Реферат: Физика и авиация

      Содержание:

1.  Родоначальники авиации         1.1 Развитие авиации         1.2 Развитие авиации в Советское время         1.3 Михаил Васильевич Ломоносов         1.4 Михаил Александрович Рыкачев         1.5 Дмитрий Иванович Менделеев         1.6 Николай Егорович Жуковский         1.7 Константин Эдуардович Циолковский 2. Начало внедрения реактивной техники         1.1 Введение         1.2 Принцип работы и классификация реактивных двигателей         1.3 Краткая история развития авиации         1.4 Применение реактивной техники в гражданской авиации         1.5 Заключение Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов Введение 1. Сравнительный анализ ЭРДУ 1.1 Применение ЭРД 1.2 Применение РИД 1.3 Общие преимущества РИД 1.4 Радиочастотный ионный движитель РИД-10 1.5 Радиочастотный ионный движитель РИД-26 1.6 Радиочастотный двигатель с магнитным полем (РМД) 2 Разработка численной модели электроракетного двигателя с ВЧ нагревом рабочего тела 2.1 Математический аппарат численной модели термогазодинамических процессов, имеющих место в камере и сопловом аппарате ракетного двигателя 2.2 Термодинамические процессы, протекающие в камере электронагревного движителя Заключение Список используемых источников информации

/>

   

/>                   

 

Человек неимеет крыльев и по отношению   веса своего тела к весу мускулов он в 72    разаслабее птицы...  Но я думаю,  что он  полетит, опираясь не на силу своих скул,а

                     на силу своего разума.                       

                                           Н.Е.Жуковский

         В  протоколе  заседания  Российской  Академии  наук от  1 июля 1754 годаимеется запись:

   «Высокопочтенныйсоветник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической(воздухобежной), которая должна употребляться для того,  чтобы с помощьюкрыльев,   движимых горизонтально,  в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы,  нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчегомашина  будет подниматься в верхние слои воздуха,  с той целью,  чтобы можнобыло обследовать условия (состяние) верхнего воздуха посредствомметеорологических машин (приборов), присоединенных к этой аэродромическоймашине».

              В том же году М.В. Ломоносов писал,  что он сделал машину,  которая, сама поднимаясь вверх, может поднять маленький термометр.  Это была модель вертолета и первая в миредокументированная практическая разработка  летательного аппарата тяжелеевоздуха — вертолета с соосными винтами.  Однако для того времени реализацияидеи вертолета оказалась слишком сложной.

              Русские ученые иизобретатели продолжали работать над созданием аппаратов тяжелее воздуха.

              В 1854-1855 гг.к идее создания самолета обращается военный моряк Российского флотаА.М.Можайский.  Серьезными поисками в этой области он стал заниматься несколькопозже и пришел к выводу о необходимости разработать летательный аппарат снеподвижным крылом,  в работе которого использовался бы принцип динамическогополета.

              Научныйэксперимент — это был единственно возможный в то время путь исследования дляоценки возможного значения подъемной силы при различных углах атаки,  а такжеопределения необходимой площади крыла и скорости полета,  ведь аэродинамика какнаука тогда еще не существовала, и лишь спустя 25-30 лет основы ее былизаложены великим русским ученым Н. Е. Жуковским. Не было еще аэродинамическихтруб и аэродинамических весов для испытания моделей самолета. А.Ф.Можайскийсоздал прибор — движущуюся тележку с прообразом аэродинамических весов. Спомощью этого прибора можно было производить расчет лобового сопротивления иподъемной силы крыла самолета.  Изготовленные Можайским модели самолета  сприводом винтов от пружины демонстрировалась в полете в Петербургском манеже.

     В марте 1879 г. былпоставлен вопрос о постройке самолета в натуральную величину.*) Изобретательподготовил объяснительную записку, лично разработал чертежи самолета и сметунеобходимых расходов.  Заявку на изобретение самолета с описанием аппарата ичертежи Можайский направил в Департамент торговли и мануфактур,  а 15 ноября1881 г. ему была выдана «привилегия» (патент) на«воздухоплавательный снаряд».

     По проекту самолет долженбыл состоять из лодки (фюзеляжа),  в которой  предполагалось разместитьэкипаж,  силовую установку и приборное оборудование, двух  паровых двигателей ичетырехколесного шасси.  На самолете были предусмотрены тросовое управление, штурвал,  емкости для горючего и некоторые приборы,  в том числе и оптическийприцел.

               Вконструкции первого самолета была применена монопланная схема, которая имеетнаибольшее распространение и в современном самолётостроениии.  Длина лодки всоответствии с принятыми в то время единицами измерения равнялась 20,5 аршина, длина каждого крыла — 15 аршинам,  ширина крыла — 20 аршинам.

          6 июля 1882 г.построенный самолет был осмотрен специальной комиссией Штаба войск гвардии иПетербургского военного округа.  В протоколе комиссии от 22 февраля 1883 г.было записано,  что масса самолета должна составлять 57 пудов.  Испытанияпроводились под Петербургом,  на военном поле в Красном селе,  и продолжалисьдо 1885 г., но на завершающем этапе по военным соображениям были засекречены. Об этом периоде сохранилось очень мало документов.

          Велики заслугиАлександра Федоровича Можайского перед отечественной и мировой наукой итехникой.

---------------------

    *) Вянваре 1887 г. работала первая комиссия,  рассмотревшая  и одобрившаяпредложение А.Ф.Можайского. В результате изобретателю были отпущены деньги (3тыс. руб.),  и он начал работать над  созданием самолета.  В состав комиссиивходил  Д. И. Менделеев.

               Однаков то время были ученые,  как,  например,  известный английский ученый Кельвинотрицающие возможность создания  аппаратов  тяжелее воздуха,  отдаваяпредпочтение аппаратам  легче воздуха.

          В области исследования теории полета аппаратов тяжелее воздуха  работал великий русскийученый Д.И.Менделеев.  Его труд «О сопротивлении жидкостей ивоздухоплавании»,  по словам Н.Е.Жуковского,  является капитальноймонографией по сопротивлению жидкостей и может служить основным руководствомдля лиц, занимающихся воздухоплаванием.  В труде особо отмечается необходимостьнакопления опытных данных о сопротивлении среды.  Менделеев писал,  чтокогда-нибудь будет достигнута полная победа над воздухом,  станет возможнымуправлять полетом.  Только для этого необходимо точно знать сопротивлениевоздуха.

         В 1894 г. увиделасвет работа К.Э.Циолковского «Аэроплан,  или птицеподобная (авиационная)летательная машина », в которой автор обосновал идею создания аэроплана снеподвижным свободнонесущим крылом.   На самолете предлагалось иметь крылотрапециевидной формы с поперечным  V  при изогнутости по типу чайки.  Наэскизе,  помещенном в статье,  были показаны тянущий винт,  обтекающей формыкорпус, хвостовое оперение и шасси.  В 1905 г. Циолковский предложилромбовидный и клиновидный профили крыла для аппаратов со сверхзвуковымискоростями полета.

               Несмотря натрудности,  обусловленные незнанием законов аэродинамики, создание планеров исамолетов продолжалось.  Конструкция их часто была очень сложной. Один из них(девятиплан) имел несущие поверхности в виде трех трипланов, горизонтальноеоперение его состояло из четырёх поверхностей,  двигатель имел  мощность  55л.с. и передавал  ее  на  два  толкающих  винта  посредством  цепной передачи. Было построено несколько трипланов,  однако работа над ними осталасьнезавершенной.  Можно упомянуть также работы  А. Г. Уфимцева,  которого МаксимГорький назвал «поэтом в области научной техники».  Уфимцев построилчетыре оригинальных двигателя и два самолета с крылом круглой формы в плане икруглым горизонтальным оперением.  Постройкой самолетов и двигателей занималсяв 1909-1910 гг. С.В.Гризодубов,  отец известной летчицы,  Героя СоветскогоСоюза и Героя Социалистического  труда  В. С. Гризодубовой.  В 1912 г. на одномиз своих самолетов он совершил несколько полетов.

          В годы, предшествовавшие первой мировой войне,  русские конструкторы работали надсозданием легкого маневренного самолета,  который обладал бы достаточнойустойчивостью и управляемостью.  В 1912 г. военным ведомством был объявленконкурс на разработку самолета с максимальной скоростью не менее 114км/ч иполезной нагрузкой 450 кг (летчик-наблюдатель и груз).  По чертежам, представленным на конкурс,  было построено несколько машин,  например самолетПороховщикова.  Но несмотря на некоторые преимущества его перед иностранными, на авиационных заводах России по лицензиям строились самолеты иностранныхмарок.  Это сильно сдерживало развитие самолетостроения в России,  особеннопроектирование. 

              Несколько позжена конкурс были представлены другие самолеты,  из которых биплан  РБВЗ  (Русско — Балтийского вагонного завода )  завоевал  первый  приз.

              Этот периодхарактерен также поисками в области проектирования гидросамолетов,  одним  из создателей  которых  являлся  Д.П.Григорович.

          К авиационнымконструкторам начального периода  развития авиации в России относится советскийученый и конструктор Я.М.Гакель,  впоследствии профессор, заслуженный деятельнауки и техники.  В 1910-1912 гг. он создал семь самолетов оригинальнойконструкции,  два из которых  ( гидроплан — амфибия Г-V и биплан Г-VIII ) навоздухоплавательных выставках в Москве в 1911 и1912 гг. были удостоены большойсеребряной и большой золотой медалей.

          Особое место вразвитии отечественной авиации принадлежит самолётам выпущенным   авиационным отделом  Русско — Балтийского вагонного завода в Петербурге.  Одним  из  нихявлялся " РУССКИЙ ВИТЯЗЬ " — первый в мире четырехмоторный самолет.   Это  был  биплан  с  размахом  верхнего  крыла 27 м  и нижнего — 20м.  Полетная масса самолета составляла 4200 кг. Первый полет его состоялся 23июля 1913 г. " РУССКИЙ ВИТЯЗЬ " — прототип тяжелых самолетов сдвигателями,  установленными  в  ряд  на  крыле.

          Следующим в  этой  серии  был " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ ",  первоначально имевший четыре двигателя мощностью 100 л.с. каждый,  в дальнейшем заменённые более мощными - по 220 л.с.  4  июня  1914  года на  самолете " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ " былустановлен мировой рекорд высоты полета с десятью членами экипажа на борту.  Вавгусте  того  же  года  этот  самолет  был  принят  на  вооружение  русской армии  в качестве  разведывательного.  На  последних  модификациях  машин этого класса экипаж состоял  из  семи — восьми человек,   а  вооружение включало  восемь пулеметов, самолет мог брать до 30 пудов ( пуд = 16 кг. -Ф.С.) бомб,  частично размещаемых в фюзеляже.  Всего было построено до 80 самолетов" ИЛЬЯ МУРОМЕЦ ",  которые участвовали  в  первой  мировой  и гражданской  войнах.   Это  были  крупнейшие по тому времени воздушныекорабли.  По техническим данным,  вооружению и бомбовой нагрузке " ИЛЬЯМУРОМЕЦ " превосходил  английский  тяжелый  бомбардировщик  ВИМИ инемецкий самолет фирмы " ГОТАМ ФРИДРИХСХАФЕН " ( хотя последнийявлялся,  по существу,  несколько изменённой копией  единственного   сбитого загоды первой мировой войны самолета «ИЛЬЯ МУРОМЕЦ» ).  Недаром французскоевоенное министерство через своего атташе в Петрограде обратилось с просьбойсообщить данные, относящиеся к аэропланам типа " ИЛЬЯ  МУРОМЕЦ ".   

          Однако не всесозданные самолеты строились.  На единственном в начале двадцатых  годов комендантском  аэродроме  Петрограда  в  одном  из  старых  ангаров можно былоувидеть самолет " СВЯТОГОР " конструкции В. А. Слесарева.  Самолет представлял собой гигантский биплан цельнодеревянной конструкции с двумядвигателями,  расположенными в фюзеляже,  причем трансмиссия к двум толкающимвинтам диаметром 6 метров осуществлялась посредством канатной передачи. Размах  верхнего  крыла  составлял  36  метров.

          На завершающем  этапе  постройки  самолета " СВЯТОГОР " В.А.Слесаревобратился  к  правительству  с  просьбой  о  предоставлении  средств,  нополучил отказ, несмотря на то,  что  специальная комиссия под руководствомН.Е.Жуковского, проверявшая   аэродинамический   расчет   этого   самолета  и расчет  его на прочность,    " единогласно пришла к выводу ,   что  полет аэроплана  Слесарева  при  полной  нагрузке  в  6,5 т  и  при  скорости  114км/ч  является  возможным ,   а  посему  окончание  постройки  аппарата Слесарева  является  желательным ". Однако Технический  комитет Управления  Воздушного  Флота  решил,  " что  достройка      аэроплана Слесарева,  даже и в том случае,  если подсчет профессора Жуковскогоподтвердится,   в  действительности  никакой  практической  пользы  принести неможет".

          Тем не  менее  В.А.Слесарев,  ободренный  поддержкой Н.Е.Жуковского, продолжал строить  самолет  на  личные  средства,   а  так  же  пожертвования  авиационных  клубов.  Работа  двигалась  очень  медленно,  а  после гибеликонструктора практически  прекратилась.  Испытания самолета так и не былизавершены к 1918 г. Впоследствии  он  использовался  при  обучении  курсантов Военно — технической школы.

          Рассматривая начальный  период  развития  авиации,  следует более подробно остановиться назначении деятельности и основополагающих работ НИКОЛАЯ ЕГОРОВИЧА   ЖУКОВСКОГО.

          Н.Е.Жуковский  — создатель  теории  подъемной  силы  крыла  и автор одного из первых   курсов  по   авиации  " Теоретические  основы  воздухоплавания ".   Его статья  " О  присоединенных  вихрях ",  опубликованная в 1906 г., явилась  итогом  большой работы  в  области  исследования  подъемной  силы крыла.  Активное участие в разработке  этой  проблемы  принимал  С.А.Чаплыгин, автор  монографии  " О газовых струях ",   на  основе  которой  были созданы  впоследствии  разделы  аэродинамики больших  скоростей.

          Еще осенью 1898 г.на Х съезде русских естествоиспытателей и врачей Н.Е.Жуковский  организовалвоздухоплавательную подсекцию и выступил с обзорным докладом  " Овоздухоплавании ",  в котором решительно высказался за развитиелетательных  аппаратов  тяжелее воздуха.  Докладчик говорил: "… Глядя налетающие живые  существа,  на  стрижей  и  ласточек,  которые со своимничтожным запасом энергии  носятся  в  продолжении  нескольких часов в воздухесо скоростью, достигающей  50 км/ч,  и могут пересекать моря,  на орлов, которые описывают в синем небе красивые круги с неподвижно  распростертыми крыльями,  на неуклюжую летучую мышь ,   которая  бесшумно  переносится ветромво всевозможных направлениях, невольно  задаешься  вопросом: неужели  для людей  нет  возможности  подражать  этим  существам? "

     Сформулированная Н.Е.Жуковским  теорема  заключается  в  следующем :     

     «Величина подъемнойсилы крыла на метр размаха является произведением плотности воздуха на циркуляциюскорости и на скорость полета аэроплана.»

     Очевидно,   что  этот вывод — основа  современного  учения  о  подъемной  силе крыла,  фундамент теоретической  аэродинамики.  Без  этого  открытия  невозможно было  бы равитие  авиационной  науки.

     ОрганизованныйН.Е.Жуковским еще до революции кружок по изучению воздухоплавания   успешно продолжал  свои  теоретические и практические исследования   и  после  ее победы.

     Ученики  Жуковского  не только  основали  школу,  но и вели подготовку к созданию  будущего Центрального  аэрогидродинамического  института  ( ЦАГИ ).  Решение обобразовании национального русского центра авиаци было принято с одобренияВ.И.Ленина. Н.Е.Жуковский и А.Н.Туполев  посетили  Высший  совет  народного хозяйства  и  получили  не  только  согласие  на  организацию   института,   нои  финансовую  помощь.  Аэродинамическая  лаборатория в МВТУ им. Баумана  былавначале основной базой экспериметальных работ ЦАГИ,  который в  настоящее время является  мировым  центром  авиационной  науки  и  техники.

     Придавая   особое значение  развитию  авиации,  Советское правительство в 1919г. приняло решение  о  создании  в Москве  учебного  заведения  для  подготовки инженерно- технических  кадров.  В  сентябре  того  же  года  сотоялось  первоезаседание  совета  авиационного  техникума  под  председательством Н.Е.Жуковского,  а в сетябре 1920 г. техникум был реорганизован в Институтинженеров Красного Воздушного  Флота  им. Н.Е.Жуковского.  Позднее  на  его базе  создается  Военно-воздушная  академия,  носящая  в  настоящее  время имя  Н.Е.Жуковского.

     Деятельность  великого русского,   всю  свою  жизнь  посвятившего  исследованию вопросов теорииавиации,  ученого была очень высоко оценена Советским правительством. Специальным постановлением Совета Народных Комиссаров от 3 декабря 1920 г., в котором  Н.Е.Жуковский  именовался  " отцом русской авиации,  он был  освобожден  от  обязательного  чтения  лекций  и  получил  право  "объявлять  курсы более  важного научного  содержания ". Ученому устанавливался  месячный оклад.  Тем  же  постановлением  учреждалась  премия Н.Е.Жуковского  за  выдающиеся  труды  в  области  математики  и  механики.  Было  так  же  принято  решение  об  издании трудов  ученого.

     В    предисловии   к   переизданным в  1972  г. лекциям  профессора Н.Е.Жуковского  " Динамика  аэропланов  в элементарном  изложении ",   которые  он читал  слушателям  теоретических курсов  авиации,   А.Н.Туполев  писал  о  великом вкладе  Н.Е.Жуковского  в  создание нашей  русской  авиации,  о том,  что  " он (Н.Е.Жуковский — Ф.С.) всегда  оставался  истинным  патриотом ,   глубоко  любил  свою Родину ,  радовался  ее  успехам ,   переживал  неудачи  и  всегда  хотел  быть  ейполезен ".

     Жуковский  был прекрасным  учителем.   Он  учил  просто,  ясно,  всегда чрезвычайно доброжелательно,   и  то,   что  хотел  передать  ученикам,   западало  им  вдушу  не  только  как  знание,   но  и  как  любовь  к  тому,   что  любил  он сам. 

     А  любил  он  науку,  авиацию  и  очень  любил  эксперимент,   считая  его совершенно  необходимым.  Н.Е.Жуковский  был  не  только  великим  ученым,   но  и инженером  "высшего  ранга ",   поэтому  его  ученики  не  замыкались  только  в науке,  а стремились к созданию  оригинальных  конструкций  планеров, вертолетов, глиссеров,   самолетов  на  основании  научной  теории  и результатов  экспериментов.   Поэтому основанные  на  школе  Николая Егоровича  Жуковского  авиационные  институты  -  это не  просто  учебные заведения,   а  еще  и  научные  организации,   работающие  над созданием российского  воздушного  флота.

     А.Н.Туполев  хотел, чтобы,  получая  памятный  курс лекций,  прочитанных Жуковским  в  1913  г.  и иданных  в  1917  г.,   каждый  почувствовал  то  уважение  и тепло  к Николаю  Егоровичу  Жуковскому ,   которое  сохранили  его  ученики.   Этивоспоминания  А.Н.Туполева  являются  прекрасной  характеристикой  научных  и личных качеств  великого  русского  ученого.

     Напомню  основные  этапы развития  научно — исследовательских  работ  в   области   аэродинамики самолетов  отечественной  авиации.

     В  первые послереволюционные годы  бурное  развитие  аэродинамики,  как  и  втеоретическом,   так  и  в  прикладном   смысле,   и  в первую  очередь    в изучении пограничного  слоя, получило свое практическое применение. Были заложены  основы  норм  устойчивости  и  управляемости,   изучены  флатбер  и бафтинг  в  применении  к  конкретным  типам  летательных  аппаратов, разработаны  серии  новых  скоростных  и несущих профилей крыла   смеханизацией.

     Разработанные   основы дозвуковой  и трансзвуковой  аэроинамики  с  введением  в   эксплуатацию  новых  аэродинамических  труб  позволили  совершить  скачок   влетных  данных  самолетов. Этому  способствовали  и  увеличение мощности  двигателей,разработка  воздушных  винтов  изменяемого  шага, создание  новых конструционных  материалов  на  основе  алюминия  и  новых   технологических процессов  для обработки.

     Как  и во  всякой  науке,   ведущая  роль  в  решении  задач в  области  аэродинамики принадлежала фундаментальным  теоретическим  исследованиям,  на  базе  которых  строились расчетные инженерные  методы,  составляющие  основу  прикладной  теории. Корифеи  советской  аэродинамики, такие, как  Н. Е.  Жуковский, С. А. Чаплыгин,Б. Н. Юрьев,  В. В. Голубев,  М. В. Келдыш, С. А. Христианович, Г. П. Свищев,В. В. Струминский  и  многие  другие, находились  во  главе  прогресса авиации.

     Трудность прикладногоиспользования теоретических исследований  состояла в том, что  теоретическиерешения могли быть найдены только для отдельных форм профилей, крыльев, телвращения. Это означало,  что почти для всех практически используемых в авиацииформ из-за отсутствия в то время ЭВМ, позволяющих использовать численныеметоды, большая часть теоретиков была занята конкретными расчетами.Правильность базовой теории и приближенных методов решения требовалиэкспериментальной проверки — подтверждения, а если необходимо, то иэкспериментальных поправок, что имело и имеет место и до настоящего времени.

     Для таких проверок былапостроена экспериментальная труба ЦАГИ диаметром 3 м и затем вторая — диаметром6 м. В создании экспериментальной базы ЦАГИ особенно велика роль А.Н.Туполева.Здесь, по мнению Г.П.Свищева, с полной силой проявился талант АндреяНиколаевича как организатора крупного масштаба. Создание аэродинамических трубс такими размерами и высокими скоростями потока сделало возможным испытаниекрупных по размерам моделей, позволяющих точно моделировать формы самолетов,  отрабатыватьих аэродинамические характеристики,  а часто испытывать и натуральные элементысамолета, в том числе фюзеляж.

     В числе первых достиженийаэродинамиков  тех лет была обклейка полотном гофра поверхностей фюзеляжа насамолете АНТ-4, что дало большой эффект по улучшению летных данных. В порядокдопуска в воздух самолета в первый раз вмешался  предшественник АТК ВВС,определивший, что без соответствующего свидетельства ЦАГИ ни одна машина неможет подняться в воздух. От ЦАГИ летательный аппарат  получает свой воздушныйпаспорт, дающий право на первый взлет.

     Был создан справочникконструктора, в котрый были включены все разделы аэродинамики самолета:аэродинамика крыла и воздушных винтов, охлаждение двигателей, аэродинамическийрасчет, устойчивость и управляемость, проверка на штопор, методика испытаний вэродинамических трубах и методика летных испытаний.

     Дальнейшим развитиемэтого направления было создание руководства для конструкторов, где давалисьрекомендации по вопросам от выбора геометрических форм самолёта до получениярезультатов испвтаний моделей в аэродинамической трубе позволяющие учестьособенности и детали реальной конструкции самолёта.

     Вторым напралениемразвития прикладной науки является накопление фактов. В аэродинамике, как и влюбой науке, говорил А. М. Черемухин, факты для развития теории и прикладныхметодов расчёта приносят познание явленй природы. Эти факты, кк правильносказано, узнаются из «Неожиданных тел», возникающих при эксплуатациисамолётов и их испытаниях, а также при изучении в аэродинамических трубах. Набазе осмысления фактов идёт разработка теории, а затем уже на базе теории инакопленных экспериментальных данных создаются прикладные расчётные методы.

     Лётные испытания всегдаявлялись отличнм источником информации, т.к. они проходят в натурных условиях иявляются наиболее достоверными источниками для полученя научно-практическихданных. Именно поэтому уже в прошлом в отечественных КБ создавалисьэкспериментальные самолёты начиная с самолёта АНТ-4, о котором уже говорилось.

     Однако, фудаментальныеиспытания оставались на стороне аэродинамических труб, кторые строились в нашейстране, и их объёмы и степень совершенства были уже таковыми, что в 1944 году втрубе Т-101 ЦАГИ испытывался самолёт ТУ-2, а в кабине самолёта находилсялётчик-испытатель.

     С  появлением турбореактивных  двигателей  появилась  возможность преодоления  "звуквого  барьера "  и  выхода  самоёта  на  сверхзвуковую скорость.  Для  исследований  новых  эффектов  была  построена   трансзвуковая  аэродинамическая труба,   а  затем  введены  в  эксплуатацию аэродинамические  трубы  больших сверхзвуковых  скоростей.

     Особое  место  в аэродинамике  и  самолётостроении  занимает  познание  трансзвуковой  скорости полёта,   стоившей  жизни  многим лётчикам — испытателям  и  ставившей  в трудное  положение  тех,   кто строит  самолёты  и  принимает  их  в эксплуатацию.

     Переход  военной  и гражданской  авиации  к  сверхзвуковым  скоростям  полета  и  совершение длительных  полетов  потребовали решения многих  задач.   Для  этого  прежде всего  было  необходимо  существенно повысить  аэродинамическое  качество самолета  на  этих  скоростях  и решить  вопросы  устойчивости  и балансировки  самолета  во  всем  диапазоне скоростей — от  дозвуковой  до  сверхзвуковой.  Вопросы  теплостойкости конструкционных  материалов,   смазки  и  герметиков стали  одними  из определяющих  для  констукций,   работающих  в  условиях циклического аэродинамического  нагрева,   характерного  для  высоких сверхзвуковых скоростей  полета.

     Последние 40-50 летхарактеризовались бурным ростом скоростей, высот и значительным увеличениемдальности полета на дозвуковой скорости, особенно для транспортных ипассажирских самолетов. За этот период  авиация увеличила максимальные скоростипримерно в 4 раза,  высоту и дальность — в 2,5-3 раза. Этот скочок сталвозможным благодаря широкому внедрению в авиацию реактивных двигателей.

     За рубежом созданиемаппаратов тяжелее воздуха занимались Хенсен, Венси, Лилиенталь, Адер, Шанют идр., а научными исследованиями в этой области и экспериментами ваэродинамических трубах — Эйфель во Франции, Кейли в Англии и Ленгли в США.

     Полеты братьев Райт,Сантос — Дюмона, Блерио, Кертиса, Уточкина, Ефимова и др. положили началосистематическим полетам в воздухе.

/>

          Послепобеды революции партия и правительство очень быстро осознали  необходимость создания  и  развития  воздушного  флота  России. Вопросы  развития  авиации неоднократно были в центре внимания советских партийных и государственныхорганов и неоднократно рассматривались на партийных съездах,  специальныхзаседаниях и совещаниях с участием высших советских партийных и государственныхдеятелей.

     Отечественноесамолетостроение в начале двадцатых годов базировалось на модернизации исерийном выпуске лучших образцов самолетов зарубежных марок.  Параллельновелись работы по созданию собственных  конструкций.

     Одним  из  первых самолетов,  построенных  в  советское  время ,   был модернизированный  вариант английской  машины  ДН — 9.  Освоение  ее было  поручено  Н. Н. Поликарпову,  асамолет в различных модификаций имел  наименование  Р — 1.  В  это  время  на базе  английской  машины марки «АВРО» выпускался двухместный учебныйсамолет У-1, предназначенный  для  летных  училищ.

     Из  очественных самолетов  оригинальной  конструкции,  созданных в двадцатые годы,  следуетотметить пассажирский самолет АК-1 В. Л. Александрова  и  В. В. Калинина.  Два самолета  сконструировал  летчик       В. О. Писаренко  и  построил  в мастерских  севастопольской  школы  летчиков,  где был инструктором.  Большуюизвестность имели конструкторские группы под руководством Д. П. Григоровича иН. Н. Поликарпова,  работавшие  над  созданием  летающих  лодок ,  пассажирскихсамолетов,  а  также  истребителей.

     В  этот  период  в отечественном  самолетостроении  наметился переход  к  созданию  летательных аппаратов  из  металла.  В 1925 г. в ЦАГИ было создано конструкторское бюро АГОС ( авиация,  гидроавиаци и опытное строительство ), руководителем  которогостал  А. Н. Туполев. Тематика  работы  АГОС  отличалась  большим разнообразием,  и  в  составе бюро были образованы бригады.  Возглавлявшие ихинженеры  стали впоследствии  известными  конструкторами. 

     Многие  из  созданных  в бюро самолетов участвовали в международных  выставках и перелетах на дальниерасстояния.  Так,  на машинах  АНТ — 3  ( Р-3 )  были  совершены  полеты  поевропейским столицам  и  дальневосточный  перелет  Москва — Токио.  Тяжелыйметаллический  самолет  ТБ — 1  ( АНТ-4 )  в  1929 г. совершил  перелет Москва -  Нью-Йорк  через  Северный  полюс.  Самолеты этого типа применялись не тольков дальней бомбардировочной авиации,  но и в арктических  экспедициях. Техническим руководителем  проекта  ТБ-1 являлся  констуктор   В. М. Петляков. В  АГОС  был  также спроектирован пассажирский  самолет  АНТ-9,   совершившийдальний перелет протяженностью  9037.

     Одновременно  отдел сухопутного  самолетостроения  ( ОСС )  под руководством   Н. Н. Поликарпова строил  самолеты — истребители  И — 3,   ДИ — 2.   В  этот  же  период  был построен  широкоизвестный  самолет  У — 2 ( По-2 ),   прослуживший  около  35 лет.   Одной  из  весьма  удачных оказалась   созданная   отделом  сухопутного   самолетостроения   машина   Р — 5,  которая впоследствиивыпускалась в различных вариантах — как разведчик ,   штурмовик  и  даже  как легкий  бомбардировщик.

     Отдел  морского самолетостроения,  руководимый Д. П. Григоровичем, строил  морские  самолеты,  в  основном  разведчики.

     Наряду с боевыми ипассажирскими  машинами конструировались авиетки  и  легкие  самолеты  по заказу  спортивных  организаций,   среди них  и  первые  самолеты  А. С.Яковлева,   именовавшиеся   АИР. 

     В начале тридцатых годовсамолеты имели старые формы — бипланную схему и не убирающееся в полете шасси.Обшивка металлических самолетов была гофрированной. В то же время в опытномсамолетостроении происходила реорганизация,  и на заводе " Авиаработник" были созданы бригады по типам самолетов.

     Вначале задание наразработку самолета И-5 было выдано А. Н. Туполеву, а позже его созданиемзанимались Н. Н. Поликарпов и Д. П. Григорович.   Этот самолет в различныхмодификациях состоял на вооружении почти десять лет,  а истребители  И-15, И-153, И-16  даже участвовали  в  боевых действиях начального периода ВеликойОтечественной   войны.

     Бригада  И. И.Погосского  проектировала  гидросамолеты,  в  частности морской  дальний разведчик   МДР — 3  ( позже  ее  коллектив  возглавлял     Г. М. Бериев,   который строил  самолеты  для  авиации  ВМФ  вплоть  до семидесятых  годов ).

     Бригада  дальних бомбардировщиков  под руководством                        С. В. Ильюшина несколько  позже  спроектировала   самолет   ДБ — 3,  а затем  широкоизвестный штурмовик  ИЛ — 2.   Бригада  С. А. Корчигина         в  течение  нескольких лет  занимались  проектированием  штурмовика,  котрый,   правда,   не  получил применения.   Под  руководством                   А. Н. Туполева  создавались тяжелые  бомбардировщики,   в  том  числе      ТБ — 3  -  один  из  лучших  и наиболее  известных  самолетов  этого  типа.

     Конструкторские  бюро,  руководимые   А. И. Путиловым  и                    Р. Л. Бартини,  работали над  созданием  цельнометаллических  стальных самолетов. 

     Успехи,  достигнутые  в самолетостроении и особенно проектировании двигателей, позволили  приступить ксозданию самолета рекордной дальности  полета  АНТ — 25.   Этот  самолет  с двигателем  М — 34 Р конструкции   А. А. Микулина  вошел  в  историю  после выполненных  на  нем перелетов  из  Москвы  через  Северный  полюс  в  США.

     К началу  сороковых  годов  в  соответствии  с  постановлением  Совета НародныхКомиссаров  «О реконструкции существующих и строительстве новых самолетных  заводов»  было  введено  в  эксплуатацию несколько новыхавиационных заводов,  которые  предназначались для выпуска новейших  самолетов.  В этот же период был объявлен конкурс на лучшую конструкциюсамолета — истребителя.  Над его созданием работали талантливые  инженеры — конструкторы С. А. Лавочкин,  В. П. Горбунов,  М. И. Гудков,  А. И. Микоян,  М.И. Гуревич,  М. М. Пашинин,  В. М. Петляков,  Н. Н. Поликарпов,  П. О. Сухой, В. К. Таиров,  И. Ф. Флоров,  В. В. Шевченко,  А. С. Яковлев,  В. П. Яценко.  Всеони внесли огромный вклад в развитие не только советской,  но и мировойавиации.  В итоге конкурса в 1941 г. на вооружение стали поступать самолетыЛаГГ, МиГ и Як — широкоизвестные истребители периода Великой Отечественнойвойны. 

     Слова  К. Э. Циолковскогоо том,  что за эрой аэропланов винтовых наступит эра аэропланов реактивных, оказались пророческими.        эра реактивных самолетов практически началась всороковые годы.  По инициативе видного советского военачальника М. Н.Тухачевского,  являвшегося в то время заместителем Наркома по вооружению,  былисозданы многие научно — исследовательские учреждения,  работавшие в областиракетной техники. 

     Теоретические разработкии проведенные исследования в конце двадцатых годов  позволили вплотную подойтик созданию ракетоплана.  Такой  планер был пострен Б. И. Черановским для ГИРД, а в 1932 г. планер модифицировали под опытный двигатель одного изосновоположников отечественного ракетостроения — инженера Ф. А. Цандера.

     В  апреле  1935 г. С. П.Королев сообщил о намерении строить крылатую  ракету — лабораторию  для полетов  человека на небольших высотах  с  использованием  воздушно — ракетных двигателей. 

     Обеспечение максимальнойскорости самолета было мечтой каждого конструктора.  Проводились попыткиснабдить поршневые самлеты реактивными ускорителями.  Характерным примеромможет служить самолет Як — 7 ВРД,  под крыло которого подвешивались двапрямоточных воздушно — реактивных двигателя. При их включении скоростьвозрастала на 60- 90 км/ч.

     Большая работапроводилась по созданию специального самолета — истребителя с ЖРД,  которыйдолжен был иметь большие скороподъемность при значительной продолжительностиполета. 

     Однако ни истребители с поршневыми двигателями и установленными на  них ускорителями,  ни самолеты сракетными двигателями не нашли применения в практике боевой авиации.

     В 1945 г. светскаяавиация перешагнула рубеж скорости в 825 км/ч после  установки  на  самолеты  И- 250 ( Микояна )  и  Су — 5 ( Сухого ) мотрно — компрессорного двигателя, сочетавшего осбенности поршневого и реактивного двигателей. 

     УказаниемГосударственного Комитета Обороны работа по созданию и постройке реактивныхсамолетов была поручена Лавочкину,  Микояну,  Сухому и Яковлеву.

     24  апреля  1946  года  в один  и  тот  же  день  взлетели  самолеты    Як — 15 и МиГ — 9,  которые имелив качестве силовых установок турбореактивные   двигатели.   Позже  был построен  Ла -160,   первый  в нашей  стране  реактивный  самолет состреловидным крылом.  Его появление  сыграло  значительную  роль в повышениискоростей исребителей,   но  до  скорости  звука  было  еще  далеко.

     Второе поколениеотечественных реактивных самлетов представляло собой более совершенные, болеескоростные,  более надежные машины,  в их  числе Як — 23,  Ла — 15  и особенно  МиГ — 15,  признанный в сое время одним из лучших военных самолетовтого времени.

     Впервые  в  СССР скорость звука в полете со снижением была дстигнута  в  конце  1948 г.  на опытном  самолете   Ла — 176  летчиком О. В. Соколовским.   А  в  1950 г.  уже в  горизонтальном  полете  самолеты        МиГ — 17,   Як — 50  проходили " звуковой  барьер ".   В сентябре — ноябре 1952 г.  МиГ — 19 развивал  скорость  в  1,5  раза  большую,  чем  скорость звука  и  превосходил по  главным  характеристикам   " SUPER-SEIBR",  котрый  к  тому времени  являлся  основным  истребителем  ВВС  США.      Преодолев  "звуковой  барьер ",   авиация  продолжала  осваивать  все большие скорости  и  высоты  полета.   Скорость  достигла  таких  значений,  при которых  для  дальнейшего  ее  увеличения  требовались  новые решения проблемы  устойчивости  и  управляемости.   Кроме  того  авиация вплотную подошла  к  " тепловому барьеру ".   Проблема  теплозащиты самолета требовала  безотлагательного  решения. 

     28  мая  1960 г.  на самолете   Т — 405  генерального  конструктора      П. О. Сухого  летчик  Б.Адрианов  установил  абсолютный  мировой  рекорд скорости  полета  -  2092км/ч  по  замкнутому  маршруту  100  км. 

     В итге наша авиация получиласамолет,  способный в течении 30 мин лететь со скоростью примерно 3000 км/ч.  Полеты  на этих самолетах свидетельствовали о том,  что благодаря применениюжаропрочных материалов и мощных систем охлаждения проблема «тепловогобарьера» для этих скорстей полета в основном была решена. 

     За послевоенные годы вСССР были созданы превосходные пассажирские и транспортные самолеты.  Еще в1956 г. на линиях Аэрофлота началась эксплуатация самолета Ту-104,  которыйвпервые в мире начал регулярные пассажирские перевозки.  Ил-18, Ту-124, Ту-134,Ан-10 и Як-40 выдвинули в то время наш Гражданский воздушный флот на одно изведущих мест в мире.

     Новые  отечественные пассажирские  самолеты  Ан-24,   Ту-154М,    Ил-62М  и  Як-42  осуществляют массовые  воздушные  перевозки внутри страны и за ее пределами.  В концесемидесятых годов был создан сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144.  Новыйкачественный и количественный  уровень  пассажирских  перевозок был достгнут свведением  в  эксплуатацию самолета — аэробуса Ил-86.  Военно-транспортная авиация  получила  самолеты  Ан-22 и Ил-76Т,  использующиеся  для  перевозкигрузов военного и гражданского назначения.  В 1984 г. началась эксплуатациясамолета — гиганта                 Ан-124«РУСЛАН»,   а  позже  Ан-225«МРИЯ».

     Вертолеты,  которыетолько после второй мировой войны стали работоспособным  и  экономическицелесообразным транспортным средством,  в настоящее время получили широчайшеераспространение. Советские авиационные  конструкторы создали надежные винтокрылыемашины  различного  назначения  -  легкие Ми-2 и Ка-26,  средние Ми-6 и Ка-32 и  тяжелые  Ми-26  и  другие  для  военной  и  гражданской  авиации.

     Успехи русскойавиационной промышленности в деле создания самолетов боевой авиации былипродемонстрированы в 1988г. на международной авиационной выставке в Фарнборо (Англия ),  где демонстрировался  истребитель  МиГ-29 ;  этот  же  самолет,  «Буран» и    Су-27  демонстрировались  в  Париже  в  1989 г.

     До настоящего временисамолеты МиГ-29 и Су-27 являются непревзойденными  лидерами  в  своем  классе истребителй.  Благодаря своей схеме и совершенству силовых установок,  онимогут выполнять уникальные фигуры высшего пилотажа,  которые недоступнызарубежным аналогам этих истребителей.

     Подводя черту подо всемвышесказанным можно сделать вывод,  что, несмотря на все трудности и неудачиавиация в нашей стране сделала огоромный шаг в своем развитии. И мне хочетсяверить,  что, благодаря гигантскому интеллектуальному потенциалу, накопленномув России,  авиация и в дальнейшем будет развиваться не менее быструми темпами, чем прежде.

           

«смерд Никитка,боярского сына Лупатова холоп», летал на деревянных крыльях вАлександровской слободе и «за сие дружество с нечистою силою» был поприказу Грозного казнен. Приговор будто бы гласил "… человек не птица,крыльев не имать… Аще же приставит себе аки крылья деревянны, противуестества творит. То не божье дело, а от нечистой силы. За сие дружество снечистою силою отрубить выдумщику голову. Тело окаянного пса смердящего бросить свиньям на съедение. А выдумку, аки диавольскою помощью снаряженную,после божественныя литургии огнем сжечь". 

 

            Это однаиз первых  попыток  в России летать, которая была засвидетельствованаисториками(в данном случае — историками Ивана Грозного). Так, ещё со времёнИвана Грозного наши соотечественники демонстрировали необычные для остальногомира качества: изобретательность(я имею в виду умение из ничего сделать чтоугодно), инстинктивное понимание законов природы. Увы, здесь проявилась  ещёодна традиционная российская черта, сохранившаяся до наших дней в России:вечное противопостояние науки и власти. Конечно, вряд ли можно причислить«смерда Никитку»  к учёным, ведь перед полётом он в лучшем случае прикинул«на глаз» — полетит ли его аппарат или нет, однако основатели русскойвоздухоплавательной школы, о которых речь пойдёт ниже, выросли на тех желегендах и сказках, в которых говорилось о возможности человека летать, что ипервые российские «воздухоплаватели». И, прежде чем приступитьнепосредственно к рассказу о создателях  русской авиации, я хотел бы рассказатьо первых попытках полётов в России.

    

            Русскийфольклор насчитывает немало сказок и легенд о фантастических существах и людях,обладающих «дьявольской» силой и умением летать по воздуху. Мысль овозможности летания жила в народе, переходя из поколения в поколение. До насдошли былины о Тугарине Змеевиче, сказки о Коньке-Горбунке, о КощееБессмертном, о ковре-самолете, на котором летал Иван-царевич, о полетеИвана-царевича на сове. Ряд легенд говорит и о реальных попытках создатьлетающие механизмы и приспособления. Так, сохранилась относящаяся еще в 906 г.легенда о пуске по воздуху на осажденный князем Олегом Царьград каких-то снарядов.Другая легенда говорит о  летающем искусственном орле, сделанном во временаИвана III (1482-1505гг.). Известно сказание о спуске на устройстве, подобномпарашюту, поповского сына Симеона и др.

     Несомненно, чторусские люди пытались летать на самодельных крыльях, причем полеты,по-видимому, преследовали  увеселительные цели. В рукописи Даниила Заточкина,относящейся к Х III столетию и хранившейся ранее в Чудовом монастыре. естьуказания на полеты людей. Перечисляя народные увеселения славян, ДаниилЗаточник пишет: "… а иные слетают с церкви или с высокого дома нашелковых крыльях.… показывая крепость сердец своих..."

     Как видно изэтой записи, еще в ХIII столетии у славян «иный летает с церкви или свысоки паволочиты крилы»,  «Паволочиты крилы» — это крылья,сделанные из хорошего  византийского шелка, С помощью таких крыльев, возможно,и совершали наши предки своеобразные планирующие спуски. Постройкой крыльев дляполета в 1762 н. занимался  «колодник расстрига» Федор Мелес. Он былубежден, что  "… может человек совершенно подобию птице по воздуху, кудахочет летать". Мелес совершил побег из  метрополичьего дома и двое суток мастерил крылья на небольшом островке возле Тобольска, намереваясь обтянуть ихмешками из-под хлеба. Наступившие холода заставили прекратить опыты, На допросеМелес показал, что "… намерен был отсель, из Тобольска, чрез те улететьпрямо в Малороссию". Тобльский митрополит Павел, считая, что «диавол.… показал ему безумный способ к летанию», распорядился «за содеянноебезумие Мелесу каждую пятницу на неделе по сорок ударов плетями или лозамиотчитывать вместо поклонений земных.»

МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧЛОМОНОСОВ

            Возможно,такие попытки летать продолжались бы до поголовного истребления«изобретателей от сохи» но в XVIII веке за проблему воздухоплаваниявзялся основатель первого российского университета, Михаил ВасильевичЛомоносов.

            МихайлоЛомоносов задолго до  официально признанных изобретателей геликоптера построили испытал аппарат в России. Правда, Леонардо да Винчи ещё в 1475 г. писал овозможности построить геликоптер, но Ломоносову эти работы Леонардо,обнародованные только в конце XVIII столетия,  не были известны.

     Ломоносовобратил  внимание на циркуляцию свободного воздуха в шахте в зависимости отнаружной температуры и 1 января 1745 г. Ломоносов изложил свои выводы  «Овольном движении воздуха, в рудниках примеченном» конференции Академиинаук. Это исследование наложило отпечаток и на изобретенный Ломоносовымгеликоптер. Лопасти винта геликоптера сильно напоминали лопасти«ветрогонной машины», применявшейся на рудниках.

     «Г-н сов. ипроф. Ломоносов собранию представил о машинке маленькой, которая бы вверхподымала термометры и другие малые инструменты метеорологические и предложилоной же  машины рисунок; того ради г-да заседающие оное его представлениеопробовали и положили канцелярию Академии наук репортом просить, чтобсоблаговолено было приказать реченную машину по приложенному при сем рисункудля опыта сего изображения сделать  под его г-на авторасмотрением мастеромФуциусом. И о вышеописанном ввиду протокола академического собрания репортуюмарта 4 дня 1754 г.»

     Поднепосредственным руководством Ломоносова и по его чертежам такая машина к июлю1754 г. была создана и опробована. Это был небольшой геликоптер. В протоколахконференции от 1 июля 1754 г. сохранилось следующее описание этого геликоптера:

    «Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину,называемую им аэродромической (воздухобежной),  которая должна употреблятьсядля того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различныхнаправлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух(отбрасывать его вниз), отчего машина будет подниматься в верхние слои воздухас той целью, чтобы можно было обследовать условия (состояние) верхнего воздухапосредством метеорологических  машин (приборов), присоединенных к этойаэродромической машине.  Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двумблокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположногоконца. Как только пружина заводилась, (машина) поднималась в высоту и потомуобещала достижение желаемого действия. Но это действие, по суждениюизобретателя, еще более увеличится, если будет увеличена сила пружины и еслиувеличить  расстояние между той и другой парой крыльев, а коробка, в которойзаложена пружина, будет сделана для уменьшения веса из дерева. Об этом он(изобретатель) обещал позаботиться».

     Скорее всего,исследования заняли все время Ломоносова и не дали ему возможности довести до«желаемого конца» постройку геликоптера, но приоритет Ломоносова вэтом изобретении несомненен. Изобретателем же геликоптера до сих пор частоназывают Пауктона, которому в 1768 г. действительно удалось сконструироватьнебольшой геликоптер.

     СозданиеЛомоносовым геликоптера так же интересно тем, что  даже значительно позднее — в1782 г. -  французская Академия наук (одна из самых элитных в то время) в лицеастронома Лаланда признала летание невозможным.

     МихаилВасильевич сделал первую в истории практическую попытку применить архимедоввинт для воздушного плавания. Нельзя забывать, что винт в то время не был ещеизвестен даже в качестве движетеля для морских судов. Тем значительнее это открытие русского ученого. Оно показывает, что Ломоносов один из первых понялдействительные законы сопротивления воздуха и нашел силу, способнуюподдерживать и продвигать аппарат в  полете. Так же интересно и то, чтоЛомоносов, очевидно, стремясь уничтожить реактивный момент, предусмотрел всвоем геликоптере два винта, вращающихся в противоположные стороны.

            Ломоносов,разрабатывая основы метеорологии (существование которой также необходимо длянормального развития авиации) одновременно с этим разработал основыаэродинамики, возникшей как наука только в конце XIX столетия.

            Следующимиз русских учёных, серьёзно занимающихся проблемой поднятия человека в воздух спомощью геликоптерного винта был Михаил Александрович Рыкачёв.

 МИХАИЛАЛЕКСАНДРОВИЧ РЫКАЧЁВ

     МихаилАлександрович Рыкачев, моряк по профессии, впоследствии академик и директорГлавной физической обсерватории, заинтересовался проблемой летания в конце 60-хгодов прошлого столетия.  В 1868 г. Рыкачев поднимался на воздушном шаре для метеорологических наблюдений. В 1871 г. в «Московском сборнике» былаопубликована его статья «Первые опыты над подъемной силой винта.вращаемого в воздухе”. Предпринятые исследования для определения мощности,необходимой для вращения винта определенных размеров,  и веса груза, которыйможно поднять на воздух с помощью  такого винта, Рыкачев проводил для того,чтобы построить геликоптер, на котором можно было бы, изменяя наклон оси винта,передвигаться в воздухе в желаемом направлении. Михаил Александрович тщательнопроанализировал все проведенные до него опыты и расчеты, касающиесясопротивления воздуха и воды. Он правильно отметил противоречие в коэффициентахПонселе и Дюшмена, установивших разные данные для неподвижной пластинки втекущей воде и для пластинки, двигающейся в воде с известной скоростью, своиопыты Рыкачев проводил с помощью специально сконструированного им прибора.

      Прибор этотсостоял из весов Роберваля, на одной чашке которых был установленчетырехлопастный винт, который приводился во вращение падающей гирей иличасовыми пружинами. Движение передавалось на вал винта с помощью зубчатыхколес. На другой чашке весов находилась гиря, уравновешивавшая прибор принеподвижных лопастях винта. Лопасти винта, имевшие форму трапеции, каждаяплощадь  2,8 кв.фута (0,26 мІ), могли быть установлены под разными углами к горизонту.

     Результатыопытов, проведенных с 29 ноября 1870 г. по 14 марта 1871 г… были сведеныРыкачевым в таблицы.

     Рыкачев неограничивался научно-исследовательской работой. Он был одним  из инициаторовсоздания VII воздухоплавательного отдела Русского технического общества ипервым председателем этого общества (1881-1884 гг.)

     По инициативеМихаила Александровича русские воздухоплаватели в содружестве с учеными другихстран приняли участие в международных наблюдениях за движением облаков (проводившихся в 1896-1897 гг.), позволивших сделать ряд  интересных заключений. Рыкачевым в1898 г. были осуществлены  подъемы змеев с анемографом собственнойконструкции.  Михаил Александрович  совместно с Валеном вычислил также средниетемпературы зимних месяцев для Европейсокй России.

     Рыкачёв поддерживал в России  интерес к научному воздухоплаванию. Еще в 1868 и 1873 гг.он совершал полеты на свободном аэростате, во время которых произвел ряд ценныхметеорологических наблюдений. Благодаря  его содействию в качестве директораГлавной физической обсерватории многие из физиков обсерватории — В.В. Кузнецов,С.И.Савинов, Д.А.Смирнов и др. — принимали участие в полетах, организованныхМеждународной ученой воздухоплавательной комиссией.

            Как иЛомоносов, Рыкачёв одновременно занимался и проблемой поднятия человека ввоздух, и проблемой исследования атмосферы, наверняка представляя неотделимость этих наук. Однако если Ломоносов пытался построить летательныйаппарат для изучения свойств атмосферы, то Рыкачёв уже больше склонялся к мыслио том, что метеорология должна быть поставлена на службу авиации,»… вовремя предупреждая воздухоплавателей о возможности или невозможностиполётов...".

            Почтиодновременно с Рыкачёвым  проблемой воздухоплавания занимался и ДмитрийИванович Менделеев, автор знаменитой «Периодической системы химическихэлементов».

ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧМЕНДЕЛЕЕВ

        Начавшееся после Крымской войны и падения Севастополя перевооружение русской артиллерии, вчастности, переход  на нарезные и стальные дула орудий, а позже применениебездымного пороха  остро поставили задачу изучения упругости газов.  Менделеев,изучая по заданию Главного инженерного управления эту проблему, столкнулся сдвумя сторонами вопроса.  С одной стороны, в условиях высоких давлений газдолжен быть близок к «предельному объему», с другой, — принезначительной плотности газа "… можно ждать уничтожения его упругости,т.е. прекращения в дальнейшем расширения. Тогда должно будет признать существование реальной границы для земной атмосферы", — писал Менделеев.

     Считая вопрос«О сжимаемости газов при столь малых давлениях, какие только можноизмерять» весьма важным и требующим разработки, Дмитрий Иванович невольнодолжен был  заинтересоваться строением  верхних слоев атмосферы. Он  тщательноизучает работы в этой области знаменитого английского физика Глешера,неоднократно поднимавшегося на воздушном шаре с научными целями. Позже ДмитрийИванович писал: «Меня так заняла гордая мысль подняться выше знаменитогоангличанина и постичь закон наслоения воздуха при нормальном состоянииатмосферы, что временно я оставил все другие занятия и стал изучастьаэростатику». В статьях, опубликованных в отчетах французской Академиинаук, разбирая вопрос  о закономерности изменения температуры в атмосфере,Менделеев подчеркивает необходимость опытной проверки своих положений с помощьюаэростата, который может подняться в верхние слои атмосферы… Он разрабатываети проект аэростата, "… допускающего возможность безопасно оставаться набольших высотах в атмосфере". В своем сообщении Химическому и физическомуобществу при Петербургском университете он высказывает возможность  "…прикреплять к аэростату  герметически закрытый  оплетенный упругий прибор дляпомещения наблюдателя,  который тогда будет обеспечен сжатым воздухом и можетбезопасно для себя делать определения и управлять шаром". К этой мыслиД.И.Менделеев возвращается и в 1873 г., утверждая, что с помощью  такихаэростатов можно "… изучать  условия верхних слоев атмосферы, гденадобно искать зародыш всех погодных изменений, в атмосфересовершающихся".

          Такимобразом, Менделеев еще в 1875 г. обосновал  принцип создания стратостата сгерметически закрытой кабиной, осуществленный лишь спустя полстолетия. Менделеев как бы продолжал работы М.В.Ломоносова по изучению высших слоев атмосферы. В 1875 г.     ( исходя из опыта  французского воздухоплавателя Дюпюиде Лома, с работами которого он был знаком) Менделеев составил эскиз управляемого аэростата и сделал необходимые расчеты.

     Великий ученыймечтал собрать необходимые для постройки  аэростата средства за счет продажииздаваемых им книг. В 1876 г., издавая под своей редакцией книгу немецкогоученого Мона  «Метеорология или учение о погоде», Менделеев пишет впредисловии: «Издавая предлагаемое сочинение, я имею в виду приобрестичерез продажу и распространение его  средства, необходимые для устройствааэростата, назначаемого для восхождения в верхние слои атмосферы».    Единственной страной,  имевшей опыт постройки аэростатов, была в эти годыФранция. Менделеев решает отправиться  за границу для изучения этого вопроса.Он обращается в военно-морское министерство с письмом следующего содержания:

    "… Воздухоплавание бывает и будет двух родов: одно в аэростатах, другое ваэродинамах.

     Первые легчевоздуха и всплывают в нем. Вторые тяжелее его и тонут. Так, рыба, недвижимая имертвая, всплывает на воду, а птица тонет в воздухе. Подражать первой уже умеютв размерах, годных для практики. Подражение второй — еще в зародыше,  в размерах,негодных в жизни людей, подобных полету бабочки, детской игрушке. Но этот родвоздухоплавания обещает  наибольшую будущность, дешевизну (в аэростатах дорогие оболочки и газ) и, так сказать, указывается самой природой, потому чтоптица тяжелее воздуха и есть аэродинам.

     В изложении временного состояния дела и ведении опытов необходимо преследовать оба родавоздухоплавания, так сказать, в равной мере, потому что по тому и другому ещепредстоит много неясного, и в будущей истории воздухоплавания  важнейшее местозаймут  не счастливых комбинаций догадки, а строго последованные опыты, откоторых можно ждать решения практических задач. Хотя оба рода воздухоплаванияодинаково заслуживают  исследователя, но для практической потребности, какова,например, военная, только одни аэростаты обещают дать скорый и возможныйрезультат, тем более, что весь вопрос с теоретической стороны в главных чертахздесь окончательно ясен. А потому  прежде всего должно обратиться в практике копытам в большом виде, над  хорошо обдуманным управляемым аэростатом. Незадаваясь чем-либо невозможным или мечтательным, я думая и хорошо убежден, чтобольшим аэростатом управлять возможно в такой же мере, как кораблем. У меняесть давно начатый проект такого аэростата. На днях я его сличил вновь сосновными данными тех аэростатов, которые уже выполняли задачу, и,  поисправлении некоторых подробностей, думаю, что мой проект представит некоторые немаловажные преимущества. Но я не изобретатель. А потому мое содействие делудолжно состоять не в том, чтобы проводить свой проект прямо в практику инастаивать  на его совершенстве, а в том: 1) чтобы  ближе узнать практику делаи сообразно ей ввести в проект дальнейшие улучшения; 2) чтобы сделатьнедостающие,  предварительные опыты, необходимые для рационального выполненияпроекта; 3) чтобы предварительно не секретничать, а все изложить вподробностях, необходимо дать нечто зрелое, не одну основную идею. Вот это мнеи желательно. Итак, задача: направлять аэростат, как корабль, к целямпрактической надобности — по моему разумению разрешима. Если заняться деломаэростатики, надо будет отложить  те дела, для которых я командируешь отУниверситета, и необходимо сделать немало новых расходов: побывать в Англии,войти в сношение с многими лицами, на что мои заграничные связи дадут мне,полагаю, возможность; надо будет закупить новые книги, приборы и т.п.

     В результатемоей поездки должно быть два дела: а) выполнение проекта управляемого аэростатас изложением оснований с чертежами. Этот проект должен быть представлен мне длявыполнения или опубликован во всей его подробности (если не пожелаютпочему-либо ни выполнять, ни публиковать, то я это право ударживаю за собой).

     Кроме проектамоего аэростата, я предлагаю как результат своей поездки статью, выражающуюобщее современное состояние вопроса о воздухоплавании. Поездка с этой целью,имеющейся уже у меня материал и, то, что всего  важнее, те связи с иностраннымиучеными, которые дают мне мои прежние труды,  позволяют мне надеяться на то, что я могу лучше, чем многие другие, получить хорошие  сведения, относящиеся доэтого дела. Я предполагаю избежать истории (она изложена в куче книг),приключений и подробностей, касающихся аэростатов и аэродинамов, а хочуограничиться описанием краткой теории дела (с указанием источников дляподробностей), описанием опытов над сопротивлением воздуха, систематическим изложением результатов  сделанных полетов, опытами над  новыми приборами длявоздухоплавания, проектами, как более самостоятельным  и критическим сводом,относящимся ко всему изложенному, чтобы перейти затем к своему проекту".

            В архивесохранилась докладная записка Главного инженерного управления военномуминистерству " О действиях г.Менделеева". В этой записке военныйинженер Недзеловский докладывал о просьбе Менделеева выделить ему 12 450 рублейна предварительные опыты, издание книги и на заказ двигателя для большогоаэростата и моделей.Хотя управляющий морским министерством согласился с тем, что: "… профессор Менделеев.… более кого-либо другого способен выполнитьпринимаемое им на себя дело", повторилась старая история: Менделееву далитолько треть необходимых средств… Этих денег хватило только на издание книги.

     В 1887 г.Д.И.Менделлев был избран академиком Петербургской Академии наук. Менделеевпродолжает свою  научную работу над проблемой воздухоплавания. В 1887 г.великий ученый поднялся один на воздушном шаре до высоты 3350 м для наблюдениясолнечного затмения; свой полет и сделанные наблюдения он подробно описал встатье  «Воздушный полет из Клина во время затмения», опубликованный в № 11 «Северного вестника» за тот же год.

     Этот полет,организованный военными воздухоплавателями, показал вместе с тем  и крайненизкий уровень воздухоплавательной техники того времени. Аэростат, рассчитанныйна подъем двух человек, мог поднять лишь одного, главным образом потому, чтогаз смешивался с воздухом при поступлении в оболочку. Крайне сложна была итехника наполнения шара водородом.

     На основанииопыта своего полета на воздушном шаре в Клину Менделеев предлагает длянаполнения аэростатов газом применить особые подушки со сжатым водородом. Изписьма видно, что Дмитрий Иванович пришел к мысли о таком способе наполненияаэростата еще в 1879 г. и обсуждал это в Париже с Дюпюи де Ломом. Менделеев  заканчиваетписьмо следующими словами: «Я охотно готов содействовать успеху нашейвоенной аэронавтики; когда угодно, хотя для испытания чего-либо готов иполететь, с удовольствием поделюсь мнением и советом, только избавьте откомиссий».

     На отпущенныеему 2500 руб. Менделеев организовал в своей лаборатории опыты по наполнениюаэростатов с помощью специальных баллонов для водорода, изучая также  ивозможность добывать водород  более совершенными способами. Проведенноеисследование позволило прийти к выводу о возможности сохранять водород спомощью «цилиндрических вместилищ для сжатого водорода» под давлением100-120 ат.

     В августе 1888г. в Англии начали применять для хранения газа специальные стальные трубыНорденфельда. Главное инженерное управление по справке по этому вопросу писало:

     «Навоздухоплавательном полигоне на Волковом Поле имеются доставленные из Англиистальные трубы Норденфельда, служащие для хранения и перевозки водорода,сжатого до 120 ат, а потому было бы полезно с помощью параллельных опытовсравнить эти трубы с вместилищами, предложенными профессором Менделеевым дляэтой же цели, причем желательно, чтобы означенные опыты производились вприсутствии председателя и членов Комиссии по применению воздухоплавания квоенным целям».

     Надо сказать,что предложенный Менделеевым способ сохранения водорода в баллонах поддавлением 120-200 ат широко принят современной техникой. Приоритет жеМенделеева в этом открытии, несомненно, доказывают публикуемые документы.

     Характерно, чтоМенделеева поддержал другой русский ученый — профессор Лачинов, которыйпредложил для электролиза водорода батарею своей системы.

     В случаеосуществления предложений этих ученых Россия имела бы необходимые приборы длядобывания и сохранения водорода. К сожалению, военное ведомство и на сей разобошло молчанием эти предложения.

     Дмитрий Ивановичне ограничивался изучением аэродинамики. Он верил в конечную победу аэропланов,считая, что они имеют «наибольшую будущность». Менделеев внимательноизучает структуру птичьего крыла и делает наброски его остова. В январе 1877 г.в качестве члена предварительной комиссии он участвует в рассмотрениипредложенного А.Ф.Можайским аэроплана и в мае 1877 г. дает заключение военномуминистерству о летательном аппарате доктора Арендта. (В приложении 4 приведеноэто заключение) В 1895 г. Дмитрий Иванович заинтересовался опытами с летающимимоделями В.В.Котова и даже написал предисловие к его книге. К сожалению, этакнига так и не вышла в свет.

     Д.И.Менделеевбыл глубоко убежден, что изобретение летательного снаряда «составит эпоху,с которой начнется новейшая история образованности».

 

   К сожалению,дальнейшие разработки «летающего снаряда» привели к созданию ракет,используемых на поле боя. Да и дальнейшее развитие авиации свелось в основном кразработке военных самолётов, аэростатов, воздушных шаров, а в последствии ивертолётов.Возможно, это произошло из-за приближении первой мировой войны, аможет быть из-за чего-то другого.Однако факт остаётся фактом: все воздухоплавательныесредства имели военную основу ( забегая вперёд: ТУ -104 переделан из бомбардировщика — ракетоносца Ту-16).Поначалу воздухоплавательные аппаратыиспользовались для наблюдения, а потом  некоторые  из лётчиков обнаружили, чтопредмет,  брошенный с большой высоты может причинить сильные повреждения из-заразвиваемой скорости.Также интерестны воспоминания командующих о том,что:".… некоторые пилоты обстреливают пилотов вражеских самолетов изличного оружия, а иные для этой цели даже берут с собой карабины или гранаты.Последние употребляются для сброса на позиции неприятеля...".

            Итак,первая мировая война дала мощный толчок развитию авиации  и, естественно, этоне могло не отразиться на направлении работы учёных воюющих государств.Какписал академик Б. Н. Юрьев: «Война с первых же дней указала на огромноезначение авиации, и царское правительство вынуждено было начать организациюавиационной науки. Однако делалось это из рук вон плохо, денег на наукупо-прежнему не давали, людей вернуть с фронтов также не удалось». Достойноудивления, что в этих условиях русские учёные сумели добиться серьёзных успеховв развитии авиационной науки. Центром авиационной мысли в России в годы первоймировой войны было Московское высшее техническое училище (МВТУ), где работалодин из лучших учёных своего времени — Н.Е.Жуковский.

НИКОЛАЙ ЕГОРОВИЧЖУКОВСКИЙ

     Отец русскойавиации, Николай Егорович Жуковский, родился 5 (17) января 1847 г. в семьеинженера путей сообщения Егора Ивановича Жуковского.

     В 1876 г.Николай Егорович впервые получил возможность поехать за границу для того, чтобыпознакомиться с выдающимися французскими и немецкими учеными. Во ФранцииЖуковский встречался с Дарбу и Резалем, в Германии — с Гельмгольцем иКирхгоффом.

 В 1879 г. Жуковскийполучил место профессора на кафедре аналитической механики в Московском высшемтехническом училище. В 1882 г. он защитил докторскую диссертацию на тему: “Опрочности движения".

     Начиная с 1886г. Жуковский читает в Московском университете курс гидроаэродинамики.

     Проблемы летаниязаинтересовали Николая Егоровича еще в юности. В 1877 г. в Париже Жуковскийпознакомился с французскими исследователями, работавшими над созданиемлетательных аппаратов тяжелее воздуха и изучавшими полет птиц.Из этой поездкиНиколай Егорович привез много летающих моделей, которые демонстрировал на своихлекциях и докладах.

     Вспоминая обэтом периоде, Жуковский пишет: «При кабинете прикладной механики уже с1889 г. проводились исследования по различным вопросам воздухоплавания — испытывалисьразличные модели летательных машин и строились небольшие аэродинамическиеаппараты».    Жуковский привез из-за границы и велосипед с громаднымпередним колесом, изобретенный французом Мишо. Николай Егорович разъезжал наэтом велосипеде, укрепив за плечами большие крылья из ткани. Этимиэкспериментами он старался определить подъемную силу крыльев и изменения каквеличины этой силы, так и точки ее приложения (центр парусности).

     Дальнейшиепоездки за границу и знакомство с Отто Лилиенталем, знаменитым немецкимпланеристом, книга которого «Полет птиц, как основа искусствалетания» стала для Жуковского настольной книгой, все больше и большевтягивали Николая Егоровича в изучение проблемы летания.

     Жуковский вместес тем правильно указал на значение восходящих потоков воздуха, так искусноиспользуемых птицами. Он пишет:" Если на некоторой высоте над землейплывут громадные вихри с горизонтальными осями, то птица, забравшись с тойстороны вихря, с которой имеется восходящий поток воздуха, и следя за движениемвихря, может некоторое время оставаться в восходящем потоке и описыватьблагодаря ему в движении относительно некоторых подвижных осей горизонтальныекруги".

     Все это говорилоо том, что Жуковский уже ясно представлял себе принципы полета аэроплана. Труд«О парении птиц» явился зрелой работой, в которой было критическиоценено все сделанное за границей и в России в области теории летания. Здесьпроявляется замечательная особенность Жуковского — не двигаться вперед, пока неизучено все главное, что сделано другими для решения рассматриваемой проблемы.Жуковский внимательно следит за успехами летания в Европе, ему хорошо знакомыработы Адера, Филиппса, Максима, сконструировавших летательные аппараты.

     Жуковский,продолжая упорно работать над проблемой летания, опубликовал в 1897 г. статью«О наивыгоднейшем угле наклона аэропланов». В этой статье онпересмотрел выводы Джевецкого, относящиеся к данному вопросу, и определилоптимальный угол атаки крыла аэроплана.

     Год спустяНиколай Егорович подробно разобрал орнитоптерную теорию полета и на основаниипроведенных опытов (им была сконструирована специальная модель) отметил, чтоколеблющаяся пластинка получает сопротивление, в десять раз большее,"… нежели пластинка, движущаяся поступательным равномерным движением стой же средней скоростью". Опыт показал, что если быстро перевестипластинку из покоя в движение,  то "… на каждый метр скорости иквадратный метр площади пластинки приходится 80 кг  сопротивлениявоздуха".

     Жуковский указывает,с одной стороны, на постепенное уменьшение массы двигателей, с другой, — правильно подчеркивает значение поступательной скорости для летательной машины.Он говорит: «Двигаясь под малым углом к горизонту с большой горизонтальнойскоростью, наклонная плоскость сообщает громадному количеству последовательноприлегающего к ней воздуха малую скорость вниз и тем развивает большуюподъемную силу вверх при незначительной затрате работы на горизонтальноеперемещение».

     Анализируядостигнутые успехи, Николай Егорович особое значение придает планеризму,заявляя, что "… проще  прибавить двигатель к хорошо изученной скользящейлетательной машине, нежели сесть на машину, которая никогда не летала счеловеком".

     В 1902 годуЖуковский построил в Московском университете (МВТУ) аэродинамическую трубуквадратного сечения размером  75х75 см. Длина трубы 7 м, скорость потока 9 м/с.В университетской же лаборатории был установлен сконструированный НиколаемЕгоровичем прибор для испытания винтов без поступательной скорости.Аэродинамическая трубка Жуковского была одной из первых в Европе.

     С помощью этихаппаратов Николай Егорович провел вместе со своими учениками ряд интересныхисследований, в частности,  о центре парусности, о вращении в потоке  воздухапластинок, ось которых перпендикулярна потоку, а также проверил законы Вельнераи Ренара для геликоптерного винта. Эти исследования позже позволили Жуковскомупредложить весьма рациональный  профиль (дужку) крыла с высокимиаэродинамическими качествами. Этот профиль известен до сих пор во всем мире подназванием «профиля Жуковского ». В 1904 году  Н.Е. Жуковский"… нашёл источник поддерживающей планы силы...", -  как пишет одиниз его коллег — ".… безусловно, его открытия ведут к созданиюаэродинамики...".

            НиколайЕгорович сделал также немалый вклад и в развитие военной авиации.Под егоруководством велись работы по созданию авиабомб большого калибра, в 1916 годуон основал новую науку -аэробаллистику, опубликовав свою работу«Бомбометание с самолётов».В этой работе он научно обосновал полётавиабомбы и его особенности, указал возможные типы бомбардировочных прицелов.Жуковский  за свою жизнь написал: по теоретической механике(включаяастрономические и математические задачи) — 40 печатных работ, по прикладной механике- 23, гидравлике и гидродинамике — 40, аэродинамике — 22, воздухоплавания — 21.Кроме  всего вышеперечисленного, Николай Егорович  помогал другимавиаконструкторам  в разработке новых аппаратов и усовершенствовании старых. Вкачестве эксперта давал заключения о пригодности или непригодности киспользованию летательных аппаратов, проверял модели строящихся самолётов ваэродинамических трубах и так далее.В общем, Николай Егорович принес наибольшуюпрактическую пользу России и его труды вполне оправдывают звание «отцарусской авиации».

            Русскиеучёные не были только теоретиками.Перечисление всех проектов русскихконструкторов — это тема для отдельного реферата, но нельзя не рассказать  огордости русской авиации — самолётах «Русский витязь» и«Святогор», которые в то время не имели аналогов.         

            Самолёт«Русский витязь» был cконструирован  И. И. Сикорским, причём проектэтого аэроплана Сикорский обдумывал ещё в 1911 году, когда ни один самолёт неподнимал груза больше 635 кг (рекорд грузоподъёмности на 1911 год принадлежалфранцузскому лётчику Дюси, пролетевшему 800 метров с грузом 600 кг).  Аэропланупредрекали полный провал, однако 13 мая 1913 года  были успешно проведеныпервые испытания «Русского витязя». Как рассказывали очевидцы: "Самолёт легко оторвался от земли, и,  совершив несколько больших кругов, плавноопустился у ангара, при бурном ликовании собравшихся зрителей...". Заграницей долго не хотели верить сообщениям о полёте «Русскоговитязя», считая  эти сообщении газетной уткой. Это неверие вполнеестественно для того времени,

ведь считалось, чтосамолёт, подобный «Русскому  витязю»  полететь  не мог.

            «Русскийвитязь» представлял собой  четырёхмоторный многостоечный биплан, нижнеекрыло которого было короче верхнего. Общая площадь несущих поверхностейсоставляла 120 мі (верхнее крыло 66 м І и нижнее крыло 54 мІ).Размах верхнего крыла составлял 27 м, а нижнего — 20 м. Штурвальное управлениебыло дублировано.Общая масса «Русского витязя » без нагрузкиравнялась 3500 кг, а полезная нагрузка составляла 1440 кг. Крыльядвухлонжеронной конструкции были прямоугольной формы и имели глубину 2,5 м,причём расстояние между крыльями также равнялось 2,5 м.

            Опасенияза устойчивость такого самолёта заставили сделать его достаточно длинным (20 м). Фюзеляж представлял собой деревянную ферму прямоугольного сечения, обшитуюснаружи фанерными листами. В фюзеляже была расположена капитанская рубка (сдвойным рулевым управлением), две пассажирские каюты и помещение для запасныхчастей и инструмента. Перед капитанской рубкой вперёд выдавалась площадка дляпрожектора и пулемёта. Поперечная остойчивость обеспечивалась элеронами наверхних крыльях. В движение самолёт приводили четыре двигателя«Аргус», установленные попарно в тандем ( самолёт был спроектированкак двухмоторный ).

            Самолётоказался достаточно устойчивым в полёте. После первых полётов (10 — 27 мая 1913года ) было установлено, что по кабине можно вполне свободно ходить, причём этоне отражалось на устойчивости. «Русский витязь» отделялся от земли послепробега в 700 метров и развивал скорость в 90 км/ч.

            Еще однимшедевром самолётостроения того времени был самолёт «Святогор»,построенный вскоре после «Ильи Муромца» (которого я не касаюсь, таккак он достаточно известен ). Этот двухмоторный биплан был спроектированВасилием Андриановичем Слесарёвым и был самым большим самолетом в мире. Егозапроектированные размеры и расчетные данные были следующие: площадь крыльев180  м І, площадь хвостогого оперения 20  м І, размах верхнего крыла 36 м, угол установки крыльев4,5°,  длина самолёта 21 м, полётная масса 6500 кг, причём нагрузка составлялаоколо 50 % полётной массы, продолжительность полёта 30 ч, высота полёта 2500 м,скорость свыше 100 км/ч, общая мощность моторов 440 л. с.

            Формакрыльев, по очертаниям напоминавших крылья стрижа, использование обтекаемыхнаружных стоек, тщательное сглаживание выступов говорили об огромнойисследовательской работе, проделанной изобретателем.

            Святогорбыл гораздо совершеннее «Ильи Муромца» и других самолётов того времени.Чего стоило хотя бы нововведение Слесарёва: двигатели помещались в корпусе,близко к центру тяжести и приводили винты в движение с помощью тросовойпередачи.

            Предыдущиеисследования Слесарёва в области аэродинамики и его сотрудничество при созданиитяжёлых самолётов типа «Илья Муромец» создали ему  авторитет,достаточный для признания его проекта. Тем не менее выполнимость такого проектавызывала сомнения и проект Слесарёва был предоставлен на рассмотрениетехнической комиссии особого комитета Воздухоплавательного отдела. Расчёт иобоснование проекта были признаны убедительными; комитет единогласно признал,что проект осуществим, и рекомендовал приступить к постройке самолёта.

            Предварительныепереговоры позволили установить срок постройки в 3 месяца, причём стоимостьравнялась 100 000 рублей. Кстати, правительство и на этот раз отказалосьфинансировать проект, и эту обязанность взял на себя богатый польский помещикМ. Э. Малынский. Заказ на постройку самолёта был передан заводу Лебедева вПетербурге.

            К 22 июня1915 года «Святогор» был собран, но война 1914 года сильно осложнилаположение конструктора.Во-первых, Слесарёв лишился возможности купить двигатели«Мерседес», а установка двигателей «Рено» ( и то полученныхтолько в 1916 ) перетяжелила самолёт. Во-вторых, по требованиям военных,Слесарёв должен был обеспечить десятикратную прочность всех ответственныхдеталей (зачем это понадобилось? «Святогор» и так обладал достаточнойпрочностью — он изначально предназначался для военных целей) что ещё больше перетяжелилосамолет, а так же вызвало смещение центра тяжести.

К этим проблемамдобавилось отсутствие средств и нежелание военной комиссии финансировать этиработы. Мнение профессора Н. Л. Кирпичёва, председателя комиссии: "… примощности двигателей в 440 л. с. аэроплан мог бы обладать общейгрузоподъёмностью в 6500 кг при скорости около 60 км/ч, однако для этого ондолжен был бы иметь поддерживающие поверхности площадью не менее 440 м І...". Соответственным было и решение комиссии:"… затрата на достройку этого аппарата даже самой ничтожной суммыявляется недопустимой...".             Однако конфликт между комиссиямипривел к тому, что на проект Слесарёва обратил внимание Н. Е. Жуковский.Самолет был тщательнейшим образом проверен в лабораториях, также был сделан расчетпрочности основных элементов. Кроме того, впервые в России был проведён полныйаэродинамический расчёт самолёта. На основании проведенных исследований  ирасчетов комиссия под председательством Жуковского 11 мая 1916 года«единогласно пришла к выводу, что полет аэроплана Слесарёва при полнойнагрузке в 6,5 т и при скорости в 114 км/ч является возможным, а посемуокончание постройки аппарата Слесарёва является желательным».

            В марте1916 года состоялись первые испытания аэроплана. «Святогор пробежал по землеоколо 200 м, как поломались некоторые детали правого двигателя и обнаружилисьнеполадки в передаточном механизме. По мере устранения одних недоделок сталиобнаруживаться другие. Они не порочили саму конструкцию самолёта, а являлисьследствием доделки самолёта в кустарной мастерской Слесарёва, где не моглиизготовить детали с достаточно большим запасом прочности. То разлеталсявентилятор, то ломался вал, то разваливалось колесо.                           

          Слесарёввынужден был переделывать всю трансмиссию из — за  непригодности шарнировГука.Но переделка трансмиссии затянулась и самолет не был испытан до 1917 года.

            В 1922 — 1923 годах была сделана попытка достроить и испытать этот самолёт. Слесарёвауговаривали отказаться от централизованных моторных установок и установить накрылья два двигателя „Либерти“ мощностью по 400 л. с. Работы повосстановлению „Святогора“ были прерваны смертью  Слесарёва.

                                КОНСТАНТИН ЭДУАРДОВИЧ ЦИОЛКОВСКИЙ

            Рассказываяо работах русских изобретателей нельзя не рассказать о работах КонстантинаЭдуардовича Циолковского.Его труды охватывали все горизонты авиации: отдирижаблей до космических кораблей, и тем не менее признание он получил толькопосле революции, как и Слесарёв.Как и подавляющее большинство людей,опередивших свое время, Циолковский остался непонятым своими современниками,тем не менее его работы вспоминают и сейчас, так как только в наше времяпоявились возможности для воплощения его проектов в реальные аппараты (такая жеистория произошла в своё время с Леонардо да Винчи: спроектировав экскаватор,да Винчи оставил свой проект без двигателя — паровой двигатель изобрели гораздопозже).

            КонстантинЭдуардович Циолковский родился  5 (17) сентября  1857 года в селе Ижевское(сейчас — Спасский район Рязанской области). Родившись в семье лесничего и неполучив никакого специального образования, он тем не менее успешно защитилдиплом на звание учителя. Свою работу учителем он совмещал с научнойдеятельностью. Также Циолковский писал рассказы, которые  являлись дополнениемк его исследованиям.

Например егопроизведения „На луне“,   „Изменение относительной тяжесть наЗемле“,  „Вне Земли“ и „Грёзы о Земле и небе...“представляют собой сплав популярных сведений о физических законах, научно-технического предвидения и утопии. Тем не менее в произведениях такогонеобычного жанра Константин Эдуардович  сумел правильно предсказать некоторыеявления(например, невесомость).

            Большинствонаучно-фантастических рассказов Циолковского были опубликованы ещё в 1887-1906годах, однако действительно ценные научные труды Циолковского получилипризнание только после революции(приблизительно в 1920 году).

 Начало внедрения реактивной    

         техники

/>                                  

Историяавиации характеризуется непрекращающейся борьбой за повышение скорости полетасамолетов. Первый официально зарегистрированный мировой рекорд скорости,установленный в 1906 году, составлял всего 41,3 километра в час. К 1910 годускорость лучших самолетов возросла до 110 километров в час. Построенный наРусско-Балтийском заводе еще в начальный период первой мировой войнысамолет-истребитель РБВЗ-16 обладал максимальной скоростью полета – 153километра в час. А к началу второй мировой войны уже не отдельные машины –тысячи самолетов летали со скоростями, превышавшими 500 километров в час.

Измеханики известно, что мощность, необходимая для обеспечения движения самолета,равна произведению силы тяги на его скорость. Таким образом, мощность растетпропорционально кубу скорости. Следовательно, чтобы увеличить скорость полетавинтомоторного самолета в два раза необходимо повысить мощность его двигателейв восемь раз. Это ведет к возрастанию веса силовой установки и к значительномуувеличению расхода горючего. Как показывают расчеты, для удвоения скоростисамолета, ведущего к увеличению его веса и размеров, нужно повысить мощностьпоршневого двигателя в 15-20 раз.

Но начинаясо скорости полета 700-800 километров в час и по мере приближения ее к скоростизвука сопротивление воздуха увеличивается еще более резко. Кроме того,коэффициент полезного действия воздушного винта достаточно высок лишь прискоростях полета, не превышающих 700-800 километров в час. С дальнейшим ростомскорости он резко снижается. Поэтому, несмотря на все старания авиаконструкторов,даже у лучших самолетов-истребителей с поршневыми моторами мощностью 2500-3000лошадиных сил максимальная скорость горизонтального полета не превышала 800километров в час.

Как видим,для освоения больших высот и дальнейшего увеличения скорости был нужен новыйавиационный двигатель, тяга и мощность которого с увеличением скорости полетане падали бы, а возрастали.

И такойдвигатель был создан. Это – авиационный реактивный двигатель. Он былзначительно мощнее и легче громоздких винтомоторных установок. Использованиеэтого двигателя в конце концов позволило авиации перешагнуть звуковой барьер.

 

/> 

Чтобы понять принцип работы реактивного двигателя,вспомним, что происходит при выстреле из любого огнестрельного оружия. Каждому,кто стрелял из ружья или пистолета, известно действие отдачи. В момент выстрелапороховые газы с огромной силой равномерно давят во все стороны. Внутренниестенки ствола, дно пули или снаряда и дно гильзы, удерживаемой затвором,испытывают это давление.

Силы давления на стенки ствола взаимно уравновешиваются.Давление пороховых газов на пулю (снаряд) выбрасывает ее из винтовки (орудия),а давление газов на дно гильзы и является причиной отдачи.

Отдачу легко сделать и источником непрерывного движения.Вообразим себе, например, что мы поставили на легкую тележку станковый пехотныйпулемет. Тогда при непрекращающейся стрельбе из пулемета она покатится подвлиянием толчков отдачи в сторону, противоположную направлению стрельбы.

На таком принципе и основано действие реактивногодвигателя. Источником движения в реактивном двигателе служит реакция или отдачагазовой струи.

     Взакрытом сосуде находится сжатый газ. Давление газа равномерно распределяетсяна стенки сосуда, который при этом остается неподвижным. Но если удалить однуиз торцовых стенок сосуда, то сжатый газ, стремясь расшириться, начнет быстровытекать из отверстия наружу.

 Давление газа на противоположную по отношению к отверстиюстенку уже не будет уравновешиваться, и сосуд, если он не закреплен, начнетдвигаться. Важно отметить, что чем больше давление газа, тем больше скоростьего истечения, и тем быстрее будет двигаться сосуд.

Для работы реактивного двигателя достаточно сжигать врезервуаре порох или иное горючее вещество. Тогда избыточное давление в сосудевынудит газы непрерывно вытекать в виде струи продуктов сгорания в атмосферу соскоростью тем большей, чем выше давление внутри самого резервуара и чем меньшедавление снаружи. Истечение газов из сосуда происходит под влиянием силыдавления, совпадающей с направлением выходящей через отверстие струи.Следовательно неизбежно появится и другая сила равной величины ипротивоположного направления. Она-то и заставит резервуар двигаться. Эта сила носитназвание силы реактивной тяги.

Все реактивные двигатели можно подразделить на несколькоосновных классов.  Рассмотрим группировку реактивных двигателей по родуиспользуемого в них окислителя.

В первую группу входят реактивные двигатели с собственнымокислителем, так называемые ракетные двигатели. Эта группа в свою очередьсостоит из двух классов: ПРД – пороховых реактивных двигателей и ЖРД –жидкостных реактивных двигателей.

В пороховых реактивных двигателях топливо одновременносодержит горючее и необходимый для его сгорания окислитель. Простейшим ПРДявляется хорошо всем известная фейерверочная ракета. В таком двигателе порохсгорает в течение нескольких секунд или даже долей секунды. Развиваемая приэтом реактивная тяга довольно значительна. Запас топлива ограничен объемомкамеры сгорания.

 В конструктивном отношении ПРД исключительно прост. Онможет применяться как непродолжительно работающая, но создающая все жедостаточно большую силу тяги установка.

В жидкостных реактивных двигателях в состав топлива всостав топлива входит какая-либо горючая жидкость (обычно керосин или спирт) ижидкий кислород или какое-нибудь кислородосодержащее вещество (например,перекись водорода или азотная кислота). Кислород или заменяющее его вещество,необходимое для сжигания горючего, принято называть окислителем. При работе ЖРДгорючее и окислитель непрерывно поступают в камеру сгорания; продукты сгоранияизвергаются наружу через сопло.

Жидкостный и пороховой реактивные двигатели, в отличие отостальных, способны работать в безвоздушном пространстве.

Вторую группу образуют воздушно-реактивные двигатели –ВРД, использующие окислитель из воздуха. Они в свою очередь подразделяются натри класса: прямоточные ВРД (ПВРД), пульсирующие ВРД (ПуВРД), и турбореактивныедвигатели (ТРД).

В прямоточном (или бес компрессорном) ВРД горючеесжигается в камере сгорания в атмосферном воздухе, сжатом своим собственнымскоростным напором. Сжатие воздуха осуществляется по закону Бернулли. Согласноэтому закону, при движении жидкости или газа по расширяющемуся каналу скоростьструи уменьшается, что ведет к повышению давления газа или жидкости.

 Для этого в ПВРД предусмотрен диффузор – расширяющийсяканал, по которому атмосферный воздух попадает в камеру сгорания.

Площадь выходного сечения сопла обычно значительно большеплощади входного сечения диффузора. Кроме того по поверхности диффузорадавление распределяется иначе и имеет большие значения, чем на стенках сопла. Врезультате действия всех этих сил возникает реактивная тяга.

КПД прямоточного ВРД при скорости полета 1000 километров вчас равен примерно 8-9%. А при увеличении этой скорости в 2 раза КПД в рядеслучаев может достигнуть 30% — выше, чем у поршневого авиадвигателя. Но надозаметить, что ПВРД обладает существенным недостатком: такой двигатель не даеттяги на месте и не может, следовательно, обеспечить самостоятельный взлетсамолета.

Сложнее устроен турбореактивный двигатель (ТРД). В полетевстречный воздух проходит через переднее входное отверстие к компрессору исжимается в несколько раз. Сжатый компрессором воздух попадает в камерусгорания, куда впрыскивается жидкое горючее (обычно керосин); образующиеся присгорании этой смеси газы подаются к лопаткам газовой турбины.

Диск турбины закреплен на одном валу с колесомкомпрессора, поэтому горячие газы, проходящие через турбину, приводят ее вовращение вместе с компрессором. Из турбины газы попадают в сопло. Здесьдавление их падает, а скорость возрастает. Выходящая из двигателя газовая струясоздает реактивную тягу.

В отличие от прямоточного ВРД турбореактивный двигательспособен развивать тягу и при работе на месте. Он может самостоятельнообеспечить взлет самолета. Для запуска ТРД применяются специальные пусковыеустройства: электростартеры и газотурбостартеры.

Экономичность ТРД на до звуковых скоростях полета намноговыше, чем прямоточного ВРД. И только на сверхзвуковых скоростях порядка 2000километров в час расход горючего для обоих типов двигателей становится примерноодинаковым.

 

/> 

Самымизвестным и наиболее простым реактивным двигателем является пороховая ракета,много столетий назад изобретенная в древнем Китае. Естественно, что пороховаяракета оказалась первым реактивным двигателем, который попытались использоватьв качестве авиационной силовой установки.

В самомначале 30-х годов в СССР развернулись работы, связанные с созданием реактивногодвигателя для летательных аппаратов. Советский инженер Ф.А.Цандер еще в 1920году высказал идею высотного ракетного самолета. Его двигатель “ОР-2”,работавший на бензине и жидком кислороде, предназначался для установки наопытный самолет.

В Германиипри участии инженеров Валье, Зенгера, Опеля и Штаммера начиная с 1926 годасистематически производились эксперименты с пороховыми ракетами, устанавливавшимисяна автомобиль, велосипед, дрезину и, наконец, на самолет. В 1928 году былиполучены первые практические результаты: ракетный автомобиль показал скоростьоколо 100 км/час, а дрезина – до 300 км/час. В июне того же года былосуществлен первый полет самолета с пороховым реактивным двигателем. На высоте30 м. Этот самолет пролетел 1,5 км., продержавшись в воздухе всего одну минуту.Спустя немногим более года полет был повторен, причем была достигнута скоростьполета 150 км/час.

К концу30-х годов нашего века в разных странах велись исследовательские,конструкторские и экспериментальные работы по созданию самолетов с реактивнымидвигателями.

В 1939году в СССР состоялись летные испытания прямоточных воздушно-реактивныхдвигателей (ПВРД) на самолете “И-15” конструкции Н.Н.Поликарпова. ПВРДконструкции И.А.Меркулова были установлены на нижних плоскостях самолета вкачестве дополнительных моторов. Первые полеты проводил опытныйлетчик-испытатель П.Е.Логинов. На заданной высоте он разгонял машину до максимальнойскорости и включал реактивные двигатели. Тяга дополнительных ПВРД увеличиваламаксимальную скорость полета. В 1939 году были отработаны надежный запускдвигателя в полете и устойчивость процесса горения. В полете летчик могнеоднократно включать и выключать двигатель и регулировать его тягу. 25 января1940 года после заводской отработки двигателей и проверки их безопасности вомногих полетах состоялось официальное испытание — полет самолета с ПВРД.Стартовав с Центрального аэродрома имени Фрунзе в Москве, летчик Логиноввключил на небольшой высоте реактивные двигатели и сделал несколько кругов надрайоном аэродрома.

Эти полетылетчика Логинова в 1939 и 1940 годах были первыми полетами на самолете совспомогательными ПВРД. Вслед за ним в испытании этого двигателя приняли участиелетчики-испытатели Н.А.Сопоцко, А.В.Давыдов и А.И.Жуков. Летом 1940 года этидвигатели были установлены и испытаны на истребителе И-153 “Чайка” конструкцииН.Н.Поликарпова. Они увеличивали скорость самолета на 40-50 км/час.

Однако прискоростях полета, которые могли развивать винтовые самолеты, дополнительные бескомпрессорные ВРД расходовали очень много горючего. Есть у ПВРД еще один важныйнедостаток: такой двигатель не дает тяги на месте и не может, следовательно,обеспечить самостоятельный взлет самолета. Это означает, что самолет с подобнымдвигателем должен быть обязательно снабжен какой-либо вспомогательной стартовойсиловой установкой, например винтомоторной, иначе ему не подняться в воздух.

В конце30-х – начале 40-х годов нашего столетия разрабатывались и испытывались первыесамолеты с реактивными двигателями других типов.

Один изпервых полетов человека на самолете с жидкостным реактивным двигателем (ЖРД)был также совершен в СССР. Советский летчик В.П.Федоров в феврале 1940 годаиспытал в воздухе ЖРД отечественной конструкции. Летным испытаниямпредшествовала большая подготовительная работа. Спроектированный инженеромЛ.С.Душкиным ЖРД с регулируемой тягой прошел всесторонние заводские испытанияна стенде. Затем его установили на планер конструкции С.П.Королева. После того,как двигатель успешно прошел наземные испытания на планере, приступили к летнымиспытаниям. Реактивный самолет отбуксировали обычным винтовым самолетом навысоту 2 км. На этой высоте летчик Федоров отцепил трос и, отлетев на некотороерасстояние от самолета-буксировщика, включил ЖРД. Двигатель устойчиво работалдо полного израсходования топлива. По окончании моторного полета летчикблагополучно спланировал и приземлился на аэродроме.

Эти летныеиспытания явились важной ступенью на пути создания скоростного реактивногосамолета.

Вскоресоветский конструктор В.Ф.Болховитинов спроектировал самолет, на котором вкачестве силовой установки был использован ЖРД Л.С.Душкина. Несмотря натрудности военного времени, уже в декабре 1941 года двигатель был построен.Параллельно создавался и самолет. Проектирование и постройка этого первого вмире истребителя с ЖРД были завершены в рекордно короткий срок:  всего за 40дней. Одновременно шла подготовка и к летным испытаниям. Проведение первыхиспытаний в воздухе новой машины, получившей марку “БИ”, было возложено налетчика-испытателя капитана Г.Я.Бахчиванджи.

15 мая1942 года состоялся первый полет боевого самолета с ЖРД. Это был небольшойостроносый самолет-моноплан с убирающимся в полете шасси и хвостовым колесом. Вносовом отсеке фюзеляжа помещались две пушки калибром 20 мм, боезапас к ним ирадиоаппаратура. Далее были расположены кабина пилота, закрытая фонарем, итопливные баки. В хвостовой части находился двигатель. Полетные испытанияпрошли успешно.

В годыВеликой Отечественной войны советские авиаконструкторы работали и над другимитипами истребителей с ЖРД. Конструкторский коллектив, руководимыйН.Н.Поликарповым, создал боевой самолет “Малютка”. Другой коллективконструкторов во главе с М.К.Тихонравовым разработал реактивный истребительмарки “302”.

Работы посозданию боевых реактивных самолетов широко проводились и за рубежом.

В июне1942 года состоялся первый полет немецкого реактивного истребителя-перехватчика“Ме-163” конструкции Мессершмитта. Только девятый вариант этого самолета былзапущен в серийное производство в 1944 году.

Впервые этот самолет с ЖРД был применен в боевойобстановке в середине 1944 года при вторжении союзнических войск во Францию. Онпредназначался для борьбы с бомбардировщиками и истребителями противника наднемецкой территорией. Самолет представлял собой моноплан без горизонтальногохвостового оперения, что оказалось возможным благодаря большой стреловидностикрыла.

 Фюзеляжубыла придана обтекаемая форма. Наружные поверхности самолета были оченьгладкие. В носовом отсеке фюзеляжа размещалась ветрянка для привода генератораэлектросистемы самолета. В хвостовой части фюзеляжа устанавливался двигатель –ЖРД с тягой до 15 кН. Между корпусом двигателя и обшивкой машины имеласьогнеупорная прокладка. Баки с горючим были размещены в крыльях, а сокислителями – внутри фюзеляжа. Обычного шасси на самолете не было. Взлетпроисходил с помощью специальной стартовой тележки и хвостового колеса. Сразуже после взлета эта тележка сбрасывалась, а хвостовое колесо убиралось внутрьфюзеляжа. Управление самолетом производилось посредством руля поворота,установленного, как обычно, за килем, и размещенных в плоскости крыла рулейвысоты, которые одновременно являлись и элеронами. Посадка производилась настальную посадочную лыжу длиной около 1,8 метра с полозом шириной 16сантиметров. Обычно самолет взлетал, используя тягу установленного на немдвигателя. Однако по замыслу конструктора была предусмотрена возможностьиспользования подвесных стартовых ракет, которые сбрасывались после взлета, атакже возможность буксировки другим самолетом до нужной высоты. При работе ЖРДв режиме полной тяги самолет мог набирать высоту почти по вертикали. Размахкрыльев самолета составлял 9,3 метра, его длина – около 6 метров. Полетный веспри взлете был равен 4,1 тонны, при посадке – 2,1 тонны; следовательно, за всевремя моторного полета самолет становился почти вдвое легче – расходовалпримерно 2 тонны топлива. Длина разбега была более 900 метров, скороподъемность– до 150 метров в секунду. Высоту в 6 километров самолет достигал через 2,5минуты после взлета. Потолок машины был 13,2 километра. При непрерывной работеЖРД полет продолжался до 8 минут. Обычно по достижении боевой высоты двигательработал не непрерывно, а периодически, причем самолет то планировал, торазгонялся. В результате общая продолжительность полета могла быть доведена до25 минут и даже более. Для такого режима работы характерны значительныеускорения: при включении ЖРД на скорости 240 километров в час самолет достигалскорости 800 километров в час спустя 20 секунд (за это время он пролетал 5,6километров со средним ускорением 8 метров в секунду квадрат). У земли этотсамолет развивал максимальную скорость 825 километров в час, а в интервалевысот 4-12 километров его максимальная скорость возрастала до 900 километров вчас.

В тот жепериод в ряде стран велись интенсивные работы по созданию воздушно-реактивныхдвигателей (ВРД) различных типов и конструкций. В Советском Союзе, как ужеговорилось, испытывался прямоточный ВРД, установленный на самолете-истребителе.

В Италии вавгусте 1940 года был совершен первый 10-минутный полет реактивногосамолета-моноплана “Кампини-Капрони СС-2”. На этом самолете был установлен такназываемый мотокомпрессорный ВРД (этот тип ВРД не рассматривался в обзоререактивных двигателей, так как он оказался невыгодным и распространения неполучил). Воздух входил через специальное отверстие в передней части фюзеляжа втрубу переменного сечения, где поджимался компрессором, который получалвращение от расположенного позади звездообразного поршневого авиамоторамощностью 440 лошадиных сил.

 Затемпоток сжатого воздуха омывал этот поршневой мотор воздушного охлаждения инесколько нагревался. Перед поступлением в камеру сгорания воздух смешивался свыхлопными газами от этого мотора. В камере сгорания, куда впрыскивалосьтопливо, в результате его сжигания температура воздуха повышалась еще больше.

Газо-воздушнаясмесь, вытекавшая из сопла в хвостовой части фюзеляжа, создавала реактивнуютягу этой силовой установки. Площадь выходного сечения реактивного сопларегулировалась посредством конуса, могущего перемещаться вдоль оси сопла.Кабина пилота располагалась вверху фюзеляжа над трубой для потока воздуха,проходящей через весь фюзеляж. В ноябре 1941 года на этом самолете был совершенперелет из Милана в Рим (с промежуточной посадкой в Пизе для заправки горючим),длившийся 2,5 часа, причем средняя скорость полета составила 210 километров вчас.

 Каквидим, реактивный самолет с двигателем, выполненным по такой схеме, оказалсянеудачным: он был лишен главного качества реактивного самолета – способностиразвивать большие скорости. К тому же расход горючего у него был весьма велик.

В мае 1941года в Англии состоялся первый испытательный полет экспериментального самолетаГлостер “Е-28/39” с ТРД с центробежным компрессором конструкции Уиттла.

 При 17 тысячах оборотов в минуту этот двигатель развивалтягу около 3800 ньютонов. Экспериментальный самолет представлял собойодноместный истребитель с одним ТРД, расположенным в фюзеляже позади кабиныпилота. Самолет имел убирающееся в полете трехколесное шасси.

Полторагода спустя, в октябре 1942 года, было проведено первое летное испытаниеамериканского реактивного самолета-истребителя “Эркомет” Р-59А с двумя ТРДконструкции Уиттла. Это был моноплан со среднерасположенным крылом и с высокоустановленным хвостовым оперением.

Носоваячасть фюзеляжа была сильно вынесена вперед. Самолет был оснащен трехколеснымшасси; полетный вес машины составлял почти 5 тонн, потолок – 12 километров. Прилетных испытаниях была достигнута скорость 800 километров в час.

Средидругих самолетов с ТРД этого периода следует отметить истребитель Глостер“Метеор”, первый полет которого состоялся в 1943 году. Этот одноместныйцельнометаллический моноплан оказался одним из наиболее удачных реактивныхсамолетов-истребителей того периода. Два ТРД были установлены на низкорасположенном свободнонесущем крыле. Серийный боевой самолет развивал скорость810 километров в час. Продолжительность полета составляла около 1,5 часов,потолок – 12 километров. Самолет имел 4 автоматические пушки калибра 20миллиметров. Машина обладала хорошей маневренностью и управляемостью на всехскоростях.

Этотсамолет был первым реактивным истребителем, применявшемся в боевых воздушныхоперациях союзной авиации в борьбе против немецких самолетов-снарядов “V-1” в 1944 году. В ноябре 1941 года на специальном рекордномварианте этой машины был установлен мировой рекорд скорости полета – 975километров в час.

 Это былпервый официально зарегистрированный рекорд, установленный на реактивномсамолете. Во время этого рекордного полета ТРД развивали тягу примерно по 16килоньютонов каждый, а потребление горючего соответствовало расходуприблизительно 4,5 тысячи литров в час.

В годывторой мировой войны несколько типов боевых самолетов с ТРД было разработано ииспытано в Германии. Укажем на двухмоторный истребитель “Ме-262”, развивавшиймаксимальную скорость 850-900 километров в час (в зависимости от высоты полета)и четырех моторный бомбардировщик “Арадо-234”.

Истребитель “Ме-262” был наиболее отработанной идоведенной конструкцией среди многочисленных типов немецких реактивных машинпериода второй мировой войны. Боевая машина была вооружена четырьмяавтоматическими пушками калибром 30 миллиметров.

 Назаключительном этапе Великой Отечественной войны в феврале 1945 года триждыГерой Советского Союза И.Кожедуб в одном из воздушных боев над территориейГермании впервые сбил реактивный самолет врага – “Ме-262”. В этом воздушномпоединке решающим оказалось преимущество в маневренности, а не в скорости(максимальная скорость винтового истребителя “Ла-5” на высоте 5 километров быларавна 622 километра в час, а реактивного истребителя “Ме-262” на той же высоте– около 850 километров в час).

Интересноотметить, что первые немецкие реактивные самолеты оснащались ТРД с осевымкомпрессором, причем максимальная тяга двигателя была менее 10 килоньютонов. Вто же время английские реактивные истребители были оборудованы ТРД сцентробежным компрессором, развивающим примерно вдвое большую тягу.

Уже в начальный период развития реактивных машин прежниезнакомые формы самолетов претерпевали более или менее значительные изменения.Весьма необычно выглядел, например, английский реактивный истребитель “Вампир” двух балочной конструкции.

 Еще болеенепривычным для глаза был экспериментальный английский реактивный самолет“Летающее крыло”. Этот бес фюзеляжный и бесхвостый самолет был выполнен в видекрыла, в котором размещались экипаж, горючее и т.д. Органы стабилизации иуправления также были установлены на самом крыле. Достоинством этой схемыявляется минимальное лобовое сопротивление. Известные трудности представляетрешение проблемы устойчивости и управляемости “Летающего крыла”.

 Приразработке этого самолета ожидалось, что стреловидность крыла позволит добитьсябольшой устойчивости в полете при одновременном существенном уменьшениисопротивления. Английская авиационная фирма “Де-Хевиленд”, построившая самолет,предполагала использовать его для изучения явлений сжимаемости воздуха иустойчивости полета при больших скоростях. Стреловидность крыла этогоцельнометаллического самолета составляла 40 градусов. Силовая установкасостояла из одного ТРД. На концах крыльев в специальных обтекателях находилисьпротивоштопорные парашюты.

В мае 1946года самолет “Летающее крыло” был впервые испытан в пробном полете. А всентябре того же года во время очередного испытательного полета он потерпелаварию и разбился. Пилотировавший его летчик трагически погиб.

В нашейстране в годы Великой Отечественной войны начались обширные исследовательскиеработы по созданию боевых самолетов с ТРД. Война ставила задачу – создатьсамолет-истребитель, обладающий не только большой скоростью, но и значительнойпродолжительностью полета: ведь разработанные реактивные истребители с ЖРДимели весьма малую продолжительность полета – всего 8-15 минут. Былиразработаны боевые самолеты с комбинированной силовой установкой –винтомоторной и реактивной. Так, например, истребители “Ла-7” и “Ла-9” былиснабжены реактивными ускорителями.

Работа надодним из первых советских реактивных самолетов началась еще в 1943-1944 годах.Эта боевая машина создавалась конструкторским коллективом, возглавляемымгенералом инженерно-авиационной службы Артемом Ивановичем Микояном. То былистребитель “И-250” с комбинированной силовой установкой, которая состояла изпоршневого авиадвигателя жидкостного охлаждения типа  “ВК-107 А” с воздушнымвинтом и ВРД, компрессор которого получал вращение от поршневого мотора. Воздухпоступал в воздухозаборник под валом винта, проходил по каналу под кабинойлетчика и поступал в компрессор ВРД. За компрессором были установлены форсункидля подачи топлива и запальная аппаратура. Реактивная струя выходила черезсопло в хвостовой  части фюзеляжа. Свой  первый  полет “И-250” совершил еще вмарте 1945 года. Во время летных испытаний была достигнута скорость,значительно превышающая 800 километров в час.

Вскореэтот же коллектив конструкторов создал реактивный истребитель “МИГ-9”. На немустанавливались два ТРД типа “РД-20”. Каждый двигатель развивал тягу до 8800ньютонов при 9,8 тысячах оборотов в минуту. Двигатель типа “РД-20” с осевымкомпрессором и регулируемым соплом имел кольцевую камеру сгорания сшестнадцатью горелками вокруг форсунок для впрыска топлива. 24 апреля 1946 годалетчик-испытатель А.Н.Гринчик совершил на самолете “МИГ-9” первый полет. Как исамолет “БИ”, эта машина мало отличалась по своей конструктивной схеме отпоршневых самолетов. И все же замена поршневого мотора реактивным двигателемповысила скорость примерно на 250 километров в час. Максимальная скорость“МИГ-9” превышала 900 километров в час. В конце 1946 года эта машина былазапущена в серийное производство.

В апреле1946 года был совершен первый полет на реактивном истребителе конструкцииА.С.Яковлева. Для облегчения перехода к производству этих самолетов с ТРД былиспользован серийный винтовой истребитель “Як-3”, у которого передняя частьфюзеляжа и средняя часть крыла были переделаны под установку реактивногодвигателя. Этот истребитель применялся как реактивный тренировочный самолетнаших ВВС.

В1947-1948 годах прошел летные испытания советский реактивный истребительконструкции А.С.Яковлева “Як-23”, который обладал более высокой скоростью.

Это было достигнуто благодаря установке на немтурбореактивного двигателя типа “РД-500”, который развивал тягу до 16килоньютонов при 14,6 тысячах оборотов в минуту. “Як-23” представлял собойодноместный цельнометаллический моноплан со среднерасположенным крылом.

Присоздании и испытании первых реактивных самолетов наши конструкторы столкнулисьс новыми проблемами. Оказалось, что одного увеличения тяги двигателя ещенедостаточно для осуществления полета со скоростью, близкой к скоростираспространения звука. Исследования сжимаемости воздуха и условий возникновенияскачков уплотнения проводились советскими учеными начиная с 30-х годов.Особенно большой размах они приобрели в 1942-1946 годах после летных испытанийреактивного истребителя “БИ” и других наших реактивных машин. В результате этихисследований уже к 1946 году был поставлен вопрос о коренном измененииаэродинамической схемы высокоскоростных реактивных самолетов. Встала задачасоздания реактивных самолетов со стреловидным крылом и оперением. Наряду с этимвозникли и смежные задачи – потребовалась новая механизация крыла, иная системауправления и т.д.

Настойчиваятворческая работа научно-исследовательских, конструкторских и производственныхколлективов увенчалась успехом: новые отечественные реактивные самолеты ни вчем не уступали мировой авиационной технике того периода. Среди скоростныхреактивных машин, созданных в СССР в 1946-1947 годах, выделяется своимивысокими летно-тактическими и эксплуатационными характеристиками реактивныйистребитель конструкции А.И.Микояна и М.И.Гуревича “МИГ-15”, со стреловиднымкрылом и оперением. Применение стреловидного крыла и оперения повысило скоростьгоризонтального полета без существенных изменений его устойчивости иуправляемости. Увеличению скорости самолета во многом способствовало такжеповышение его энерговооруженности: на нем был установлен новый ТРД сцентробежным компрессором “РД-45” с тягой около 19,5 килоньютонов при 12тысячах оборотов в минуту. Горизонтальная и вертикальная скорости этой машиныпревосходили все достигнутое ранее на реактивных самолетах.

 Виспытаниях и доводке самолета принимали участие летчики-испытатели ГероиСоветского Союза И.Т.Иващенко и С.Н.Анохин. Самолет имел хорошиелетно-тактические данные и был прост в эксплуатации. За исключительнуювыносливость, простоту в техническом обслуживании и легкость в управлении онполучил прозвище “самолет-солдат”.

Конструкторскоебюро, работающее под руководством С.А.Лавочкина, одновременно с выпуском“МИГ-15” создало новый реактивный истребитель “Ла-15”. Он имел стреловидноекрыло, расположенное над фюзеляжем. На нем было мощное бортовое вооружение. Извсех существовавших тогда истребителей со стреловидным крылом “Ла-15” имелнаименьший полетный вес. Благодаря этому самолет “Ла-15” с двигателем “РД-500”,имевшим меньшую тягу, чем двигатель “РД-45”, установленный на “МИГ-15”, обладалпримерно такими же летно-тактическими данными, как и “МИГ-15”.

Стреловидностьи специальный профиль крыльев и оперения реактивных самолетов резко уменьшилисопротивление воздуха при полетах со скоростью распространения звука. Теперь наволновом кризисе сопротивление возрастало уже не в 8-12 раз, а всего в 2-3раза. Это подтвердили и первые сверхзвуковые полеты советских реактивныхсамолетов.

 

/>

 

Вскоререактивные двигатели стали устанавливаться и на самолетах гражданской авиации.

В 1955году за рубежом начал эксплуатироваться многоместный пассажирский реактивныйсамолет “Комета-1”. Эта пассажирская машина с четырьмя ТРД обладала скоростьюоколо 800 километров в час на высоте 12 километров. Самолет мог перевозить 48пассажиров.

Дальность полета составляла около 4 тысяч километров. Весс пассажирами и полным запасом горючего составлял 48 тонн. Размах крыльев,имеющих небольшую стреловидность и относительно тонкий профиль, — 35 метров.Площадь крыльев – 187 квадратных метров, длина самолета – 28 метров. Однакопосле крупной аварии этого самолета в Средиземном море его эксплуатация была прекращена.Вскоре стал использоваться конструктивный вариант этого самолета – “Комета-3”.

Представляют интерес данные об американском пассажирскомсамолете с четырьмя турбовинтовыми двигателями Локхид “Электра”, рассчитанномна 69 человек (включая экипаж из двух пилотов и бортинженера). Числопассажирских мест могло быть доведено до 91. Кабина герметизирована, входнаядверь двойная. Крейсерская скорость этой машины – 660 километров в час. Веспустого самолета – 24,5 тонн, полетный вес – 50 тонн, в том числе 12,8 тоннгорючего для рейса и 3,2 тонны запасного горючего. Заправка и обслуживаниесамолета на промежуточных аэродромах занимали 12 минут. Выпуск самолета былначат в 1957 году.

Американская фирма “Боинг” с 1954 года проводила испытаниясамолета “Боинг-707” с четырьмя ТРД. Скорость самолета – 800 километров в час,высота полета – 12 километров, дальность – 4800 километров. Этот самолет былпредназначен для использования в военной авиации в качестве “воздушноготанкера” – для заправки боевых самолетов горючим в воздухе, но мог бытьпереоборудованным и для применения в гражданской транспортной авиации. Впоследнем случае на машине могло быть установлено 100 пассажирских мест.

В 1959 году началась эксплуатация французскогопассажирского самолета “Каравелла”. У самолета был круглый фюзеляж диаметром3,2 метра, в котором был оборудован герметизированный отсек длиной 25,4 метра.В этом отсеке размещалась пассажирская кабина на 70 мест. Самолет имелстреловидное крыло, скошенное назад под углом 20 градусов. Взлетный вессамолета – 40 тонн. Силовая установка состояла из двух ТРД с тягой по 40килоньютонов каждый. Скорость самолета была около 800 километров в час.

В СССР уже в 1954 году на одной из воздушных авиалинийдоставка срочных грузов и почты производилась скоростными реактивнымисамолетами “Ил-20.

С весны 1955 года реактивные почтово-грузовые самолеты“Ил-20” начали курсировать на воздушной трассе Москва-Новосибирск. На бортусамолетов – матрицы столичных газет. Благодаря использованию этих самолетовжители Новосибирска получали московские газеты в один день с москвичами.

На авиационном празднике 3 июля 1955 года на Тушинскомаэродроме под Москвой впервые был показан новый реактивный пассажирский самолетконструкции А.Н.Туполева “ТУ-104.

   Этотсамолет с двумя ТРД тягой по 80 килоньютонов каждый имел отличныеаэродинамические формы. Он мог перевозить 50 пассажиров, а в туристическомварианте – 70. Высота полета превышала 10 километров, полетный вес – 70 тонн.Самолет имел прекрасную звуко- и теплоизоляцию. Машина была герметична, воздухв салон отбирался от компрессоров ТРД. В случае отказа одного ТРД самолет могпродолжать полет на другом. Дальность беспосадочного перелета составляла3000-3200 километров. Скорость полета могла достигать 1000 километров в час.

15 сентября 1956 года самолет Ту-104 совершил первыйрегулярный рейс с пассажирами по трассе Москва-Иркутск. Через 7 часов 10 минутлетного времени, преодолев с посадкой в Омске 4570 километров, самолетприземлился в Иркутске. Время в пути по сравнению с полетом на поршневыхсамолетах сократилось почти втрое. 13 февраля 1958 года самолет Ту-104стартовал в первый (технический) рейс по авиалинии Москва-Владивосток — однойиз самых протяженных в нашей стране.

“ТУ-104” получил высокую оценку и в нашей стране и зарубежом. Иностранные специалисты, выступив в печати, заявили, что начаврегулярную перевозку пассажиров на реактивных самолетах “ТУ-104”, СоветскийСоюз на два года опередил США, Англию и другие западные страны по массовойэксплуатации пассажирских турбореактивных самолетов: американский реактивныйсамолет «Боинг-707» и английская «Комета-IV» вышли на воздушные линии только в конце1958 года, а французский «Каравелла» — в 1959 году.

В гражданской авиации также использовались самолеты стурбовинтовыми двигателями (ТВД). Эта силовая установка по устройству похожа наТРД, но в ней на  одном валу с турбиной и компрессором с передней стороныдвигателя установлен воздушный винт. Турбина здесь устроена таким образом, чтораскаленные газы, поступающие из камер сгорания в турбину, отдают ей большуючасть своей энергии. Компрессор потребляет мощность значительно меньше той,которую развивает газовая турбина, а избыточная мощность турбины передается навал винта.

ТВД – промежуточный тип авиационной силовой установки.Хотя газы, выходящие из турбины, и выпускаются через сопло и их реакцияпорождает некоторую тягу, основная тяга создается работающим винтом, как уобычного винтомоторного самолета.

ТВД не получил распространения в боевой авиации, так какон не может обеспечить такую скорость движения, как чисто реактивные двигатели.Также он непригоден на экспрессных линиях гражданской авиации, где решающимфактором является скорость, а вопросы экономичности и стоимости полета отходятна второй план. Но турбовинтовые самолеты целесообразно использовать на трассахразличной протяженности, рейсы по которым совершаются со скоростями порядка600-800 километров в час. При этом нужно учитывать, что, как показал опыт,перевозка на них пассажиров на расстояние 1000 километров обходится на 30%дешевле, чем на винтовых самолетах с поршневыми авиадвигателями.

В 1956-1960 годах в СССР появилось много новых самолетов сТВД. Среди них “ТУ-114”(220 пассажиров), “Ан-10”(100 пассажиров), “Ан-24”(48пассажиров), “Ил-18”(89 пассажиров).

/>

                

 

Изобретение реактивного авиационного двигателяпредопределило резкий скачок в развитии авиации. Новые самолеты с реактивнымисиловыми установками были значительно быстрее и мощнее свих аналогов,оснащенных поршневыми авиамоторами.

Реактивный двигатель позволил самолетам преодолетьзвуковой барьер, что было практически неосуществимо при использовании поршневыхавиамоторов. Современные реактивные самолеты способны двигаться со скоростями,в несколько раз превышающими скорость звука.

Активное развитие реактивной авиации предзнаменовалонаступление космической эры. Ведь первые ракетные реактивные двигатели были поконструкции похожи на авиационные жидкостные реактивные двигатели.

Изобретение турбовинтового двигателя позволило снизитьстоимость пассажирских авиаперевозок, а внедрение турбореактивного двигателя вгражданскую авиацию – повысить их скорость. Все это способствовалопопуляризации гражданских авиаперевозок среди населения и ускорило общийнаучно-технический прогресс.

Перечень условных обозначений, символов,единиц, сокращений и терминов

Обозначения

Индексы

а – скорость звука, м/с; * — равновесный параметр; В – индукция магнитного поля, Тл; а – выходное сечение параметра; F – сила, Н; кр – критическое сечение сопла;

Iс – ток катушки, А;

к – сечение камеры сгорания

Ib – ток ионного пучка, А;

реактивного двигателя; k – показатель адиабаты; max – максимальный; m – масса, кг; min – минимальный;

/> — массовый расход, кг/с;

opt – оптимальный; N –мощность, Вт; б – бак;

n –концентрация частиц, м-1;

к – камера; P – давление, Па; 0 – начальный; T – температура, К; U – напряжение, В; W – скорость, м/с;

r — плотность, кг/м3;

P, R – тяга ракетного двигателя, Н; h — тяговый КПД; t — приращение по времени, с; f — потенциал ионизации, эВ;

s — сечение ионизации, см2;

w — частота, 1/с;

Сокращения

АЭД– автоэмиссионный двигатель;

ВЧ– высокочастотный;

ИПД– импульсный плазменный двигатель;

КА– космический аппарат;

КПД– коэффициент полезного действия;

ПИД– плазменный ионный двигатель;

РД– ракетный двигатель;

РИД– радиочастотный ионный двигатель;

РМД- радиочастотный ионный двигатель с магнитным полем;

СПД– стационарный плазменный двигатель;

СПУ– стационарный плазменный ускоритель;

СХПРТ– система хранения и подачи рабочего тела;

ЭДС– электродвижущая сила;

ЭРД– электроракетный двигатель;

ЭТД– электротермический двигатель.

/> 

            Какбыло показано последними исследованиями, энергетика (энергообеспечение) космических аппаратов с ресурсом 1-20 лет всегда будет первостепеннойпроблемой. Двигатели малых тяг, которые осуществляют коррекцию и стабилизациютаких космических аппаратов, обладают некоторыми особенностями, например,длительным ресурсом, высокой надежностью, оптимальной «ценой» тяги (отношениеэнергетических затрат к единице тяги). Для обеспечения долгосрочного ресурсанеобходимо уменьшить температуру конструктивных элементов плазменныхдвижителей, плазма не должна взаимодействовать с элементами конструкции. Восновном скорость истекающей плазмы (характеристическая скорость) определяетудельный  импульс движителя. Чем больше значение характеристической скорости,тем больше и удельный  импульс. Для осуществления длительных работ (программ) вкосмосе необходимо иметь надежные, высокоэффективные электроракетные двигателисо скоростями истечения плазмы 103-105 м/с и более.

            Мыполучили следующие результаты: при скоростях истечения рабочего тела 1000-9000м/с термоэлектрические движители работают надежно,  а в настоящее времясоздаются движители со скоростями истечения рабочего тела 2000-20000 м/с.

            Использованиеэлектродуговых  плазменных движителей для этих целей продемонстрировало, что вданном диапазоне скоростей негативные явления наблюдаются лишь вследствиеэксплуатации движителя больше заданного времени ресурса.

            Повышениетемпературы плазмы в движителях такого типа приводят к повышению удельногоимпульса. Но почти 50% электрической энергии подводимой к электродам,превращается в тепло и не участвует в повышении скорости плазменного пучка, аэлектроды испаряются (уменьшаются), что уменьшает ресурс движителя.

            Внашем университете многие годы ведется детальная разработка таких движителей.Сравнение современных достижений по типовым движителям  приведено в таблице 1.

            Однимиз современных направлений развития плазменных ускорителей является разработкадвигателей малых тяг, работающих на принципе безэлектродного созданияэлектромагнитной силы в форме ВЧ- и СВЧ-полей в плазменном объеме, удержанииплазмы и ее ускорении в магнитном поле заданной формы. В этом случаепредлагается концепция термоэлектрического движителя с высокочастотным нагревомрабочего тела, такого как водород. Это позволяет  существенно уменьшитьвзаимодействие плазмы на элементы плазменного ускорителя, исключить потериэнергии на электродах и использование магнитного сопла значительно повысят КПДдвижителя. Таким образом, преимущества этого типа движителей очевидны. Онизаключаются в следующем:

-     высокий КПД (0,4 – 0,5);

-     длительный ресурс работы на борту(до 2-х лет);

-     высокая надежность и безопасность;

-     использование экологически чистоготоплива;

-     такие движители обеспечиваютхарактеристическую скорость в требуемом диапазоне скоростей истечения, которуюдвижители других типов не могут обеспечить;

-     массовые характеристики, «цена»тяги и стоимость сборки не превышают существующих.

            Этоможет стать возможным, если мы будем использовать некоторые достижениясовременной технологии и учтем некоторые нюансы:

1) Из всех рабочих тел водородобладает минимальной атомной массой, то есть скорость истечения водороднойплазмы из ВЧ-ускорителя будет максимальной.

2) Водород – экологически чистоерабочее вещество и необходимость его использования несомненна.

3) Сейчас у нас есть технологиябезопасного хранения связанного водорода в виде гибридов металлов на бортукосмического летательного аппарата. Это увеличивает КПД  движителя и повышаетэффективность работы системы в целом.

4) Известно, что при ионизацииводорода в любом типе электрического разряда потери при передачи энергии отэлектронной компоненты к ионной минимальны из-за минимальных массовых различийи потому, что для атомов водорода возможна лишь однократная ионизация.

В таблице 1 приведены основные характеристики ионныхдвигателей разрабатываемых и применяемых в Европе в настоящее время.