САМОЛЕТ

САМОЛЕТ, летательный аппарат, опирающийся в полете на крылья и движущийся с помощью силовой установки. Самолеты, управляемые летчиком (или летчиками), перевозят полезную нагрузку, т.е. грузы, пассажиров, вооружение или специальное оборудование, такое, как фотооборудование для воздушного картографирования. Самолет иногда называют аэропланом, так как на нем установлены несущие плоскости – крылья.

Аналогичную крыльям форму, согласованную с направлением полета, имеют и поверхности хвостового оперения. Хвостовое оперение включает в себя два основных элемента – вертикальную поверхность для управления рысканием (движением в поперечной плоскости) и горизонтальную поверхность для управления движением тангажа (кабрированием или пикированием в вертикальной плоскости). Вертикальное хвостовое оперение состоит из неподвижной поверхности, называемой килем, и рулевой поверхности, называемой рулем направления. Неподвижная часть поверхности горизонтального хвостового оперения называется стабилизатором, а подвижная часть – рулем высоты. Управление относительно оси крена (продольной оси самолета) осуществляется с помощью элеронов, размещаемых на крыльях вблизи их концов. Некоторые самолеты не имеют горизонтального хвостового оперения; такие компоновки называются «бесхвостками». Их рули высоты размещают непосредственно в системе крыла; они могут использоваться и в качестве элеронов, которые называются в этом случае элевонами. Иногда руль высоты устанавливают впереди крыла; такая компоновка самолета называется «уткой». На рисунке приведены различные компоновочные схемы самолетов.

Самолет снабжен силовой установкой и этим отличается от скользящих или парящих планеров, не имеющих силовой установки. Авиационные двигатели делят на два класса, в каждый из которых входит большое число разнообразных типов и модификаций. Это жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) и воздушно-реактивные двигатели (ВРД). Как ЖРД, так и ВРД создают тягу, выбрасывая горячие газы из сопла. Горячие газы ЖРД образуются при сгорании ракетного топлива, состоящего из двух компонентов: горючего и окислителя. Все топливо для ракетного двигателя размещается непосредственно на летательном аппарате; тяга такого двигателя не зависит от скорости и слабо зависит от высоты полета. К ВРД относятся прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД), турбореактивные двигатели (ТРД), турбовинтовые двигатели (ТВД) и турбовинтовентиляторные двигатели (ТВВД). Все эти двигатели создают тягу посредством выбрасывания ускоренных и разогретых масс воздуха, прошедшего через двигатель. Энергия, необходимая для ускорения реактивной воздушной струи, получается в результате сгорания топлива в кислороде воздуха, поступающего в двигатель из атмосферы через воздухозаборник. В некоторых системах, таких, как ПВРД и ТРД, продукты сгорания непосредственно перемешиваются с воздухом реактивной струи, тогда как в других системах, таких, как ТВД и ТВВД, они разделяются. Тяга ВРД всех типов существенно падает с увеличением высоты полета (т.е. с увеличением разрежения), однако запас топлива для самолета с ВРД намного меньше, чем для самолета с ЖРД, поскольку в последнем случае и окислитель хранится на борту самолета. В перспективных ядерных силовых установках теплота, генерируемая в ядерном реакторе, нагревает реактивную струю в ракетном двигателе или подводится к воздушной струе ВРД; однако при малой массе ядерного топлива масса системы защиты от ядерных излучений будет очень большой, и поэтому широкое применение ЯРД на самолетах будущего все же маловероятно.

Конструкция самолета должна удовлетворять противоречивым требованиям и определяться в результате компромисса. Для выполнения различных задач требуются различные самолеты. Например, самолет, предназначенный для сверхзвукового полета, должен иметь удлиненный фюзеляж хорошо обтекаемой формы, очень тонкие крылья и поверхности хвостового оперения, позволяющие минимизировать возрастание силы лобового аэродинамического сопротивления в сверхзвуковых течениях (вследствие появления «волнового сопротивления»). Такие тонкие тела имеют, как правило, большую площадь поверхности, что приводит к увеличению сопротивления трения обшивки и соответствующему уменьшению аэродинамического качества (отношения подъемной силы к силе сопротивления). (При низком аэродинамическом качестве для самолета с заданной массой требуется более мощная силовая установка, и для перевозки той же полезной нагрузки на заданное расстояние потребуется больше топлива, что приводит в конечном счете к увеличению размеров и массы самолета.)

Первые успешные полеты на самолете были осуществлены братьями Райт в 1903. В период с 1910 по 1920 в Европе быстро совершенствовались конструкции самолетов, в основном военного назначения. Гражданская авиация интенсивно развивалась в период с 1930 по 1940. Однако наибольшие успехи в проектировании и производстве самолетов были достигнуты во время Второй мировой войны, когда военные самолеты стали одним из основных видов оружия. Развитие авиации в послевоенное время превратило самолет в главное транспортное средство для перевозки грузов на большие расстояния.