach 3+, который запускался с базового самолета . Прямоточный воздушно-реактивный двигатель использует поступательное движение транспортного средства, чтобы проталкивать воздух через двигатель, не прибегая к турбинам или лопаткам. Топливо добавляется и воспламеняется, что нагревает и расширяет воздух, обеспечивая тягу. [45]
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 ГПВРД, установил мировой рекорд скорости в 2004 году для реактивного самолета со скоростью 9,7 Маха, почти 12 100 километров в час (7500 миль в час). [46]
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 как единственный источник массы для реакции. Жидкое топливо и окислитель могут быть закачаны в камеру сгорания или твердое топливо с окислителем может гореть в топливной камере. Независимо от того, жидкое это топливо или твердое, горячий газ ускоряется через сопло. [47]
Во время Второй мировой войны немцы использовали самолет с ракетным двигателем Me 163 Komet . Первым самолетом, преодолевшим звуковой барьер в горизонтальном полете, был ракетный самолет Bell X-1 в 1948 году. Североамериканский X-15 побил множество рекордов скорости и высоты в 1960-х годах и стал пионером инженерных концепций для более поздних самолетов и космических кораблей. Военно-транспортные самолеты могут использовать взлет с помощью ракет для ситуаций с короткими полосами. В противном случае, ракетные самолеты включают космические самолеты , такие как SpaceShipTwo , для путешествий за пределы атмосферы Земли и спортивные самолеты, разработанные для недолговечной Rocket Racing League .
Большинство самолетов строятся компаниями с целью их массового производства 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 устанавливаются 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 проведения начальных симуляций самолета. Затем небольшие модели и макеты всех или определенных частей самолета испытываются в аэродинамических трубах для проверки его аэродинамики.
Когда проект прошел все эти процессы, компания создает 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 государственное агентство по управлению авиацией страны разрешает компании начать производство.
В США таким агентством является Федеральное управление гражданской авиации (FAA). В Европейском союзе — Европейское агентство по безопасности полетов (EASA); в Соединенном Королевстве — Управление гражданской авиации (CAA). [48] В Канаде государственным агентством, отвечающим и разрешающим массовое производство самолетов, является Управление гражданской авиации Министерства транспорта Канады . [49]
Когда часть 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 в аэрокосмической и оборонной промышленности, устанавливает глобальные требования к качеству, управлению качеством и обеспечению качества для аэрокосмической техники. [50]
В случае международных продаж также необходима лицензия от государственного агентства авиации или транспорта страны, где будет использоваться самолет. Например, самолеты, произведенные европейской компанией Airbus , должны быть сертифицированы FAA для полетов в Соединенных Штатах, а самолеты, произведенные американской компанией Boeing, должны быть одобрены EASA для полетов в Европейском Союзе. [51]
.jpg/1280px-A321_final_assembly_(9351765668).jpg)
Регулирование привело к снижению шума от двигателей самолетов 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 как самодельные. Другие самодельные самолеты могут быть собраны с использованием готовых наборов деталей, которые могут быть собраны в базовый самолет и затем должны быть завершены строителем. [53]
Немногие компании производят самолеты в больших масштабах. Однако производство самолета для одной компании — это процесс, в котором на самом деле участвуют десятки или даже сотни других компаний и заводов, которые производят детали, входящие в 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 поступать со всего мира. Детали отправляются на главный завод компании-производителя самолетов, где расположена производственная линия. В случае больших самолетов могут существовать производственные линии, предназначенные для сборки определенных частей самолета, особенно крыльев и фюзеляжа. [54] [55] После завершения самолет тщательно проверяется на предмет несовершенств и дефектов. После одобрения инспекторами самолет проходит серию летных испытаний, чтобы убедиться, что все системы работают правильно и что самолет управляется должным образом. [56] Для удовлетворения конкретных потребностей клиента самолет может быть модифицирован с использованием компонентов или пакетов компонентов, предоставленных производителем или клиентом. [57]
Конструктивные части самолета с фиксированным крылом называются планером. Присутствующие части могут различаться в зависимости от типа и назначения самолета. Ранние типы обычно изготавливались из дерева с тканевыми поверхностями крыла. Когда около ста лет назад для силового полета стали доступны двигатели, их крепления были сделаны из металла. Затем, по мере увеличения скорости, все больше и больше деталей становились металлическими, пока к концу Второй мировой войны не стали обычным явлением цельнометаллические самолеты. В наше время все большее применение получили композитные материалы .
Типичные структурные части включают в себя:
.jpg/1280px-Antonov_225_(2010).jpg)
Крылья самолета с фиксированным крылом — это статические плоскости, простирающиеся по обе стороны самолета. Когда самолет движется вперед, воздух обтекает крылья, которые имеют форму, создающую подъемную силу. Эта форма называется аэродинамическим профилем и напоминает крыло птицы.
Самолеты имеют гибкие поверхности крыльев, которые натянуты на каркас и сделаны жесткими за счет подъемной силы, создаваемой потоком воздуха над ними. Более крупные самолеты имеют жесткие поверхности крыльев, которые обеспечивают дополнительную прочность.
Независимо от того, гибкие или жесткие, большинство крыльев имеют прочный каркас, который придает им форму и передает подъемную силу с поверхности крыла на остальную часть самолета. Основными структурными элементами являются один или несколько лонжеронов, идущих от корня до кончика, и множество нервюр, идущих от передней (передней) кромки к задней (задней).
Ранние двигатели самолетов имели небольшую мощность, и легкость была очень важна. Кроме того, ранние секции аэродинамического профиля были очень тонкими и не могли иметь прочную раму, установленную внутри. Поэтому до 1930-х годов большинство крыльев были слишком легкими, чтобы иметь достаточную прочность, и были добавлены внешние распорки и тросы. Когда доступная мощность двигателей увеличилась в 1920-х и 30-х годах, крылья можно было сделать тяжелыми и достаточно прочными, чтобы распорки больше не требовались. Этот тип крыла без распорок называется консольным крылом.
Количество и форма крыльев сильно различаются у разных типов. Конкретная плоскость крыла может быть полноразмахной или разделенной центральным фюзеляжем на левое (левое) и правое (правое) крылья. Иногда использовалось даже больше крыльев, и трехкрылый триплан добился некоторой известности в Первой мировой войне. Четырехкрылый квадруплан и другие многопланные конструкции не имели большого успеха.
Моноплан имеет одно крыло, биплан имеет два крыла, расположенных друг над другом, тандемное крыло имеет два крыла , расположенных друг за другом. Когда доступная мощность двигателя увеличилась в 1920-х и 30-х годах и подкосы больше не были нужны, неподкосный или свободнонесущий моноплан стал наиболее распространенной формой силового типа.
Форма крыла в плане — это форма, видимая сверху. Чтобы быть аэродинамически эффективным, крыло должно быть прямым с большим размахом из стороны в сторону, но иметь короткую хорду (высокое удлинение ). Но чтобы быть структурно эффективным, а значит и легким, крыло должно иметь короткий размах, но при этом достаточную площадь для обеспечения подъемной силы (низкое удлинение).
На околозвуковых скоростях (близких к скорости звука) полезно стреловидное 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.
Крыло Delta имеет треугольную форму, которая может использоваться по нескольким причинам. Как гибкое крыло Rogallo , оно обеспечивает стабильную форму под действием аэродинамических сил и поэтому часто используется для сверхлегких самолетов и даже воздушных змеев . Как сверхзвуковое крыло, оно сочетает в себе высокую прочность с низким сопротивлением и поэтому часто используется для быстрых реактивных самолетов.
Изменяемая геометрия крыла может быть изменена в полете на другую форму. Изменяемая стреловидность крыла трансформируется из эффективной прямой конфигурации для взлета и посадки в стреловидную конфигурацию с низким сопротивлением для высокоскоростного полета. Были опробованы и другие формы изменяемой формы плана, но ни одна из них не вышла за рамки стадии исследований.
Фюзеляж — это длинное, тонкое тело, обычно с коническими или закругленными концами, чтобы сделать его форму аэродинамически гладкой. Фюзеляж может содержать летный экипаж , пассажиров, груз или полезную нагрузку , топливо и двигатели. Пилоты пилотируемых самолетов управляют ими из кабины, расположенной спереди или сверху фюзеляжа и оборудованной органами управления и, как правило, окнами и приборами. Самолет может иметь более одного фюзеляжа, или он может быть оснащен балками с хвостом, расположенным между балками, чтобы позволить использовать крайнюю заднюю часть фюзеляжа для различных целей.
Летающее крыло — это бесхвостый самолет , не имеющий определенного фюзеляжа . Большая часть экипажа, полезной нагрузки и оборудования размещается внутри основной конструкции крыла. [58]
Конфигурация летающего крыла была широко изучена в 1930-х и 1940-х годах, в частности, Джеком Нортропом и Честоном Л. Эшельманом в Соединенных Штатах, а также Александром Липпишем и братьями Хортен в Германии. После войны несколько экспериментальных конструкций были основаны на концепции летающего крыла, но известные трудности оставались непреодолимыми. Некоторый общий интерес продолжался до начала 1950-х годов, но конструкции не обязательно давали большое преимущество в дальности и представляли несколько технических проблем, что привело к принятию «обычных» 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 медленных и средних скоростей, и существует постоянный интерес к ее использованию в качестве конструкции тактического транспортника .
Интерес к летающим крыльям возобновился в 1980-х годах из-за их потенциально низкого сечения отражения радара . Технология Stealth основана на формах, которые отражают радиолокационные волны только в определенных направлениях, что делает самолет труднообнаружимым, если только приемник радара не находится в определенном положении относительно самолета - положении, которое постоянно меняется по мере движения самолета. Этот подход в конечном итоге привел к появлению бомбардировщика- невидимки Northrop B-2 Spirit . В этом случае аэродинамические преимущества летающего крыла не являются первостепенными потребностями. Однако современные системы управления по проводам с компьютерным управлением позволили свести к минимуму многие аэродинамические недостатки летающего крыла, что сделало его эффективным и стабильным бомбардировщиком дальнего радиуса действия.
Самолеты со смешанным крылом имеют сплющенный и аэродинамический профиль корпуса, который создает большую часть подъемной силы, необходимой для удержания самолета в воздухе, а также отчетливую и раздельную конструкцию крыла, хотя крылья плавно переходят в корпус.
Таким образом, самолеты с корпусом типа «смешанное крыло» включают в себя конструктивные особенности как футуристического фюзеляжа, так и летающего крыла. Предполагаемые преимущества подхода к корпусу типа «смешанное крыло» — это эффективные крылья с высокой подъемной силой и широкий аэродинамический профиль. Это позволяет всему самолету вносить вклад в создание подъемной силы , что может привести к потенциальному повышению экономии топлива.
Подъемное тело — это конфигурация, в которой само тело производит подъемную силу . В отличие от летающего крыла , которое представляет собой крыло с минимальным или отсутствующим обычным фюзеляжем , подъемное тело можно рассматривать как фюзеляж с небольшим или отсутствующим обычным крылом. В то время как летающее крыло стремится максимизировать крейсерскую эффективность на дозвуковых скоростях за счет устранения неподъемных поверхностей, подъемные тела, как правило, минимизируют сопротивление и структуру крыла для дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового полета или возвращения космического корабля в атмосферу . Все эти режимы полета создают проблемы для надлежащей устойчивости полета.
Подъемные тела были основной областью исследований в 1960-х и 70-х годах как средство для создания небольшого и легкого пилотируемого космического корабля. США построили несколько известных ракетных самолетов с подъемным телом для проверки концепции, а также несколько ракетных возвращаемых аппаратов, которые были испытаны над Тихим океаном. Интерес угас, когда ВВС США потеряли интерес к пилотируемой миссии, и основные разработки прекратились в процессе проектирования Space Shuttle, когда стало ясно, что фюзеляжи высокой формы затрудняют установку топливных баков.
Классическое крыло с аэродинамическим профилем нестабильно в полете и им трудно управлять. Типы с гибким крылом часто полагаются на якорный трос или вес пилота, висящего внизу, чтобы поддерживать правильное положение. Некоторые типы свободного полета используют адаптированный аэродинамический профиль, который стабилен, или другие изобретательные механизмы, включая, в последнее время, электронную искусственную устойчивость.
Для достижения устойчивости и контроля большинство типов самолетов с фиксированным крылом имеют хвостовое оперение, состоящее из плавника и руля направления, которые действуют горизонтально, а также хвостового оперения и руля высоты, которые действуют вертикально. Эти поверхности управления обычно могут быть отрегулированы для уменьшения усилий управления на различных этапах полета. Это настолько распространено, что известно как обычная компоновка. Иногда может быть два или более плавников, расположенных вдоль хвостового оперения.
Некоторые типы имеют горизонтальный носовой обтекатель « утка » перед основным крылом, а не позади него. [59] [60] [61] Этот носовой обтекатель может способствовать подъемной силе, балансировке или управлению самолетом, или нескольким из этих функций.
Самолеты имеют сложные системы управления полетом . Основные элементы управления позволяют пилоту управлять самолетом в воздухе, контролируя положение (крен, тангаж и рыскание) и тягу двигателя.
На пилотируемых самолетах приборы в кабине предоставляют пилотам информацию, включая полетные данные , мощность двигателя , навигационные, коммуникационные и другие бортовые системы, которые могут быть установлены.
Если риск измерять числом смертей на пассажиро-километр, то авиаперелеты примерно в 10 раз безопаснее, чем поездки на автобусе или поезде. Однако, если использовать статистику смертей за поездку, то авиаперелеты значительно опаснее, чем поездки на автомобиле, поезде или автобусе. [62] Страхование авиаперелетов по этой причине относительно дорогое — страховщики обычно используют статистику смертей за поездку. [63] Существует значительная разница между безопасностью авиалайнеров и небольших частных самолетов, при этом статистика на милю указывает, что авиалайнеры в 8,3 раза безопаснее небольших самолетов. [64]
Как и все виды деятельности, связанные со сжиганием , самолеты, работающие на ископаемом топливе, выбрасывают в атмосферу сажу и другие загрязняющие вещества. Также производятся парниковые газы, такие как углекислый газ (CO 2 ). Кроме того, существуют экологические воздействия, характерные для самолетов: например,
Другим видом воздействия самолетов на окружающую среду является шумовое загрязнение , в основном вызванное взлетом и посадкой самолетов.
В 1799 году он впервые в истории сформулировал концепцию современного самолета. Кэли определил вектор сопротивления (параллельный потоку) и вектор подъемной силы (перпендикулярный потоку).
пионер воздушной навигации и авиационной техники и конструктор первого успешного планера, поднявшего человека в воздух. Кейли создал современную конфигурацию самолета как летательного аппарата с фиксированным крылом и отдельными системами для подъемной силы, движения и управления еще в 1799 г.
