Реферат: Развитие авиации

Московский Авиационный Институт

Реферат по введению в авиаионно-космическую технику

на тему

студента группы 03-109 Овчинников Денис

предпадаватель Постников Валерий Александрович

Развитиеавиации

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

на силу своего разума.

Н.Е.Жуковский

В протоколе заседания Российской Академии наук от 1 июля 1754 года имеетсязапись:

«Высокопочтенныйсоветник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую имаэродромической (воздухобежной), которая должна употребляться для того, чтобыс помощью крыльев , движимых горизонтально, в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы,нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчего машина будет подниматься в верхние слои воздуха,с той целью, чтобы можно было обследовать условия (состяние) верхнего воздухапосредством метеорологических машин (приборов), присоединенных к этойаэродромической машине».

Втом же году М. В. Ломоносов писал, что он сделал машину, которая, самаподнимаясь вверх, может поднять маленький термометр. Это была модельвертолета и первая в мире документированная практическая разработка летательного аппарата тяжелее воздуха — вертолета с соосными винтами. Однако для того времени реализация идеивертолета оказалась слишком сложной.

Русскиеученые и изобретатели продолжали работать над созданием аппаратов тяжелеевоздуха.

В1854-1855 гг. к идее создания самолета обращается военный моряк Российскогофлота А.М.Можайский. Серьезными поисками в этой области он стал заниматьсянесколько позже и пришел к выводу о необходимости разработать летательныйаппарат с неподвижным крылом, в работе которого использовался бы принципдинамического полета .

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 аэродинамикакак наука 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

[FKS1] прибораможно было производить расчет лобового сопротивления и подъемной силы крыласамолета. Изготовленные Можайским модели самолета с приводом винтов от пружиныдемонстрировалась в полете в Петербургском манеже.

Вмарте 1879 г. был поставлен вопрос о постройке самолета в натуральнуювеличину.*) Изобретатель подготовил объяснительную записку, лично разработалчертежи самолета и смету необходимых расходов. Заявку на изобретениесамолета с описанием аппарата и чертежи Можайский направил в Департаментторговли и мануфактур, а 15 ноября 1881 г. ему была выдана «привилегия»(патент) на «воздухоплавательный снаряд».

По проекту самолет должен былсостоять из лодки (фюзеляжа), в которой предполагалось разместить экипаж, 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 .

В конструкции первого самолета былаприменена монопланная схема, которая имеет наибольшее распространение и всовременном самолётостроениии. Длина лодки в соответствии с принятыми в товремя единицами измерения равнялась 20,5 аршина, длина каждого крыла — 15аршинам, ширина крыла — 20 аршинам .

6 июля 1882 г. построенныйсамолет 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 зтом периоде сохранилось очень мало документов.

Великизаслуги Александра Федоровича Можайского перед отечественной и мировой наукойи техникой .

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

*)

[FKS2] В январе 1887 г. работала первая комиссия, рассмотревшая и одобрившая предложение А.Ф.Можайского. Врезультате изобретателю были отпущены деньги (3 тыс. руб.), и он началработать над созданием самолета. В состав комиссии входил Д. И. Менделеев .

Однаков то время были ученые, как, например, известный английский ученый Кельвинотрицающие возможность создания аппаратов тажелее воздуха,отдавая предпочтение аппаратам легчевоздуха .

Вобласти исследования теории полетааппаратов тяжелее воздуха работалвеликий русский ученый Д.И.Менделеев. Его труд «О сопротивлении жидкостейи воздухоплавании», по словам Н.Е.Жуковского, является капитальноймонографией по сопотивлению жидкостей и может служить основным руководствомдля лиц, занимающихся воздухоплаванем. 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 .

В1894 г. увидела свет работа К.Э.Циолковского «Аэроплан, или птицеподобная(авиационная) летательная машина », в которой автор обосновал идеюсоздания аэроплана с неподвижным свободнонесущим крылом . На самолете предлагалось иметь крылотрапециевидной формы с поперечным V при изогнутости по типу чайки.На эскизе, 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 на трудности,обусловленные незнанием законов аэродинамики, создание планеров и самолетовпродолжалось. Конструкция их часто была очень сложной. Один из них(девятиплан) имел несущие поверхности в виде трех трипланов, горизонтальноеоперение его состояло из четырёх повехностей, двигатель имел мощность 55 л.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 Максим Горький назвал «поэтом в областинаучной техники». Уфимцев построил четыре оригинальных двигателя и двасамолета с крылом круглой формы в плане и круглым горизонтальным оперением.Постройкой самолетов и двигателей занимался в 1909-1910 гг. С.В.Гризодубов,отец известной летчицы, Героя Советского Союза и Героя Социалистического труда В. С. Гризодубовой. В 1912 г. на одном из своих самолетов он совершилнесколько полетов .

Вгоды, предшествовавшие первой мировой войне, русские конструкторы работалинад созданием 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.

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

Этот период характерен такжепоисками в области проектирования гидросамолетов, одним из создателей которых являлся Д.П.Григорович .

К авиационным конструкторамначального периода развития авиации вРоссии относится советский ученый и конструктор Я.М.Гакель, впоследствиипрофессор, заслуженный деятель науки и техники. В 1910-1912 гг. он создал семьсамолетов оригинальной конструкции, два из которых ( гидроплан — амфибия Г-V и биплан Г-VIII )на воздухоплавательных выстовках в Москве в 1911 и1912 гг. были удостоеныбольшой серебряной и большой золотой медалей.

Особое место в развитииотечественной авиации принадлежит самолётам выпущенным авиационным отделом Русско — Балтийскоговагонного завода в Петербурге. Одним из них являлся " РУССКИЙВИТЯЗЬ " — первый в мире четырехмоторный самолет . Это был биплан с размахом верхнего крыла 27 м и нижнего — 20 м. Полетная масса самолетасоставляла 4200 кг. Первый полет его состоялся 23 июля 1913 г. " РУССКИЙВИТЯЗЬ " — прототип тяжелых самолетов с двигателями, установленными в ряд на крыле.

Следующим в этой серии был " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ ",первоначально имевший четыре двигателямощностью 100 л.с. каждый, в дальнейшем заменённые более мощными - по 220 л.с. 4 июня 1914 года на самолете " ИЛЬЯМУРОМЕЦ " был установлен мировой рекорд высоты полета с десятью членамиэкипажа на борту. В августе того же года этот самолет был принят на вооружение русской армии в качестве разведывательного.На последних модификациях машин этого класса экипажсостоял из семи — восьми человек , а вооружение включало восемь пулеметов, самолет мог брать до 30пудов ( пуд = 16 кг. -Ф.С. ) бомб, частично размещаемых в фюзеляже. Всегобыло построено до 80 самолетов " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ ", которыеучаствовали в первой мировой и гражданской войнах . Это были крупнейшие по тому времени воздушные корабли. По техническим данным,вооружению и бомбовой нагрузке " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ " превосходил английский тяжелый бомбардировщик ВИМИ и немецкий самолет фирмы " ГОТАМФРИДРИХСХАФЕН " ( хотя последний являлся, по существу, несколько изменённойкопией единственного сбитого за годы первой мировой войнысамолета «ИЛЬЯ МУРОМЕЦ» ). Недаром французское военное министерствочерез своего атташе в Петрограде обратилось с просьбой сообщить данные,относящиеся к аэропланам типа " ИЛЬЯ МУРОМЕЦ ".

Однако не все созданныесамолеты строились. На единственном в начале двадцатых годов комендантском аэродроме Петрограда в одном из старых ангаров можно было увидеть самолет "СВЯТОГОР " конструкции В. А. Слесарева. Самолет представлял собой гигантский бипланцельнодеревянной конструкции с двумя двигателями, расположенными в фюзеляже,причем трансмиссия к двум толкающим винтам диаметром 6 метров осуществляласьпосредством 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 руководством Н.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 114 км/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 не может".

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 гибели конструктора практически прекратилась. Испытания самолета так и небыли завершены к 1918 г. Впоследствии он использовался при обучении курсантов Военно — технической школы.

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

Н.Е.Жуковский — создатель теории подъемной силы крыла и автор одного изпервых 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 вразработке 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 Хсъезде русских естествоиспытателей и врачей Н.Е.Жуковский организовал воздухоплавательную подсекцию ивыступил с обзорным докладом " Овоздухоплавании ", в котором решительно высказался за развитиелетательных аппаратов тяжелее воздуха. Докладчик говорил:"… Глядя на летающие живые существа, на стрижей и ласточек, которые со своим ничтожным запасом энергии носятся в продолжении нескольких часов в воздухе со скоростью,достигающей 50 км/ч, и могут пересекатьморя, на орлов, которые описывают в синем небе красивые круги с неподвижно распростертыми крыльями, на неуклюжую летучую мышь , которая бесшумно переносится ветром во всевозможныхнаправлениях, невольно задаешься вопросом: неужели для людей нет возможности подражать этим существам? "

Сформулированная Н.Е.Жуковским теорема заключается в следующем :

«Величина подъемной силыкрыла 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 .

Организованный Н.Е.Жуковскимеще до революции кружок по изучению воздухоплавания успешно продолжал свои теоретические и практическиеисследования и после ее победы .

Ученики Жуковского не только основали школу, но и вели подготовку к созданию будущего Центрального аэрогидродинамического института ( ЦАГИ ). Решение об образовании национального русского центра авиацибыло принято с одобрения В.И.Ленина. Н.Е.Жуковский и А.Н.Туполев посетили Высший совет народного хозяйства и получили не только согласие на организацию института , но и финансовую помощь. Аэродинамическая лаборатория в МВТУ им. Баумана была вначале основной базой экспериметальныхработ 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 первое заседание совета авиационного техникума под председательством Н.Е.Жуковского, а в сетябре 1920 г. техникум был реорганизован в Институт инженеров КрасногоВоздушного 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 теории авиации,ученого была очень высоко оценена Советским правительством. Специальнымпостановлением 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 профессораН.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 ей полезен " .

Жуковский был прекрасным учителем . Он учил просто, ясно, всегдачрезвычайно доброжелательно , и то, что хотел передать ученикам , западало им в душу 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 . Поэтомуоснованные на школе Николая Егоровича Жуковского авиационные институты - этоне 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 . Эти воспоминания 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 с механизацией.

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, тел вращения.Это означало, что почти для всех практически используемых в авиации форм из-заотсутствия в то время ЭВМ, позволяющих использовать численные методы, большаячасть теоретиков была занята конкретными расчетами. Правильность базовой теориии приближенных методов решения требовали экспериментальной проверки — подтверждения,а если необходимо, то и экспериментальных поправок, что имело и имеет место идо 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,отрабатывать их аэродинамические характеристики, а часто испытывать инатуральные элементы самолета, в том числе фюзеляж.

В числе первых достиженийаэродинамиков тех лет была обклейкаполотном гофра поверхностей фюзеляжа на самолете АНТ-4, что дало большой эффектпо улучшению летных данных. В порядок допуска в воздух самолета в первый развмешался предшественник АТК ВВС,определивший, что без соответствующего свидетельства ЦАГИ ни одна машина неможет подняться в воздух. От ЦАГИ летательный аппарат получает свой воздушный паспорт, дающий правона 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 развитием этогонаправления 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 напралением развитияприкладной науки является накопление фактов. В аэродинамике, как и в любойнауке, говорил А. М. Черемухин, факты для развития теории и прикладных методоврасчёта приносят познание явленй природы. Эти факты, кк правильно сказано,узнаются из «Неожиданных тел», возникающих при эксплуатации самолётови их испытаниях, а также при изучении в аэродинамических трубах. На базеосмысления 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 эксплуатациюаэродинамические 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 сверхзвуковыхскоростей 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 скорости примерно в 4 раза, высоту идальность — в 2,5-3 раза.

еще рефераты

Еще работы по авиации

Реферат по авиации

Роль российских ученных в развитии воздухоплавания

Основные этапы развития и конструктивной эволюции техники в области самолетостроения

29 Августа 2013